Audio Spectrum Analyzer (VU-Meter) - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Was ist Musik? Aus technischer Sicht ist Musik grundsätzlich ein Signal mit unterschiedlicher Spannung und Frequenz. Audio Spectrum Analyzer ist ein Gerät, das den Spannungspegel einer bestimmten Frequenz anzeigt. Es ist ein Instrument, das hauptsächlich an Orten wie Aufnahmestudios verwendet wird, um den Klang zu analysieren.

Obwohl es ein Instrument ist, macht es Spaß, auf die tanzenden Lichter zu starren und eine großartige Möglichkeit, Musik zu visualisieren. Vor ein paar Jahren hatte ich eine kleinere Version mit zwei Spalten auf dem Prototyping-Board gemacht. Viel Löten und ein komplettes Durcheinander! Diesmal wollte ich, dass es ordentlich und aufgeräumt ist und ein Genuss für die Augen.

Lass uns anfangen

Lieferungen

Für eine Spalte:

5x LM324 Quad-Op-Amp-IC

20x grüne LEDs

20x 100 Ohm Widerstand

20x 10k Widerstand

1x 59k Widerstand

1x 270k Widerstand

1x 2N2222 NPN-Transistor

1x 10uF Kondensator

Schritt 1: Op-Amp als Komparator

Ich werde nicht die Funktionsweise eines Operationsverstärkers erklären, sondern wir werden eine seiner Anwendungen sehen. Auf YouTube gibt es eine Menge guter Videos, die die Funktionsweise eines Operationsverstärkers erklären.

Ein Op-Amp ist ein Gerät mit 3 Endgeräten.

1. Nicht invertierender Stift (+)
2. Umkehrstift (-)
3. Ausgabe

Wir werden einen Operationsverstärker verwenden, um zwei Spannungen zu vergleichen. Die Spannung Vin am invertierenden Pin (-) wird mit der Spannung Vref am nicht invertierenden Pin (+) verglichen.

Lassen Sie uns eine Schaltung bauen, um es zu demonstrieren. Für dieses Beispiel wird LM324 IC verwendet, ein Quad-Operationsverstärker. Die Referenzspannung Vref von 2,5 V wird am (+)-Pin unter Verwendung einer Spannungsteilerschaltung bereitgestellt, und die Spannung Vin am (–)-Pin wird unter Verwendung eines Potentiometers variiert. Am Ausgang ist eine LED angeschlossen. Bei Vin 2,5 V wird der Ausgang hoch und die LED geht an.

Lassen Sie uns diese Schaltung mit vier Operationsverstärkern skalieren. Eine Spannungsteilerschaltung wird verwendet, um jedem Operationsverstärker eine Referenzspannung (1 V, 2 V, 3 V und 4 V) bereitzustellen. (-) Pin aller Operationsverstärker sind miteinander verbunden. Wenn die Spannung am (-)-Pin größer als 1 V wird, wird der Ausgang des ersten Operationsverstärkers hoch. Da 1V weniger als die Referenzspannungen anderer Operationsverstärker sind, bleiben ihre Ausgänge niedrig. Wenn die Spannung weiter ansteigt, schalten sich die LEDs nacheinander ein.

Nach dem gleichen Prinzip, aber mit mehr Operationsverstärkern, können wir einen Audio Spectrum Analyzer bauen, da Musik nichts anderes als ein Signal mit unterschiedlicher Spannung ist.

Schritt 2: Der Plan

Das Audiosignal direkt von Ihrem Telefon ist gut genug, um nur Ihre Ohrhörer zu betreiben. Wir müssen die Amplitude mit einem Audioverstärker erhöhen. Ich werde einen Bluetooth-Lautsprecher verwenden, da der Audioverstärker eingebaut ist.

Musik ist eine Mischung aus verschiedenen Frequenzen. Ich bin auf keinen Fall ein Soundexperte. Eine schnelle Google-Suche ergab folgende Ergebnisse:

20 bis 60 Hz Subbass

60 bis 250 Hz Bass

500 Hz bis 2 kHz Mitteltöner

4 bis 6 kHz Präsenz

6 bis 20 kHz Brillanz

Um diese Frequenzen zu trennen, werden Bandpassfilter verwendet. Ein Bandpassfilter ist ein Gerät, das eine bestimmte Frequenz durchlässt und andere Frequenzen zurückweist. Eine Spalte des Displays zeigt die Amplitude oder den Spannungspegel dieser Frequenz an.

Schritt 3: Entwerfen von Bandpassfiltern

Mit der unten angegebenen Formel können Sie die Werte von R und C für eine bestimmte Frequenz berechnen.

Hinweis: Verwenden Sie keine Elektrolytkondensatoren

Schritt 4: PCB-Design und Montage

Mit EasyEDA habe ich zuerst den Schaltplan erstellt und dann auf PCB konvertiert. EasyEDA ist perfekt für Anfänger wie mich. Es gibt weniger Dinge, um die Sie sich kümmern müssen, und so können wir uns nur auf das Design der Leiterplatte konzentrieren. Sie können Ihre Leiterplatten direkt bei JLCPCB bestellen. Jede Spalte des Displays ist gleich und so können die 10 PCBs, die wir erhalten, verwendet werden. Ich habe fünf für fünf verschiedene Frequenzen verwendet. Sie können die Strecke nach Ihrem Grad an Verrücktheit vergrößern!

Nach der Bestellung erhielt ich meine Leiterplatten innerhalb von 5 Tagen. Holen Sie jetzt Ihr Bügeleisen heraus, sammeln Sie alle Komponenten und beginnen Sie mit dem Löten! Nach verdammt viel Löten waren 5 Säulen fertig.

Schritt 5: Dinge zusammenfügen

Ich habe in Fusion 360 ein Gehäuse für die Elektronik und die fünf Displays entworfen. Ich habe es mit Creality Ender 3 gedruckt. Nur ein Anfänger in der 3D-Modellierung, aber es hat funktioniert.

Als Audioquelle habe ich einen alten Bluetooth-Lautsprecher verwendet, da darin bereits ein Verstärker eingebaut ist. Ich werde die Verbindungen nicht erklären, da Ihre anders sein werden. Folgen Sie einfach dem oben in Schritt 2 erwähnten Blockschaltbild. Ich habe den Audioeingang des Bandpassfilters mit dem Ausgang (Lautsprecheranschlüsse) des Verstärkers verbunden.

Löten Sie die Signal- und Stromkabel, die von den Displays kommen, an die Bandpassfilterplatine.

Der Rest liegt bei Ihnen. Auf der Platine des Bluetooth-Lautsprechers befand sich eine Anzeige-LED, die ich entlötet und an der Vorderseite befestigt habe. Seien Sie kreativ!

Schritt 6: Viel Spaß

Das ist es! Schalten Sie es ein und genießen Sie Ihr Lieblingslied!

Vielen Dank, dass Sie bis zum Ende durchgehalten haben. Ich hoffe, Sie alle lieben dieses Projekt und haben heute etwas Neues gelernt. Lassen Sie es mich wissen, wenn Sie selbst eine machen. Abonniere meinen YouTube-Kanal für weitere anstehende Projekte. Vielen Dank noch mal!