Retro LED Strip Audio Visualizer: 4 kroky (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Jako student hudebníka a elektrotechniky miluji jakýkoli projekt, který tyto dva obory protíná. Viděl jsem nějaké zvukové vizualizéry DIY (zde, zde, zde a zde), ale každý z nich minul alespoň jeden ze dvou cílů, které jsem si stanovil: profesionální kvalita sestavení a relativně velký displej (slabý 8*8 Zde by matice LED nestačila!). S určitým vintage nádechem a sezením ve velikosti 40 x 20 palců dosahuje tento zvukový vizualizátor obou těchto cílů.

Předem se omlouváme za svislé fotografie. Mnoho z nich bylo pořízeno pro sociální média.

Krok 1: Seznam dílů

Několik těchto částí jsem už měl položených. Odkazy slouží pouze pro informaci. Nekupujte prosím zbytečně drahé komponenty.

Elektronika

1. WS2811 60LEDS/m @ 5m, IP30 (nevodotěsný), adresovatelný - Ty byly v té době levnější než WS2812. Máte zde určitý prostor, ale ujistěte se, že jsou rozměry správné a že můžete skutečně mluvit s LED diodami. Všimněte si také, že WS2811 jsou 12V, zatímco WS2812s jsou 5V.
2. 9 x 3kolíkové konektory JST + zásuvky
3. Napájecí zdroj DC 12V 20A (240W)-Původně jsem plánoval udělat 2 LED pásky a chtěl jsem sestavu reproduktorů, které si doma postavíte. Každý světelný pás má v nejhorším případě 90 W (neměřil jsem to, abych to potvrdil), což mi ponechalo ~ 60 W pro reproduktory + zesilovač. Možnost 15A byla stejně jen o 4 dolary méně.
4. Napájecí kabel (3 hroty)
5. Arduino Uno - měl jsem kolem sebe R3, takže jsem to použil. Můžete najít levnější variantu od jednoho z knocků nebo od jiného dodavatele.
6. TRRS Breakout - Pro pomocný vstup
7. L7805 5V regulátor - jakýkoli 5V regulátor, který přijímá vstup 12 V, bude fungovat.
8. 330 nF, 100 nF kondenzátory - na datový list L7805
9. 2 x 10kR, 2 x 1kR, 2 x 100 nF kondenzátory - pro předpětí zvukového vstupu
10. Stereo přijímač - jakýkoli vintage stereo přijímač bude fungovat, pokud má vstup aux (3,5 mm nebo RCA). Zvedl jsem Panasonic RA6600 z Craigslistu za 15 dolarů. Doporučuji zkontrolovat Goodwill, Craigslist a další obchody se šetrností.*
11. Reproduktory - nikoli reproduktory BT. Jen sada reproduktorů. Věnujte pozornost tomu, jaká impedance je kompatibilní s vaším přijímačem. V Goodwillu jsem našel sadu 3 20W (= hlasitých) reproduktorů za 6 $, a to přišlo se „středovým“a dvěma „předními“reproduktory.
12. Logitech BT Audio Adapter - toto zařízení může streamovat zvuk do stereofonních reproduktorů a do vašeho obvodu
13. Kabel RCA male to RCA male
14. Pomocný kabel

Hardware

1. 2x6 (8ft) - Není ošetřeno tlakem. Mělo by být ~ 6 $ nebo méně u HD nebo Lowe
2. 40% akryl pro přenos světla - objednal jsem si 18 palců x 24 palců x 1/8 palců a technicky to bylo 17,75 palců x 23,5 palců. Uchovávejte je v obalu, když jdete na řezání laserem.
3. Dřevěná lazura - Potřebujete jen malou plechovku. Použil jsem červený mahagon Minwax a vyšel velmi pěkně. Rozhodně doporučuji tmavý tón. Původně jsem zkoušel provinční a nevypadalo to tak hezky.
4. Lak - Nejprve se podívejte na toto video od Steva Ramseyho a sami se rozhodněte, co funguje nejlépe. Dostal jsem rozprašovač pololesklý (žádný lesk nebyl k dispozici) a upřímně, moc to nedělalo. Ale také jsem z časových důvodů udělal jen jeden nátěr.
5. Šrouby do dřeva 40 x 1/2 " - měl jsem k dispozici kulatou hlavu, ale doporučuji použít plochý vršek. Nemyslím si, že by to narušovalo kvalitu stavby, ale klidně se nejprve zeptejte kohokoli, kdo je obeznámen se zpracováním dřeva."
6. Zlikvidujte dřevo, gorilí lepidlo, horké lepidlo, pájku, drát a velitelské proužky (suchý zip, 20 středních nebo 10 velkých)

* Mám v plánu vybudovat zvukovou lištu, aby byl tento projekt zcela „od nuly“, který nahradí 9–13 výše. Doufám, že do konce léta tento instruktáž aktualizuji.

