Практически у каждого начинающего радиолюбителя, да и не только, возникало желание собрать цветомузыкальную приставку или бегущий огонь, чтобы разнообразить прослушивание музыки в вечернее время или в праздничные дни. В этой статье речь пойдет о простой цветомузыкальной приставке, собранной на светодиодах , которую под силу собрать даже начинающему радиолюбителю.
1. Принцип действия цветомузыкальных приставок.
Работа цветомузыкальных приставок (ЦМП , ЦМУ или СДУ ) основана на частотном разделении спектра звукового сигнала с последующей передачей его по отдельным каналам низких , средних и высоких частот, где каждый из каналов управляет своим источником света, яркость которого определяется колебаниями звукового сигнала. Конечным результатом работы приставки является получение цветовой гаммы, соответствующей воспроизводимому музыкальному произведению.
Для получения полной гаммы цветов и максимального количества цветовых оттенков в цветомузыкальных приставках используются, как минимум, три цвета:
Разделение частотного спектра звукового сигнала происходит с помощью LC- и RC-фильтров , где каждый фильтр настроен на свою сравнительно узкую полосу частот и пропускает через себя только колебания этого участка звукового диапазона:
1
. Фильтр низких частот
(ФНЧ) пропускает колебания частотой до 300 Гц и цвет его источника света выбирают красным;
2
. Фильтр средних частот
(ФСЧ) пропускает 250 – 2500 Гц и цвет его источника света выбирают зеленым или желтым;
3
. Фильтр высших частот
(ФВЧ) пропускает от 2500 Гц и выше, и цвет его источника света выбирают синим.
Каких-либо принципиальных правил для выбора полосы пропускания или цвета свечения ламп не существует, поэтому каждый радиолюбитель может применять цвета исходя из особенностей своего восприятия цвета, а также по своему усмотрению изменять число каналов и ширину полосы частот.
2. Принципиальная схема цветомузыкальной приставки.
На рисунке ниже предоставлена схема простой четырехканальной цветомузыкальной приставки, собранной на светодиодах. Приставка состоит из усилителя входного сигнала, четырех каналов и блока питания, обеспечивающего питание приставки от сети переменного тока.
Сигнал звуковой частоты подается на контакты ПК , ЛК и Общий разъема Х1 , и через резисторы R1 и R2 попадает на переменный резистор R3 , являющийся регулятором уровня входного сигнала. От среднего вывода переменного резистора R3 звуковой сигнал через конденсатор С1 и резистор R4 поступает на вход предварительного усилителя, собранного на транзисторах VT1 и VT2 . Применение усилителя позволило использовать приставку практически с любым источником звукового сигнала.
С выхода усилителя звуковой сигнал подается на верхние выводы подстроечных резисторов R7 ,R10 , R14 , R18 , являющиеся нагрузкой усилителя и выполняющие функцию регулировки (подстройки) входного сигнала отдельно по каждому каналу, а также устанавливают нужную яркость светодиодов канала. От средних выводов подстроечных резисторов звуковой сигнал поступает на входы четырех каналов, каждый из которых работает в своей полосе звукового диапазона. Схематично все каналы выполнены одинаково и различаются лишь RC-фильтрами.
На канал высших
R7
.
Полосовой фильтр канала образован конденсатором С2
и пропускает только спектр верхних частот звукового сигнала. Низкие и средние частоты через фильтр не проходят, так как сопротивление конденсатора для этих частот велико.
Проходя конденсатор, сигнал верхних частот детектируется диодом VD1 и подается на базу транзистора VT3 . Появляющееся на базе транзистора отрицательное напряжение открывает его, и группа синих светодиодов HL1 — HL6 , включенных в его коллекторную цепь, зажигаются. И чем больше амплитуда входного сигнала, тем сильнее открывается транзистор, тем ярче горят светодиоды. Для ограничения максимального тока через светодиоды последовательно с ними включены резисторы R8 и R9 . При отсутствии этих резисторов светодиоды могут выйти из строя.
На канал средних
частот сигнал подается от среднего вывода резистора R10
.
Полосовой фильтр канала образован контуром С3R11С4
, который для низких и высших частот оказывает значительное сопротивление, поэтому на базу транзистора VT4
поступают лишь колебания средних частот. В коллекторную цепь транзистора включены светодиоды HL7
– HL12
зеленого цвета.
