Analizzatore di spettro audio (VU Meter): 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Cos'è la musica? Da un punto di vista tecnico, la musica è fondamentalmente un segnale con tensione e frequenza variabili. Audio Spectrum Analyzer è un dispositivo che mostra il livello di tensione di una particolare frequenza. È uno strumento utilizzato principalmente in luoghi come studi di registrazione per analizzare il suono.

Sebbene sia uno strumento, è divertente fissare le luci danzanti e un ottimo modo per visualizzare la musica. Alcuni anni fa, avevo realizzato una versione più piccola con due colonne sulla scheda di prototipazione. Molte saldature e un pasticcio completo! Questa volta volevo che fosse pulito e ordinato e un piacere per gli occhi.

Iniziamo

Forniture

Per una colonna:

5x LM324 Quad-amplificatore operazionale IC

20 LED verdi

Resistenza 20x 100 ohm

Resistenza 20x 10k

1x resistenza da 59k

1x resistenza da 270k

1x transistor NPN 2N2222

1x condensatore da 10uF

Passaggio 1: amplificatore operazionale come comparatore

Non spiegherò il funzionamento di un amplificatore operazionale, piuttosto vedremo una sua applicazione. Ci sono un sacco di buoni video su YouTube che spiegano il funzionamento di un amplificatore operazionale.

Un amplificatore operazionale è un dispositivo a 3 terminali.

1. Pin non invertente (+)
2. Perno invertito (-)
3. Produzione

Useremo un amplificatore operazionale per confrontare due tensioni. La tensione Vin al piedino invertente (-) viene confrontata con la tensione Vref al piedino non invertente (+).

Costruiamo un circuito per dimostrarlo. Per questo esempio viene utilizzato LM324 IC che è un amplificatore operazionale quad. La tensione di riferimento Vref di 2,5V viene fornita al pin (+) utilizzando un circuito divisore di tensione e la tensione Vin al pin (-) viene variata utilizzando un potenziometro. All'uscita è collegato un LED. Quando Vin 2.5V, l'uscita diventa alta e il LED si accende.

Ridimensioniamo questo circuito usando quattro amplificatori operazionali. Un circuito divisore di tensione viene utilizzato per fornire una tensione di riferimento (1V, 2V, 3V e 4V) a ciascun amplificatore operazionale. (-) pin di tutti gli amplificatori operazionali sono collegati insieme. Quando la tensione sul pin (-) diventa maggiore di 1V, l'uscita del primo amplificatore operazionale diventa alta. Poiché 1 V è inferiore alle tensioni di riferimento di altri amplificatori operazionali, le loro uscite rimangono basse. All'aumentare della tensione, i LED si accendono uno dopo l'altro.

Utilizzando lo stesso principio ma con più amplificatori operazionali, possiamo costruire un analizzatore di spettro audio poiché la musica non è altro che un segnale con tensione variabile.

Passaggio 2: il piano

Il segnale audio direttamente dal telefono è sufficiente solo per pilotare gli auricolari. Dobbiamo aumentare l'ampiezza usando un amplificatore audio. Userò un altoparlante bluetooth in quanto ha l'amplificatore audio integrato.

La musica è una miscela di varie frequenze. Non sono affatto un esperto del suono. Una rapida ricerca su google ha dato i seguenti risultati:

Sub-basso da 20 a 60 Hz

Bassi da 60 a 250 Hz

Gamma media da 500 Hz a 2 kHz

Presenza da 4 a 6 kHz

Brillantezza da 6 a 20 kHz

Per separare queste frequenze, verranno utilizzati filtri passa-banda. Un filtro passa-banda è un dispositivo che fa passare una particolare frequenza e rifiuta altre frequenze. Una colonna del display mostra l'ampiezza o il livello di tensione di quella frequenza.

Passaggio 3: progettazione di filtri passa-banda

Utilizzando la formula fornita di seguito, è possibile calcolare i valori di R e C per una data frequenza.

Nota: non utilizzare condensatori elettrolitici

Passaggio 4: progettazione e assemblaggio PCB

Usando EasyEDA, ho prima realizzato lo schema e poi l'ho convertito in PCB. EasyEDA è perfetto per i principianti come me. Ci sono meno cose di cui preoccuparsi e quindi possiamo concentrarci solo sulla progettazione del PCB. Puoi ordinare i tuoi PCB direttamente da JLCPCB. Ogni colonna del display è la stessa e quindi i 10 PCB che otteniamo possono essere utilizzati. Ne ho usati cinque per cinque frequenze diverse. Puoi scalare il circuito in base al tuo livello di follia!

Dopo l'ordine, ho ricevuto i miei PCB entro 5 giorni. Ora tira fuori il ferro, raccogli tutti i componenti e inizia a saldare! Dopo un sacco di saldature, sono state completate 5 colonne.

Passaggio 5: mettere insieme le cose

Ho progettato una custodia in Fusion 360 per l'elettronica e per contenere i cinque display. L'ho stampato usando Creality Ender 3. Solo un principiante nella modellazione 3D, ma ha funzionato.

Ho usato un vecchio altoparlante bluetooth come sorgente audio poiché ha già un amplificatore integrato al suo interno. Non spiegherò i collegamenti poiché i tuoi saranno diversi. Basta seguire lo schema a blocchi menzionato in precedenza nel passaggio 2. Ho collegato l'ingresso audio del filtro passa-banda all'uscita (collegamenti degli altoparlanti) dell'amplificatore.

Saldare i cavi di segnale e alimentazione provenienti dai display alla scheda del filtro passabanda.

Il resto delle cose dipende da te. C'era un indicatore LED sul circuito dell'altoparlante bluetooth che ho dissaldato e attaccato sul lato anteriore. Essere creativo!

Passaggio 6: divertiti

Questo è tutto! Accendilo e goditi la tua canzone preferita!

Grazie per essere rimasto fedele alla fine. Spero che amiate tutti questo progetto e che oggi abbiate imparato qualcosa di nuovo. Fammi sapere se ne fai uno per te. Iscriviti al mio canale YouTube per altri progetti in arrivo. Grazie ancora!