Audio vizualizator retro trakov z LED trakovi: 4 koraki (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Kot glasbenik in študent elektrotehnike imam rad vsak projekt, ki seka ta dva področja. Videl sem nekaj zvočnih vizualizatorjev DIY (tukaj, tukaj, tukaj in tukaj), vendar je vsak zgrešil vsaj enega od dveh ciljev, ki sem si jih zastavil: profesionalno kakovost izdelave in razmeroma velik zaslon (šibek 8*8 LED matrika tukaj ne bi zadostovala!). Z nekaj starinskega pridiha in pri velikosti 40 "x 20" ta zvočni vizualizator doseže oba cilja.

Za navpične fotografije se vnaprej opravičujem. Veliko jih je bilo vzetih za družabne medije.

Korak: Seznam delov

Nekaj teh delov sem že imel naokoli. Povezave so zgolj referenčne. Prosim, ne kupujte nepotrebno dragih komponent.

Elektronika

1. WS2811 60LEDS/m @ 5m, IP30 (nepremočljiv), naslovljiv - Ti so bili cenejši od takrat WS2812. Tu imate nekaj prostora, vendar se prepričajte, da so dimenzije pravilne in da se lahko dejansko pogovarjate z LED. Upoštevajte tudi, da so WS2811s 12V, medtem ko so WS2812s 5V.
2. 9 x 3-pinski priključki JST + vtičnice
3. Napajalnik DC 12V 20A (240 W)-sprva sem nameraval narediti 2 LED trakova in želel sem, da bi vaš zvočnik spravil v hišo. Vsak svetlobni trak je v najslabšem primeru 90 W (nisem meril, da bi potrdil), kar mi je pustilo ~ 60 W za zvočnike + ojačevalnik. Možnost 15A je bila tako ali tako le 4 USD manj.
4. Napajalni kabel (3 žleba)
5. Arduino Uno - R3 je ležal naokoli, zato sem ga uporabil. Morda boste lahko našli cenejšo možnost pri enem od izpadov ali pri drugem prodajalcu.
6. TRRS Breakout - Za pomožni vnos
7. L7805 5V regulator - Vsak 5V regulator, ki sprejema 12V vhod, bo deloval.
8. 330 nF, 100 nF kondenzatorji - na podatkovnem listu L7805
9. 2 x 10kR, 2 x 1kR, 2 x 100 nF kondenzatorji - za preusmeritev avdio vhoda
10. Stereo sprejemnik - vsak starinski stereo sprejemnik bo deloval, če ima vhod aux (3,5 mm ali RCA). Panasonic RA6600 sem vzel s craigslista za 15 USD. Priporočam, da za podobne stvari preverite Goodwill, craigslist in druge blagajne.*
11. Zvočniki - ne zvočniki BT. Samo komplet zvočnikov. Bodite pozorni na to, katera impedanca je združljiva z vašim sprejemnikom. Našel sem komplet 3 20W (= glasnih) zvočnikov pri Goodwill za 6 USD, ki so prišli s "srednjim" in dvema "sprednjima" zvočnikoma.
12. Zvočni adapter Logitech BT - ta naprava lahko pretaka zvok v stereo zvočnike in v vezje
13. Moški kabel RCA na moški RCA
14. Aux kabel

Strojna oprema

1. 2x6 (8ft) - ni obdelano s pritiskom. Pri HD ali Lowe bi moralo biti ~ 6 USD ali manj
2. 40% akril za prepustnost svetlobe - naročil sem 18 "x 24" x 1/8 "in tehnično je bil 17,75" x 23,5 ". Ko greste na lasersko rezanje, ga hranite v ovoju.
3. Lesni madež - potrebujete le majhno pločevinko. Uporabil sem rdeč mahagoni Minwax in izpadlo je zelo lepo. Vsekakor priporočam temen ton. Sprva sem poskusil provincialno in ni bilo videti tako lepo.
4. Lak - Najprej si oglejte ta videoposnetek Steva Ramseyja in se sami odločite, kaj najbolje deluje. Dobil sem polsjajni razpršilnik (sijaja ni bilo na voljo) in iskreno povedano, ni naredil tako veliko. Zaradi časovne stiske sem naredil tudi samo en premaz.
5. 40 x 1/2 "vijaki za les - imel sem na voljo okroglo glavo, vendar priporočam uporabo ravne plošče, če le lahko. Mislim, da to ne bi vplivalo na kakovost izdelave, vendar najprej vprašajte vse, ki so bolj seznanjeni z obdelavo lesa.
6. Odpadni les, lepilo gorile, vroče lepilo, spajkanje, žica in ukazni trakovi (stil Velcro, 20 srednjih ali 10 velikih)

* Načrtujem izgradnjo zvočne vrstice, da bo ta projekt popolnoma "iz nič", ki bo nadomestil 9-13 zgoraj. Upam, da bom to navodilo posodobil s koncem poletja.