Krok 2: Prototypování

Tato sekce není něco, co byste museli dokončit, ale chci ukázat, jak projekt vypadal v průběhu.

Zde jsem páskoval LED diody v hadím vzoru a experimentoval jsem s difuzí světla přes odpadkový pytel navrstvený přes sebe (vřele doporučuji jako alternativu k akrylu, pokud se snažíte snížit náklady. I když budete muset připojit jiným způsobem).

Mě se osvědčilo nastavení 10x10, ale můžete upřednostňovat 8x12 nebo 7x14. Nebojte se experimentovat. Než jsem měl stereo, našel jsem zesilovač a zapojil ho do prkénka. Předtím jsem přehrával zvuk z notebooku do obvodu pro zvukovou analýzu a současně na telefonu slyšel „hrát“, abych to slyšel.

Jsem obrovský věřící v míru dvakrát, jednou řez. Ať tedy děláte cokoli, postupujte podle tohoto průvodce a budete připraveni.

Krok 3: Obvod + kód

Kód je k dispozici na GitHub.

Breadboard, pájka na perfboard nebo návrh vlastní desky plošných spojů. Cokoli vám zde nejlépe vyhovuje, udělejte to. Moje demo zde běží na prkénku, ale když postavím soundbar, přenesu vše na desku plošných spojů. Chcete -li napájet adaptér, odřízněte vnitřní konec a odstraňte černou izolaci. Odizolujte dostatek skutečných kabelů, abyste je přišroubovali ke svorkám adaptéru. Při práci s AC buďte vždy opatrní! Kromě toho zde je třeba poznamenat několik věcí.

