Несколько десятилетий назад у радиолюбителей-самодельщиков популярной темой было создание цветомузыкальных устройств (ЦМУ). Сейчас это течение несколько утихло, но за прошедшее время появилась новая элементная база. Лампы накаливания потеснены светодиодами, и это дает новые возможности любителям светового дизайна.
Принцип работы и основные элементы цветомузыки
Общий принцип работы цветомузыкальных устройств – создание световых эффектов, яркость которых зависит от громкости музыки, а цветовая насыщенность – от частотного спектра. Структурная схема типовой цветомузыкальной установки приведена на рисунке.
Входные цепи
Входные цепи чаще всего представляют собой предварительный усилитель. Он усиливает входной сигнал, компенсируя последующее ослабление в фильтрах. В простых схемах ЦМУ вместо усилителя может устанавливаться повышающий трансформатор или входного блока может вообще не быть.
Фильтры
Фильтры выделяют индицируемую полосу частот. Первый фильтр обычно выполняется по схеме простого ФНЧ, он выделяет полосу от нуля до 300.500 Гц. Второй фильтр – полосовой. Его полоса прозрачности лежит в пределах 300..500 Гц (верхний уровень ФНЧ) до 2500 Гц. Третий фильтр в большинстве случаев выполняется в виде простого фильтра высокой частоты с полосой пропускания от 2000 Гц.
Все указанные значения частот ориентировочные, их можно менять по вкусу создателя ЦМУ, но желательно, чтобы диапазоны перекрывались.
Классически фильтры выполняются в виде LC-цепочек, но катушки индуктивности трудоемки в изготовлении и настройке, поэтому их заменяют постоянными или подстроечными резисторами. Такие фильтры называются RC-фильтрами. Их фильтрующие качества несколько ниже (более пологий спад АЧХ), но в данном случае это некритично.
В более сложных ЦМУ применяют активные фильтры (на транзисторах или операционных усилителях). Современная элементная база позволяет создавать и цифровые фильтры для звукового диапазона.
Усилители (ключи)
Отфильтрованный сигнал надо усилить, чтобы его мощности хватило для зажигания светового элемента. Усилитель может работать в ключевом режиме. Он полностью открывается при наличии сигнала и полностью закрывается при его отсутствии. Соответственно, световой элемент или полностью включен, или выключен. Такие усилители делают на тиристорах или на транзисторах.
Специальность: Проектирование и монтаж изделий электротехники.
Светоизлучатели
До относительно недавнего времени в качестве излучателей света использовались лампы накаливания. Сейчас эту роль лучше поручить светодиодам. Не уступая традиционным лампочкам в яркости свечения, они требуют меньших токов. Это означает применение транзисторов меньшей мощности, отсутствие теплоотводящих радиаторов и т.п. Все это ведет к уменьшению габаритов цветомузыкальных приставок. Кроме собственно светоизлучающих элементов в состав ЦМУ обычнее входит система рефлекторов, светоотражателей и т.п., позволяющих спроецировать световые эффекты на экран, на потолок и т.п.
Обзор популярных схемы для цветомузыки
В интернете и литературе несложно найти множество схем ЦМУ. Можно выбрать любую схему, исходя из потребности и собственной квалификации.
Несложная цветомузыкальная приставка
Эту несложную цветомузыку на светодиодах легко сделать своими руками. Она содержит все компоненты классического ЦМУ:
- в качестве входного устройства применен сетевой понижающий трансформатор с выходным напряжением 5..15 вольт, включенный наоборот – вторичной обмоткой к источнику звука;
- фильтр высоких частот образует потенциометр R4 и конденсатор С1;
- средние частоты отфильтровывают элементы R5, C2, C3, R7;
- верхние частоты выделяет фильтр на R6, R8, C4, R9;
- отфильтрованные сигналы усиливаются транзисторами VT1..VT3;
В качестве светоизлучателей применены светодиоды красного, зеленого и синего цветов (но это не жесткое требование). Можно применить любые цвета свечения.