На канал низких
частот сигнал подается со среднего вывода резистора R18
.
Фильтр канала образован контуром С6R19С7
, который ослабляет сигналы средних и высших частот и поэтому на базу транзистора VT6
поступают лишь колебания низких частот. Нагрузкой канала являются светодиоды HL19
– HL24
красного цвета.
Для разнообразия цветовой гаммы в цветомузыкальную приставку добавлен канал желтого цвета. Фильтр канала образован контуром R15C5 и работает в частотном диапазоне ближе к низким частотам. Входной сигнал на фильтр поступает с резистора R14 .
Питается цветомузыкальная приставка постоянным напряжением 9В . Блок питания приставки состоит из трансформатора Т1 , диодного моста, выполненного на диодах VD5 – VD8 , микросхемного стабилизатора напряжения DA1 типа КРЕН5, резистора R22 и двух оксидных конденсаторов С8 и С9 .
Переменное напряжение, выпрямленное диодным мостом, сглаживается оксидным конденсатором С8 и поступает на стабилизатор напряжения КРЕН5. С вывода 3 микросхемы стабилизированное напряжение 9В подается в схему приставки.
Для получения выходного напряжения 9В между минусовой шиной блока питания и выводом 2 микросхемы включен резистор R22 . Изменением величины сопротивления этого резистора добиваются нужного выходного напряжения на выводе 3 микросхемы.
3. Детали.
В приставке могут быть использованы любые постоянные резисторы мощностью 0,25 – 0,125 Вт. На рисунке ниже показаны номиналы резисторов, у которых для обозначения величины сопротивления используют цветные полоски:
Переменный резистор R3 и подстроечные резисторы R7, R10, R14, R18 любого типа, лишь бы подходили под размер печатной платы. В авторском варианте конструкции использовался отечественный переменный резистор типа СП3-4ВМ, подстроечные резисторы импортного производства.
Постоянные конденсаторы могут быть любого типа, и рассчитаны на рабочее напряжение не ниже 16 В. При возникновении трудности с приобретением конденсатора С7 емкостью 0,3 мкФ его можно составить из двух соединенных параллельно емкостью 0,22 мкФ и 0,1 мкФ.
Оксидные конденсаторы С1 и С6 должны иметь рабочее напряжение не ниже 10 В, конденсатор С9 не ниже 16 В, а конденсатор С8 не ниже 25 В.
Оксидные конденсаторы С1, С6, С8 и С9 имеют полярность , поэтому при монтаже на макетную или печатную плату это необходимо учитывать: у конденсаторов Советского производства на корпусе обозначают положительный вывод, у современных отечественных и импортных конденсаторов обозначают отрицательный вывод.
Диоды VD1 – VD4 любые из серии Д9. На корпусе диода со стороны анода наносится цветная полоска, определяющая букву диода.
В качестве выпрямителя, собранного на диодах VD5 – VD8, используется готовый миниатюрный диодный мост, рассчитанный на напряжение 50В и ток не менее 200 mA.
Если вместо готового моста использовать выпрямительные диоды, придется немного подкорректировать печатную плату, или диодный мост вообще вынести за пределы основной платы приставки и собрать на отдельной небольшой плате.
Для самостоятельной сборки моста диоды берутся с теми же параметрами, что и заводской мост. Также подойдут любые выпрямительные диоды из серии КД105, КД106, КД208, КД209, КД221, Д229, КД204, КД205, 1N4001 – 1N4007. Если использовать диоды из серии КД209 или 1N4001 – 1N4007, то мост можно собрать прямо со стороны печатного монтажа непосредственно на контактных площадках платы.
Светодиоды обычные с желтым, красным, синим и зеленым цветом свечения. В каждом канале используется по 6 штук:
Транзисторы VT1 и VT2 из серии КТ361 с любым буквенным индексом.
Транзисторы VT3, VT4, VT5, VT6 из серии КТ502 с любым буквенным индексом.
Стабилизатор напряжения типа КРЕН5А с любым буквенным индексом (импортный аналог 7805). Если использовать девятивольтовые КРЕН8А или КРЕН8Г (импортный аналог 7809), то резистор R22 не ставится. Вместо резистора на плате устанавливается перемычка, которая соединит средний вывод микросхемы с минусовой шиной, или при изготовлении платы этот резистор вообще не предусматривается.