1. Pozemní cesty Jednou z dalších věcí je zajistit, aby vaše pozemní cesty byly dobré. Potřebujete uzemnění z adaptéru na Arduino na aux vstup, který se také připojí k zemi na přijímači Logitech BT a odtud uzemnění na stereu. Pokud je některý z nich přerušený nebo špatný, získáte velmi hlučný zvukový vstup, a proto velmi hlučný displej.
2. Ovlivnění zvukového vstupu Audio přehrávané přes aux kabel, z vašeho telefonu nebo notebooku nebo kdekoli, bude hrát při -2,2 až +2,2 V. Arduino je schopno číst pouze 0 až +5V, takže je třeba zkreslit zvukový vstup. Toho lze efektivně dosáhnout pomocí operačních zesilovačů, ale pokud není problém se spotřebou energie (možná jste si koupili napájecí zdroj 240 W?), Lze to také provést pomocí odporů a kondenzátorů. Hodnoty, které jsem zvolil, byly různé, protože jsem neměl po ruce žádné 10uF kondenzátory. Můžete si hrát se simulátorem a zjistit, zda to, co si vyberete, bude fungovat.
3. Fourierovy transformace Každý projekt, který používá Fourierovy transformace, bude mít část o pozadí, která o nich pojednává. Pokud už máte zkušenosti, skvělé! Pokud ne, stačí pochopit, že pořídí snímek signálu a vrátí informace o tom, jaké frekvence jsou v daném okamžiku v daném signálu přítomny. Pokud byste tedy vzali Fourierovu transformaci sin (440 (2*pi*t)), řeklo by vám to, že ve vašem signálu je přítomna frekvence 440 Hz. Pokud byste vzali Fourierovu transformaci 7*sin (440 (2*pi*t)) + 5*sin (2000 (2*pi*t)), řeklo by vám to, že je přítomen signál 440 Hz i 2000 Hz, a relativní stupně, ve kterých jsou přítomny. Může to udělat pro jakýkoli signál s libovolným počtem komponentních funkcí. Vzhledem k tomu, že veškerý zvuk je jen souhrnem sinusoidů, můžeme vzít Fourierovu transformaci spousty snímků a podívat se, co se ve skutečnosti děje. V kódu uvidíte, že před nasazením Fourierova signálu použijeme také okno na náš signál přeměnit. Více o tom lze nalézt zde, ale krátké vysvětlení je, že signál, který ve skutečnosti nakonec dává transformaci, je na nic a okna to za nás vyřeší. Pokud je nepoužíváte, váš kód se nerozbije, ale displej nebude vypadat tak čistý. Mohou existovat lepší algoritmy (například YAAPT), ale podle zásad KISS jsem se rozhodl použít to, co již bylo k dispozici, což je několik dobře napsaných knihoven Arduino pro Fast Fourier Transform nebo FFT.
4. Může Arduino skutečně zpracovat vše v reálném čase? Aby se vše zobrazilo v reálném čase, Arduino musí získat 128 vzorků, zpracovat FFT, manipulovat s hodnotami pro displej a velmi rychle aktualizovat displej. Pokud byste chtěli přesnost 1/16 noty na 150 bpm (téměř u horního tempa většiny popových písní), museli byste vše zpracovat za 100 ms. Lidské oko navíc vidí při 30 FPS, což odpovídá délce rámce 30 ms. Tento blogový příspěvek mi nedal největší sebevědomí, ale rozhodl jsem se sám zjistit, jestli Arduino vydrží. Po vlastním benchmarku jsem byl na svůj R3 velmi hrdý. Fáze výpočtu byla zdaleka limitujícím faktorem, ale dokázal jsem zpracovat 128 FFT délky UINT16 za pouhých 70 ms. To bylo v rámci tolerancí zvuku, ale více než dvojnásobné vizuální omezení. Při dalším výzkumu jsem našel Arduino FHT, který využívá výhody FFT symetrie a vypočítává pouze skutečné hodnoty. Jinými slovy, je to asi 2x tak rychlé. A jistě to přineslo celou rychlost smyčky na ~ 30 ms. Ještě jedna poznámka k rozlišení displeje. Délka N FFT vzorkovaná při Fs Hz vrací N zásobníků, kde kth bin odpovídá k * Fs/N Hz. Arduino ADC, které čte audio vstup a odebírá vzorky, normálně běží na ~ 9,6 kHz. FFT však může vrátit pouze informace o frekvencích do 1/2 * Fs. Lidé mohou slyšet až 20kHz, takže bychom v ideálním případě chtěli vzorkovat při> 40kHz. ADC lze hacknout, aby běžel o něco rychleji, ale nikde poblíž. Nejlepší výsledek, který jsem viděl bez ztráty stability, byl 14kHz ADC. Navíc největší FFT, který jsem mohl zpracovat, abych stále získal efekt v reálném čase, byl N = 128. To znamená, že každý koš představuje ~ 109 Hz, což je v pořádku na vyšších frekvencích, ale špatné na dolním konci. Dobrý vizualizér se snaží vyhradit oktávu pro každý takt, což odpovídá separacím při [16,35, 32,70, 65,41, 130,81, 261,63, 523,25, 1046,50, 2093,00, 4186,01] Hz. 109 Hz znamená, že prvních 2,5 oktáv je v jednom zásobníku. Stále jsem byl schopen dosáhnout dobrého vizuálního efektu, částečně tím, že jsem vzal průměr každého vědra, kde kbelík je skupina zásobníků mezi dvěma z těchto hranic. Doufám, že to není matoucí a samotný kód by měl objasnit, co se ve skutečnosti děje, ale klidně se ptejte níže, jestli to nedává smysl.

Krok 4: Sestavení

Jak jsem uvedl dříve, chtěl jsem něco s profesionální kvalitou sestavení. Původně jsem začal lamely lepit dohromady, ale kamarád (a zručný strojní inženýr) navrhl jiný přístup. Všimněte si, že 2x6 je opravdu 1,5 "x 5". A buďte opatrní při práci s některým z níže uvedených strojů.