2. korak: izdelava prototipov

Ta razdelek ni nekaj, kar morate dokončati, vendar želim pokazati, kako je bil projekt videti med potekom.

Tu sem zaletel LED v kačjem vzorcu in eksperimentiral z razprševanjem svetlobe prek vrečke za smeti, ki je položena na vrhu (zelo priporočam, da kot alternativo akrilu, če poskušate zmanjšati stroške. Čeprav boste morali pritrdite na drugačen način).

Meni je delovala nastavitev 10x10, morda pa imate raje 8x12 ali 7x14. Vabljeni k eksperimentiranju. Preden sem imel stereo, sem našel ojačevalnik in ga priklopil na ploščo, pred tem pa predvajal zvok iz prenosnega računalnika v vezje za analizo zvoka in hkrati pritisnil »predvajaj« na telefonu, da ga slišim.

Dvakrat verjamem v mero, enkrat režem. Torej, karkoli naredite, sledite tem navodilom in pripravljeni boste.

3. korak: vezje + koda

Koda je na voljo na GitHubu.

Breadboard, spajkajte na ploščo ali oblikujte lastno tiskano vezje. Karkoli vam najbolj ustreza tukaj, storite to. Moj demo tukaj deluje na krovu, ko pa sestavim soundbar, bom vse prenesel na tiskano vezje. Za napajanje iz adapterja odrežite ženski konec in odstranite črno izolacijo. Odstranite dovolj dejanskih kablov, da jih privijete na priključke adapterja. Pri delu z AC vedno bodite previdni! Razen tega je tukaj treba opozoriti le na nekaj.