Для соединения приставки с источником звукового сигнала применен разъем типа «джек» на три контакта. Кабель взят от компьютерной мыши.
Трансформатор питания – готовый или самодельный мощностью не менее 5 Вт с напряжением на вторичной обмотке 12 – 15 В при токе нагрузки 200 mA.
В дополнение к статье посмотрите первую часть видеоролика, где показывается начальный этап сборки цветомузыкальной приставки
На этом первая часть заканчивается.
Если Вы соблазнились сделать цветомузыку на светодиодах
, тогда подбирайте детали и обязательно проверьте исправность диодов и транзисторов, например, . А во произведем окончательную сборку и настройку цветомузыкальной приставки.
Удачи!
Литература:
1. И. Андрианов «Приставки к радиоприемным устройствам».
2. Радио 1990 №8, Б. Сергеев «Простые цветомузыкальные приставки».
3. Руководство по эксплуатации радиоконструктора «Старт».
На рисунке показана экспериментальная схема ЦМУ, работающая с RGB-свето-диодной лентой или гирляндой. Все как у «типовой» ЦМУ, - три частотных канала, три выходных ключа, к которым соответственно подключены три цвета RGB-светодиодной ленты (или гирлянды).
Схема полосовых фильтров выполнена на микросхемах LM567.
Микросхемы LM567 являются тональными декодерами с ФАПЧ, они предназначены для работы в системах управления с частотным кодирование и представляют собой активные фильтры с очень узкой полосой захвата ФАПЧ. В данном случае, чтобы перекрыть весь звуковой диапазон хотя бы от 50 Гц до 12000 Гц на три полосы нужно расширить полосы захвата ФАПЧ микросхем. Полоса захвата ФАПЧ ИМС LM567 зависит от конденсатора на выводе 2, чем его емкость больше, тем уже полоса. Обычно там несколько мкФ, но здесь емкости этих конденсаторов уменьшены до 0,047 мкФ, в результате полоса захвата очень расширилась, и стала достаточной для использования микросхем LM567 в качестве фильтров в цветомузыкальной установке.
Диапазон входного напряжения ЗЧ на входе ИМС LM567 - 20-200 мВ, при частоте, соответствующей полосе настройки фильтра происходит захват. Если частота входного сигнала лежит в пределах полосы на выходе ИМС LM567 открывается ключ, между выводом 8 и общим минусом питания.
Входной сигнал поступает на разъем Х1, номинальная величина входного напряжения ЗЧ должна быть в районе 100-300 мВ. Это напряжение поступает на три регулятора на переменных резисторах R1, R6, R11. Этими переменными резисторами в процессе работы устройства устанавливаются оптимальные уровни ЗЧ сигналов по частотным каналам, конкретно для каждого случая воспроизведения, так чтобы получить желаемый эффект.
Значения средних частот полос устанавливаются RC-цепями, подключенными между выводами 5 и 6 микросхем LM567. Подсчитать их можно по формуле:
F = 1/ (1,1*R*C)
F - частота в кГц, R - сопротивление в кОм, С - емкость в мкФ.
Соответственно, центральные частоты выбраны 150 Гц, 900 Гц, и 9000 Гц. При желании, пользуясь вышеуказанной формулой можно выбрать другие центральные частоты полос. При этом можно подбирать не только конденсаторы, но и резисторы (включенные между выводами 5 и 6 ИМС LM567).
Рассмотрим работу на примере низкочастотного канала на А1. Пока сигнала частотой в полосе частот фильтра нет, либо его уровень мал, на выходе, на выводе 8 А1 будет напряжение логической единицы (выходной ключ закрыт, выход подтянут к плюсу питания через резистор R2). На элементах D1.1-D1.2 выполнен триггер Шмитта, его выходом является выход элемента D1.1, поэтому когда на выходе А1 единица, на выходе D1.1 имеется логический ноль. Ключ на полевом мощном транзисторе VT1 закрыт и питание на R-часть светодиодной RGB-ленты не поступает.
Если на входе А1 есть напряжение ЗЧ с частотой в полосе частот фильтра, и его уровень достаточен для захвата, на выходе, на выводе 8 А1 будет напряжение логического нуля (выходной ключ открыт). На выходе D1.1 при этом - логическая единица. Транзистор VT1 открывается и включает питание R-части светодиодной RGB-ленты.
Аналогично работают и два других канала, среднечастотный на А2 и высокочастотный на А3, разница только в частоте входного напряжения ЗЧ.
