Analyzátor zvukového spektra (měřič VU): 6 kroků

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Co je hudba? Z technického hlediska je hudba v podstatě signál s různým napětím a frekvencí. Audio Spectrum Analyzer je zařízení, které ukazuje úroveň napětí na konkrétní frekvenci. Je to nástroj používaný hlavně v místech, jako jsou nahrávací studia, k analýze zvuku.

Ačkoli je to nástroj, je zábavné zírat na tančící světla a skvělý způsob, jak si představit hudbu. Před několika lety jsem vyrobil menší verzi se dvěma sloupky na prototypové desce. Hodně pájení a naprostý nepořádek! Tentokrát jsem chtěl, aby to bylo úhledné a uklizené a pamlsek pro oči.

Začněme

Zásoby

Pro jeden sloupec:

5x LM324 Quad Op-Amp IC

20x zelené LED diody

Rezistor 20x 100 ohmů

Rezistor 20x 10k

1x 59k rezistor

1x odpor 270k

1x 2N2222 NPN tranzistor

1x 10uF kondenzátor

Krok 1: Operační zesilovač jako komparátor

Nebudu vysvětlovat fungování operačního zesilovače, spíše uvidíme jednu z jeho aplikací. Na YouTube je spousta dobrých videí vysvětlujících fungování operačního zesilovače.

Operační zesilovač je 3 koncové zařízení.

1. Neinvertující kolík (+)
2. Invertující kolík (-)
3. Výstup

K porovnání dvou napětí použijeme operační zesilovač. Napětí Vin na invertujícím pinu (-) se porovnává s napětím Vref na neinvertujícím pinu (+).

Pojďme postavit obvod, abychom to předvedli. Pro tento příklad se používá LM324 IC, což je quad op-amp. Referenční napětí Vref 2,5 V je poskytováno na (+) pinu pomocí obvodu děliče napětí a napětí Vin na (-) pinu se mění pomocí potenciometru. Na výstupu je připojena LED dioda. Když Vin 2,5V, výstup se zvýší a LED se rozsvítí.

Zvětšme tento obvod pomocí čtyř operačních zesilovačů. Obvod děliče napětí se používá k zajištění referenčního napětí (1 V, 2 V, 3 V a 4 V) pro každý operační zesilovač. (-) pin všech operačních zesilovačů je spojen dohromady. Když se napětí na (-) pinu stane větším než 1 V, výstup prvního operačního zesilovače se zvýší. Protože 1 V je menší než referenční napětí jiných operačních zesilovačů, jejich výstupy zůstávají nízké. Jak se napětí dále zvyšuje, LED diody se rozsvítí jedna za druhou.

Pomocí stejného principu, ale s více operačními zesilovači, můžeme postavit analyzátor zvukového spektra, protože hudba není nic jiného než signál s různým napětím.

Krok 2: Plán

Zvukový signál přímo z vašeho telefonu je dost dobrý pouze na řízení vašich sluchátek. Potřebujeme zvýšit amplitudu pomocí audio zesilovače. Budu používat reproduktor Bluetooth, protože má vestavěný zesilovač zvuku.

Hudba je směsicí různých frekvencí. V žádném případě nejsem odborník na zvuk. Rychlé vyhledávání Google poskytlo následující výsledky:

20 až 60 Hz subbasy

60 až 250 Hz basy

500 Hz až 2 kHz střední rozsah

Přítomnost 4 až 6 kHz

6 až 20 kHz Brilliance

K oddělení těchto frekvencí budou použity pásmové filtry. Pásmový filtr je zařízení, které prochází určitou frekvencí a jiné frekvence odmítá. Sloupec displeje zobrazuje amplitudu nebo úroveň napětí dané frekvence.

Krok 3: Navrhování pásmových filtrů

Pomocí níže uvedeného vzorce můžete vypočítat hodnoty R a C pro danou frekvenci.

Poznámka: Nepoužívejte elektrolytické kondenzátory

Krok 4: Návrh a montáž DPS

Pomocí EasyEDA jsem nejprve vytvořil schéma a poté jej převedl na PCB. EasyEDA je ideální pro začátečníky jako jsem já. Je tu méně starostí, a proto se můžeme soustředit pouze na návrh desky plošných spojů. PCB si můžete přímo objednat z JLCPCB. Každý sloupec displeje je stejný, a tak lze využít 10 PCB, které získáme. Použil jsem pět pro pět různých frekvencí. Okruh můžete rozšířit podle své šílenosti!

Po objednání jsem dostal své DPS do 5 dnů. Nyní vyjměte žehličku, posbírejte všechny součásti a začněte pájet! Po pekelném pájení bylo dokončeno 5 sloupců.

Krok 5: Dát věci dohromady

Navrhl jsem pouzdro ve Fusion 360 pro elektroniku a pro uložení pěti displejů. Vytiskl jsem to pomocí Creality Ender 3. Prostě začátečník v 3D modelování, ale šlo to.

Jako zdroj zvuku jsem použil starý bluetooth reproduktor, protože v sobě má již zabudovaný zesilovač. Nebudu vysvětlovat souvislosti, protože vaše budou jiné. Postupujte podle blokového schématu uvedeného výše v kroku 2. Připojil jsem zvukový vstup pásmového filtru k výstupu (připojení reproduktorů) zesilovače.

Pájejte signálové a napájecí vodiče přicházející z displejů na desku pásmového filtru.

Zbytek věcí je na vás. Na desce s obvody bluetooth reproduktoru byla indikační LED, kterou jsem odspájkoval a připevnil na přední stranu. Být kreativní!

Krok 6: Užijte si to

A je to! Zapněte jej a užijte si svou oblíbenou píseň!

Děkujeme, že jste se drželi až do konce. Doufáme, že se vám tento projekt líbí a že jste se dnes dozvěděli něco nového. Dejte mi vědět, pokud si jeden vyrobíte pro sebe. Přihlaste se k odběru mého kanálu YouTube a získejte další nadcházející projekty. Ještě jednou děkuji!