Транзисторы структуры n-p-n выбираются в соответствии с мощностью светодиодов. Ключи должны быть рассчитаны на полный ток светодиода с запасом не менее 20%.
Видео-вариант сборки простейшей цветомузыки
Схема ЦМУ на цифровой микросхеме
Следующая схема цветомузыки на светодиодах выполнена на базе микросхемы К561ИЕ10, которая представляет собой два четырехразрядных счетчика. Особенностью данной схемы является отсутствие фильтров соответствующих частотных каналов.
На тактовые входы микросхемы (выводы 9 и 10) подаются сигналы с правого и левого каналов источника звукового сигнала. Сигнал каждого канала предварительно усилен своим каскадом на операционном усилителе LM358. Коэффициент усиления каждого усилителя можно регулировать. В результате на каждый тактовый вход попадает непредсказуемый набор импульсов, которые, смешиваясь, дадут на выходе не менее непредсказуемый набор управляющих воздействий на ключи. В качестве ключей применены широко распространенные транзисторы средней мощности КТ817.
Недостатком такой схемы является отсутствие зависимости свечения от частотного спектра звукового сигнала.
ЦМУ с компрессором на светодиодной ленте
Появление светодиодных лент расширило возможности дизайнеров динамического освещения.
Следующая светодиодная цветомузыка на светодиодной ленте имеет особенности:
- для связи с источником звукового сигнала применен микрофон;
- в схему включен компрессор звукового сигнала.
Первая особенность позволяет избежать проблемы сопряжения с источником первичного сигнала – им теперь может быть что угодно, вплоть до живого человеческого голоса (правда, снижается помехоустойчивость канала из-за возможного проникновения помех извне). Вторая позволяет улучшить соответствие яркости свечения уровню изменения входного сигнала.
На первой половине операционного усилителя выполнен микрофонный усилитель. На второй – дополнительный усилитель с автоматической регулировкой усиления. Выходной сигнал выпрямляется диодами VD1, VD2, интегрируется на конденсаторе С5 и подается на базу транзистора VT1. Чем больше уровень сигнала на выходе, тем больше открывается транзистор, уменьшая уровень сигнала на входе.
Усиленный и «поджатый» компрессором сигнал звуковой частоты подается через фильтры на выходные транзисторы, работающие в линейном режиме. Они подключены к цепочкам красного, синего и зеленого цветов в светодиодной ленте. Чем выше уровень в соответствующей полосе, тем больше открывается транзистор, тем ярче светят светодиоды соответствующего цвета.
При желании можно заставить ленту мигать в такт музыке белым цветом, замкнув выключатель SA1.
Общие рекомендации для самостоятельной сборки
Самые простые схемы (особенно не предназначенные для практических целей, а собранные для экспериментов) можно собирать совсем без платы. Такой монтаж называется «паучком» — выводы деталей спаиваются между собой на весу. Это позволяет опробовать схему, посмотреть, как она работает, поэкспериментировать с заменой деталей и т.п.
Такой способ наименее трудоемок, но не может обеспечить жесткий монтаж, механическую прочность, а также не обеспечивает защиту от случайных замыканий. Поэтому более сложные схемы, а также устройства, предназначенные для эксплуатации, лучше собирать на жесткой плате.
Проще всего собрать схему на макетной плате. Для этого надо взять кусочек макетки подходящего размера, впаять туда детали и соединить их проводами согласно принципиальной схеме.
У такого монтажа есть недостаток – не очень аккуратный вид.
Этого можно избежать, собрав все на печатной плате. Ее чертеж могут предоставить разработчики вместе со схемой. Если есть навыки и время, плату можно разработать самостоятельно. Дальше надо изготовить плату одним из известных способов, и собрать на ней схему.
Освоив эти достаточно несложные схемы, любители самоделок могут перейти к более сложным системам. Для тех, кто не имеет возможности или желания корпеть с паяльником, в продаже имеются готовые автоматы световых эффектов. Они также дают возможности для творчества, не отнимая времени для сборки собственно электроники.