В принципе, затворы полевых ключевых транзисторов можно и непосредственно подключить к выходам LM567, но, во-первых, схема будет работать наоброт, то есть, когда сигнала нет светодиодная лента будет гореть, а когда есть, - гаснуть. И во-вторых, транзисторы будут перегреваться, потому что будет затянут во времени процесс их открывания, и существенное время они будут находиться в среднем состоянии, когда на канале падает значительное напряжение, и мощность. Триггер Шмитта устраняет эти проблемы.
Монтаж выполнен на макетной плате.
Представляем вам простую версию цветомузыкальной установки, что была собрана в необычном корпусе. Недавно попали в руки отходы металлических профилей 20×80 — их и применили. В проекте она собрана на светодиодах разных цветов 10W (зеленый, синий и красный).
Схема цветомузыки LED
Схема цветомузыки LED 3 канала по 10 ватт
Теперь стробоскоп — он сделан на таймере NE555. Что касается проблемы ограничения тока LED — используем самое простое решение, ограничения тока через подобранные резисторы. Резисторы болтами к профилю прикручены для теплоотвода и совсем не перегреваются, работают с температурой максимум 60С. Ток для каждого светодиода ограничили на уровне 800 мА.
Схема LED стробоскопа на таймере NE555
Конструкция устройства
Тороидальный трансформатор 14В 50VA. Стробоскоп на NE555 вместе с MOSFET IRF540 управляет двумя диодами 10W холодного белого цвета через 5W резисторы 1.5 Ома.
Корпус ЦМУ из алюминия
Все светодиоды закреплены на полосках алюминия, который крепится в общий алюминиевый профиль. После 3-х часов теста конструкция остаётся холодная.
ЦМУ на светодиодах со стробоскопом в корпусе
Органы управления приставкой
В корпусе были установлены потенциометры для регулировки уровней, вход на микрофон, выключатель питания, предохранитель, гнездо сети 220 В и переключатель режима работы (стробоскоп-ЦМУ). Весь корпус имеет длину 700 мм. Эффект очень даже красивый и мощный. Можно без проблем осветить зал хоть 200 квадратных метров.
Конкурс начинающих радиолюбителей
“Моя радиолюбительская конструкция”
Конкурсная конструкция начинающего радиолюбителя
“Пятиканальная светодиодная цветомузыка”
Здравствуйте уважаемые друзья и гости сайта!
Представляю вашему вниманию третью конкурсную работу (второго конкурса сайта) начинающего радиолюбителя. Автор конструкции: Морозас Игорь Анатольевич
:
Пятиканальная светодиодная цветомузыка
Здравствуйте радиолюбители!
Как и у многих новичков основная проблема была с чего начать, какой будет мое первое изделие. Начал с того, чтобы я хотел приобрести домой в первую очередь. Первое – это цветомузыка, второе – это высококачественный усилитель для наушников. Начал с первого. Цветомузыка на тиристорах вроде как избитый вариант, решил собрать цветомузыку для светодиодных RGB лент. Предоставляю Вам первую свою работу.
Схема цветомузыки взята из интернета. Цветомузыка простая, на 5 каналов (один канал –белый фоновый). К каждому каналу можно подключить светодиодную ленту, но для ее работы на входе необходим усилитель сигнала не высокой мощности. Автор предлагает применить усилитель с компьютерных колонок. Я пошел из сложного, собрать схему усилителя по даташиту на микросхеме ТДА2005 2х10 Вт. Этой мощности мне кажется достаточно, даже с запасом. Прилежно перечерчиваю все схемы в программе sPLAN 7.0
Рис.1 Схема цветомузыки с усилителем входного сигнала.
В схеме цветомузыки все конденсаторы электролитические, напряжением 16-25v. Где необходимо соблюдать полярность стоит знак «+», в остальных случаях изменение полярности не влияет на мигание светодиодов. По крайне мере я этого не заметил. Транзисторы КТ819 можно заменить на КТ815. Резисторы мощностью 0,25 Вт.
В схеме усилителя микросхему обязательно надо ставить на радиатор не менее 100см2. Конденсаторы электролитические напряжением 16-25v. Конденсаторы С8,С9,С12 пленочные, напряжением 63v. Резисторы R6,R7 мощностью 1 Вт, остальные 0,25Вт. Переменный резистор R0- сдвоенный, сопротивлением 10-50 ком.