1. Druga smer je, da se prepričate, da so vaše poti dobre. Potrebujete ozemljitev od adapterja do Arduina do pomožnega vhoda, ki se bo povezal tudi z zemljo na sprejemniku Logitech BT, od tam pa na ozemljitvi na stereo. Če je katera od teh povezav prekinjena ali slaba, boste dobili zelo hrupni avdio vhod in s tem zelo hrupni zaslon.
2. Zvočni vhod BiasingAudio, ki se predvaja prek pomožnega kabla, iz telefona ali prenosnega računalnika ali kjer koli, bo predvajal pri -2,2 do +2,2 V. Arduino lahko bere samo 0 do +5V, zato morate zvočni vhod premakniti. To je mogoče učinkovito doseči z op ojačevalniki, če pa poraba energije ni problem (morda ste kupili napajalnik 240 W?), Jo lahko dosežete tudi z upori in kondenzatorji. Izbrane vrednosti so bile različne, ker pri roki nisem imel 10uF kondenzatorjev. Lahko se poigrate s simulatorjem in preverite, ali bo tisto, kar izberete, delovalo.
3. Fourierjeve transformacije Vsak projekt, ki uporablja Fourierjeve transformacije, bo imel razdelka o ozadju, ki jih obravnava. Če že imate izkušnje, super! Če ne, morate razumeti le, da posnamejo posnetek signala in vrnejo informacije o tem, katere frekvence so v tistem trenutku prisotne v tem signalu. Če bi torej vzeli Fourierjevo transformacijo sin (440 (2*pi*t)), bi vam to povedalo, da je v vašem signalu prisotna frekvenca 440Hz. Če bi vzeli Fourierjevo transformacijo 7*sin (440 (2*pi*t)) + 5*sin (2000 (2*pi*t)), bi vam to povedalo, da sta prisotna tako signal 440Hz kot 2000Hz in relativne stopnje njihove prisotnosti. To lahko stori za kateri koli signal s poljubnim številom komponentnih funkcij. Ker je ves zvok le vsota sinusoidov, lahko vzamemo Fourierjevo transformacijo kopice posnetkov in vidimo, kaj se v resnici dogaja. V kodi boste videli, da na svoj signal uporabimo tudi okno, preden vzamemo Fourierja preoblikovati. Več o tem lahko najdete tukaj, vendar kratka razlaga je, da je signal, ki ga dejansko na koncu oddamo, nekako zanič, okna pa nam to popravijo. Vaša koda se ne bo zlomila, če jih ne uporabljate, vendar zaslon ne bo videti tako čist. Morda so na voljo boljši algoritmi (na primer YAAPT), vendar sem se po načelih KISS odločil za uporabo tega, kar že na voljo, kar je nekaj dobro napisanih Arduino knjižnic za Fast Fourierjevo transformacijo ali FFT.
4. Ali lahko Arduino res obdeluje vse v realnem času? Da se vse prikaže v realnem času, mora Arduino zajeti 128 vzorcev, obdelati ta FFT, manipulirati z vrednostmi zaslona in zelo hitro posodobiti zaslon. Če želite natančnost 1/16. Note pri 150 bpm (blizu zgornjega tempa večine pop pesmi), bi morali vse obdelati v 100 ms. Poleg tega lahko človeško oko vidi pri 30 sličicah na sekundo, kar ustreza dolžini okvirja 30 ms. Ta objava na spletnem dnevniku mi ni dala največjega zaupanja, vendar sem se odločil, da se bom sam prepričal, ali bo Arduino zdržal. Po lastnem primerjalnem preizkušanju sem bil zelo ponosen na svoj R3. Računska faza je bila daleč omejevalni dejavnik, vendar sem lahko obdelal 128 -kratni FFT UINT16 v samo 70 ms. To je bilo v okviru avdio toleranc, vendar več kot podvojilo vizualno omejitev. Pri nadaljnjih raziskavah sem našel Arduino FHT, ki izkorišča simetrijo FFT in izračunava samo dejanske vrednosti. Z drugimi besedami, to je približno 2x hitreje. In zagotovo je celotno hitrost zanke pripeljal na ~ 30 ms. Ena druga opomba pri ločljivosti zaslona. Dolžina N FFT, vzorčena pri Fs Hz, vrne N kosov, kjer k -ta posoda ustreza k * Fs/N Hz. Arduino ADC, ki bere avdio vhod in odvzame vzorce, običajno deluje pri ~ 9,6 kHz. Vendar lahko FFT vrne samo informacije o frekvencah do 1/2 * Fs. Ljudje lahko slišijo do 20 kHz, zato bi v idealnem primeru želeli vzorčiti pri> 40 kHz. ADC je mogoče vdreti, da teče nekoliko hitreje, vendar nikjer blizu. Najboljši rezultat, ki sem ga videl brez izgube stabilnosti, je bil pri 14kHz ADC. Poleg tega je bil največji FFT, ki sem ga lahko obdelal, da bi še vedno dosegel učinek v realnem času, N = 128. To pomeni, da vsak koš predstavlja ~ 109Hz, kar je v redu pri višjih frekvencah, slabo pa pri nizkih. Dober vizualizator poskuša rezervirati oktavo za vsak stolpec, kar ustreza ločitvam pri [16,35, 32,70, 65,41, 130,81, 261,63, 523,25, 1046,50, 2093,00, 4186,01] Hz. 109Hz pomeni, da so prve 2,5 oktave v enem košu. Še vedno sem lahko dosegel dober vizualni učinek, deloma tako, da sem vzel povprečje vsakega vedra, kjer je vedro skupina košev med dvema od teh meja. Upam, da to ni zmedeno, sama koda pa bi morala pojasniti, kaj se v resnici dogaja, vendar spodaj vprašajte, če ni smiselno.

4. korak: Montaža

Kot sem že rekel, sem si želel nekaj s profesionalno kakovostjo izdelave. Sprva sem začel lepiti lesene letvice, vendar je prijatelj (in usposobljen strojni inženir) predlagal drugačen pristop. Upoštevajte, da je 2x6 res 1,5 "x 5". Pri delu s katerim koli od spodaj navedenih strojev bodite previdni.