1. Vezměte si 2x6x8 a v případě potřeby pískujte. Nakrájejte ho na části o rozměrech 2 x 6 palců x 22 palců. Získáte tak dva lamely, které se v případě nepořádku „spálí“.
2. Vezměte každou 22 "sekci a protáhněte ji stolní pilou podélně, abyste vytvořili lamely 1,5" x ~ 1,6 "x 22". Poslední třetinu může být obtížné řezat na stolní pile, takže můžete přejít na pásovou pilu. Jen se ujistěte, že je vše tak rovné, jak může být. 1,6 "je navíc průvodce a může dosáhnout až 1,75". Tím moje kousky byly, ale dokud jsou si všichni navzájem rovní, na tom příliš nezáleží. Limitujícím faktorem je akryl na 18 “.
3. Na konci kusů označte tvar písmene U, který je na každé straně 1/8 palce a o něco více než 3/4 palce hluboký. POZNÁMKA: Pokud použijete jiný akryl, hloubka se změní. Při <3/4 "můj akryl nerozptýlí světlo vůbec. Při mírně větším rozptýlí úplně. Chcete se vyhnout jakémukoli„ korálkování. “Tento příspěvek z Hackaday jsem shledal jako dobrou referenci, ale získání dokonalé difúze je velmi obtížné!
4. Stolním routerem vystřihněte střední U až dolů po lamele. 22 "je delší, než potřebujete, takže si nedělejte starosti s ořezáváním konců, pokud ano. Směrovače mohou být složité, ale pořiďte si kousek, který je o něco širší než polovina šířky U a buďte opatrní při řezání více než 1/ 8 "materiálu najednou. Opakujte: Nepokoušejte se to udělat na 2 průchody. Poškodíte dřevo a pravděpodobně si ublížíte. Pracujte s otáčením routeru na řezech 1-4 a pracujte proti němu na 5-8. To zajišťuje, že máte nejlepší kontrolu nad točivým momentem routeru.
5. Rozřízněte LED pásek na 30 LED diod (adresovatelná je pouze každá sada 3 LED). Pravděpodobně budete muset odpojit několik připojení. Položte tyto pásy podél kolejí. Jedna strana by měla sedět v jedné rovině a druhá by měla mít malý prostor pro přijímač JST, který bude sedět v jedné rovině. Bohužel jsem o tom nedostal obrázek, ale podívejte se na přiložený diagram. Zde si označte délku, ale zatím nic nestříhejte.
6. Změřte šířku každé lamely. S tímto a délkou od kroku 7 laser řezal akryl na 10 potřebných obdélníků. Je lepší být mírně dlouhý než mírně krátký. Pokud se spálí, setřete jej isopropylem.
7. Ověřte, že každá akrylová lišta sedí na stejné délce, kterou jste označili v kroku 5, a poté laťku seřízněte až na tuto délku.
8. Nyní k připevnění akrylu potřebujete dva můstkové kusy. To umožňuje snadnou údržbu světelných pásů, pokud by k něčemu došlo. Tyto kousky by měly být zhruba [vaše šířka] - 2 * 1/8 "dlouhé s 1/2" čtvercovými plochami, ale měly by trochu přiléhat. S těmito kusy pevně na svém místě a v jedné rovině s přední stranou lamel vyvrtejte otvory ve středu každého můstku z vnějších lamel. Udělejte vše pro to, aby každé cvičení bylo rovnoměrné. Nenechávejte mosty zašroubované, ale ujistěte se, že mohou být. Dávejte pozor, abyste šroub nezasunuli příliš daleko a neštípali dřevo.
9. V tomto okamžiku lamely lazurujte a naneste jakoukoli povrchovou úpravu.
10. Nyní přišroubujte mosty. Ujistěte se, že sedí v jedné rovině! Pokud ne, budete muset přidat nějaký druh podložky. Na můstky naneste gorilí lepidlo (upřednostňované) nebo horké lepidlo (které se může zdvojnásobit) a připevněte akrylát. Podél lamely neaplikujte žádné lepidlo.
11. Pájejte zásuvky JST na jednu stranu všech kromě jednoho LED pásku. Umístěte je všechny na stejný konec, jaký je dán vyznačenými šipkami. Připájejte vodiče zástrček JST na druhé konce. Na každém konektoru bude možná nutné odizolovat více vodičů. Po zapojení zkontrolujte, zda jsou připojení správná! Lepidlo na zadní straně LED je hrozné, takže tomu nevěřte. Položte LED diody na středovou stopu a přilepte je gorilím lepidlem, přičemž dávejte pozor na vyznačený směr na pásech. Pamatujte, že celou věc hadíte.
12. Na první lamelu připájejte dostatečně dlouhé dráty, abyste získali napájení + uzemnění z adaptéru a signál z Arduina.
13. Zašroubujte lamely a můstky zpět dolů. Na zadní stranu připevněte příkazové proužky (styl na suchý zip, 2 střední nahoře a dole nebo 1 velký uprostřed). Proveďte všechna potřebná připojení a zavěste se na zeď ve vzdálenosti ~ 3 ". Užijte si plody své práce.