Блок питания я взял заводской импульсный мощностью 100Вт, 2х12v, 7А
В выходной день как и полагается поездка на радио рынок для приобретения радиодеталей. Следующая задача нарисовать печатную плату. Для этого выбрал программу Sprint-Layout 6.0. Её советуют радиоспециалисты для начинающих. Изучается она легко, я в этом убедился.
Рис 2. Плата цветомузыки.
Рис 3. Плата усилителя мощности.
Платы изготавливал по ЛУТ технологии. Об этой технологии много информации в интернете. Мне нравиться, когда выглядит по заводскому, поэтому ЛУТ сделал и со стороны деталей тоже.
Рис 3,4 Сборка радиодеталей на плату
Рис 5. Проверяю работоспособность после сборки
Как всегда самое «сложное» при собирании радиосхемы – это укомплектовать все в корпус. Корпус я купил готовый в радиомагазине.
Лицевую панель я сделал таким образом. В программе Фотошоп нарисовал внешний вид лицевой панели где должны быть установлены переменные резисторы, выключатель и светодиоды по одному с каждого канала. Готовый рисунок распечатал струйным принтером на тонкой глянцевой фотобумаге.
На обезжиренную приготовленную панель с отверстиями наклеиваю столярным клеем фотобумагу:
После чего ложу панели под так называемый пресс. На сутки. В качестве пресса у меня блин от штанги на 15 кг:
Окончательная сборка:
Вот что получилось:
Приложения к статье:
(2.9 MiB, 2,716 hits)
Уважаемые друзья и гости сайта!
Не забывайте высказывать свое мнение по конкурсным работам и принимайте участие в голосовании за понравившуюся конструкцию на форуме сайта. Спасибо.
Некоторые предложения для тех, кто будет повторять конструкцию:
1. К такому мощному стереоусилителю можно подключить колонки, тогда получится два устройства в одном – цветомузыка и качественный усилитель низкой частоты.
2. Даже если полярность включения электролитических конденсаторов в схеме цветомузыки не влияет на ее работу, наверное лучше соблюдать полярность.
3. На входе цветомузыки, наверное лучше поставить входной узел для суммирования сигналов с левого и правого каналов (). У автора, судя по схеме, на высокочастотный канал цветомузыки (синий) подается сигнал с правого канала усилителя, а на остальные каналы цветомузыки подается сигнал с левого канала усилителя, но наверное лучше подавать сигнал на все каналы с сумматора звуковых сигналов.
4. Замена транзистора КТ819 на КТ815 подразумевает уменьшение количества возможного подключения светодиодов.
Данная 3-х канальная ЦМУ очень проста в изготовлении, однако обладает некоторыми недостатками. Это, во-первых, большой требуемый входной уровень сигнала, во-вторых, малое входное сопротивление, в-третьих, резкое мигание ламп, вызванное отсутствием компрессии и простотой применяемых фильтров. Но как для начинающих радиолюбителей - схема будет в самый раз.
Управление вспышками выполняют тиристоры. Их можно ставить серии КУ202 с буквами к, л, м, н. Конечно же лучше взять такие, как на схеме. Питание от сети 220в. Регулировка каждого канала производится переменными резисторами. В настройке схема не нуждается, работает сразу после правильной сборки. При работе с цветомузыкой учтите, что нужен достаточно большой сигнал музыки.
Трансформатор ТР1 выполняется на сердечнике Ш16х24 из трансформаторной стали. Обмотка I содержит 60 витков провода ПЭЛ 0,51. Обмотка II - 100 витков ПЭЛ 0,51. Может использоваться и любой другой малогабаритный трансформатор (например, от транзисторных приемников) с соотношением витков в обмотках близким к 1:2. Тиристоры необходимо установить на теплоотводящие радиаторы, если суммарная мощность ламп на один канал будет превышать 200 Вт.
Собрал, проверил. Работает очень отлично. Вот сам девайс в корпусе:
Вот такое расположение элементов внутри коробки выбрал. Включать лучше через диодный мост. Стоит он дёшево. Но я думаю радиолюбителю важно не это, а само повторение девайса. Схему может спаять даже начинающий. Готовое цветомузыкальное устройство работает без помех, долгое время работы не напрягает тиристоры. Они даже не нагреваются. Автор материала: Max.