1. Vzemite svoj 2x6x8 in po potrebi pobrusite. Razrežite ga na 2 "x 6" x 22 "odseke. Tako dobite dve letvici, ki jih lahko" zažgete ", če zamotite.
2. Vzemite vsak 22 -palčni del in ga speljite skozi namizno žago po dolžini, da naredite 1,5 "x ~ 1,6" x 22 "letvice. Zadnjo tretjino je morda težko rezati na namizni žagi, zato lahko preklopite na tračno žago. Prepričajte se, da je vse čim bolj naravnost. Poleg tega je 1,6 -palčni vodnik in lahko doseže 1,75 -palčni. To so bili moji kosi, a dokler so vsi med seboj enaki, ni preveč pomembno. Omejevalni dejavnik je akril pri 18 ".
3. Na koncu kosov označite črko U, ki je 1/8 "na obeh straneh in nekoliko več kot 3/4" globoka. OPOMBA: Če uporabite drug akril, se globina spremeni. Pri <3/4 "moj akril sploh ne razprši svetlobe. Pri nekoliko večjem obsegu se popolnoma razprši. Želite se izogniti kakršni koli" perli ". Ta objava Hackaday se mi je zdela dobra referenca, vendar je popolna razpršitev zelo težko!
4. Z namiznim usmerjevalnikom izrežite sredino U do konca po letvi. 22 -palčni je daljši, kot ga potrebujete, zato ne skrbite, da bi odrezali konce, če to storite. Usmerjevalniki so lahko zapleteni, vendar naredite nekaj, kar je nekoliko širše od polovice širine U in pazite, da izrežete več kot 1/ 8 "materiala hkrati. Ponovi: Ne poskušajte vsega narediti v dveh prehodih. Poškodovali boste les in se verjetno poškodovali. Delajte z vrtenjem usmerjevalnika na rezih 1-4 in proti temu na 5-8. Tako zagotovite najboljši nadzor nad navorom usmerjevalnika.
5. LED trak razrežite na 30 odsekov LED (naslovljiv je lahko le vsak sklop treh LED). Verjetno boste morali odklopiti nekaj povezav. Te trakove položite vzdolž tirov. Ena stran bi morala sedeti v ravnini, druga pa bi morala imeti malo prostora za sprejemnik JST, ki bo poravnan. Na žalost nisem dobil slike tega, ampak glejte priloženi diagram. Tukaj označite dolžino, vendar še nič ne odrežite.
6. Izmerite širino vsake letvice. S tem in dolžino od koraka 7 je laser razrezal akril na 10 potrebnih pravokotnikov. Bolje je biti rahlo dolg kot rahlo kratek. Če se opeče, ga obrišite z izopropilom.
7. Prepričajte se, da vsaka akrilna letvica sedi na isti dolžini, ki ste jo označili v 5. koraku, nato pa odrežite letev na to dolžino.
8. Za pritrditev akrila potrebujete dva kosa mostu. To omogoča enostavno vzdrževanje svetlobnih trakov, če se kaj pojavi. Ti kosi morajo biti približno [vaše širine] - 2 * 1/8 "dolgi s 1/2" kvadratnimi ploskvami, vendar se morajo prilegati nekoliko tesno. Ko so ti kosi trdno nameščeni in poravnani s sprednjo stranjo letvic, izvrtajte luknje skozi sredino vsakega mostu z zunanje strani letvic. Potrudite se, da bo vsaka vaja enakomerna. Mostov ne privijačite, ampak se prepričajte, da so. Pazite, da vijaka ne potisnete predaleč in ne razcepite lesa.
9. Na tej točki letvice obarvajte in nanesite kateri koli premaz.
10. Zdaj privijte mostove. Prepričajte se, da sedijo v ravnini! Če ne, boste morali dodati kakšno podlogo. Na mostove nanesite lepilo goril (po možnosti) ali vroče lepilo (ki se lahko podvoji kot podloga) in pritrdite akril. Ne nanašajte lepila vzdolž same letvice.
11. Spajnite posode JST na eno stran vseh LED trakov, razen enega. Vse postavite na isti konec, kot ga označujejo označene puščice. Spajate žice vtičev JST na druge konce. Morda boste morali odstraniti več žic na vsakem priključku. Prepričajte se, da so povezave pravilne, ko jih priključite! Lepilo na zadnji strani LED je grozno, zato mu ne zaupajte. Svetleče diode položite na osrednjo stezo in jih lepite z lepilom gorile, pri tem pa pazite na označeno smer trakov. Ne pozabite, da vse skupaj zamikate.
12. Na prvi letvi spajkajte dovolj dolge žice, da dobite napajanje + ozemljitev iz adapterja in signal iz Arduina.
13. Privijte letvice in mostove nazaj. Na hrbtni strani pritrdite ukazne trakove (v obliki ježka, 2 srednja zgoraj in spodaj ali 1 velik na sredini). Naredite vse potrebne povezave in jih obesite na steno na razdalji ~ 3 ". Uživajte v sadu svojega dela.