Bộ hiển thị âm thanh dải LED Retro: 4 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Là một nhạc sĩ và sinh viên kỹ thuật điện, tôi yêu thích bất kỳ dự án nào giao nhau giữa hai lĩnh vực này. Tôi đã thấy một số thiết bị hình ảnh hóa âm thanh tự làm (đây, đây, đây, và đây), nhưng mỗi thiết bị đã bỏ lỡ ít nhất một trong hai mục tiêu mà tôi đã thiết lập cho bản thân: chất lượng bản dựng chuyên nghiệp và màn hình tương đối lớn (8 * 8 mỏng manh Ma trận LED sẽ không đủ ở đây!). Với một số nét tinh tế cổ điển và có kích thước 40 "x 20", bộ hiển thị âm thanh này hoàn thành cả hai mục tiêu đó.

Xin lỗi trước cho các bức ảnh dọc. Rất nhiều người trong số họ đã được lấy cho các phương tiện truyền thông xã hội.

Bước 1: Danh sách bộ phận

Tôi đã có một vài trong số những phần này nằm xung quanh rồi. Các liên kết là hoàn toàn để tham khảo. Vui lòng không mua các thành phần đắt tiền không cần thiết.

Thiết bị điện tử

1. WS2811 60LEDS / m @ 5m, IP30 (Không thấm nước), Địa chỉ - Loại này rẻ hơn so với WS2812 vào thời điểm đó. Bạn có một số thời gian ở đây nhưng hãy đảm bảo kích thước chính xác và bạn thực sự có thể nói chuyện với đèn LED. Cũng lưu ý rằng WS2811 là 12V trong khi WS2812 là 5V.
2. 9 x Đầu nối JST 3 chân + Ổ cắm
3. Nguồn điện DC 12V 20A (240W) - Ban đầu tôi dự định làm 2 dải đèn LED và muốn có một bộ loa phù hợp với ngôi nhà của bạn. Mỗi dải sáng là 90W trong trường hợp xấu nhất (tôi chưa đo để xác nhận), còn lại ~ 60W cho loa + bộ khuếch đại. Tùy chọn 15A dù sao cũng chỉ thấp hơn 4 đô la.
4. Dây nguồn (3 chấu)
5. Arduino Uno - Tôi có một R3 nằm xung quanh nên tôi đã sử dụng nó. Bạn có thể tìm thấy một lựa chọn rẻ hơn từ một trong những hàng nhái hoặc một nhà cung cấp khác.
6. TRRS Breakout - Đối với đầu vào aux
7. Bộ điều chỉnh 5V L7805 - Bất kỳ bộ điều chỉnh 5V nào chấp nhận đầu vào 12V sẽ hoạt động.
8. Tụ điện 330 nF, 100 nF - mỗi biểu dữ liệu L7805
9. Tụ điện 2 x 10kR, 2 x 1kR, 2 x 100 nF - cho xu hướng đầu vào âm thanh
10. Bộ thu âm thanh nổi - bất kỳ bộ thu âm thanh nổi cổ điển nào cũng sẽ hoạt động miễn là nó có đầu vào aux (3,5 mm hoặc RCA). Tôi đã chọn được một chiếc Panasonic RA6600 ngoài craigslist với giá 15 đô la. Tôi khuyên bạn nên kiểm tra Goodwill, craigslist và các cửa hàng tiết kiệm khác xem có tương tự không. *
11. Loa - Không phải loa BT. Chỉ là một bộ loa. Chú ý đến trở kháng tương thích với bộ thu của bạn. Tôi đã tìm thấy một bộ 3 loa 20W (= lớn) tại Goodwill với giá 6 đô la và đi kèm với một "trung tâm" và hai loa "trước".
12. Bộ điều hợp âm thanh BT của Logitech - thiết bị này có thể truyền âm thanh ra loa stereo và mạch của bạn
13. Cáp RCA đực sang RCA đực
14. Aux dây

Phần cứng

1. 2x6 (8ft) - Không xử lý áp suất. Phải ~ $ 6 trở xuống ở HD hoặc Lowe's
2. Acrylic truyền ánh sáng 40% - Tôi đã đặt hàng 18 "x 24" x 1/8 "và về mặt kỹ thuật nó là 17,75" x 23,5 ". Hãy giữ nó trong bao bì khi bạn đi cắt laser.
3. Wood Stain - Bạn chỉ cần một lon nhỏ. Tôi đã sử dụng Minwax đỏ gụ và nó ra rất đẹp. Tôi chắc chắn đề nghị một tông màu tối. Tôi ban đầu đã thử tỉnh và nó trông không đẹp.
4. Lacquer - Trước hết, hãy xem video này của Steve Ramsey và tự mình quyết định xem video nào phù hợp nhất. Tôi có một bình xịt bán bóng (không có bóng) và thành thật mà nói, nó không làm được nhiều như vậy. Nhưng tôi cũng chỉ làm một chiếc áo khoác do thời gian hạn chế.
5. Vít gỗ 40 x 1/2 "- Tôi đã có sẵn đầu tròn nhưng tôi khuyên bạn nên sử dụng đầu phẳng nếu có thể. Tôi không nghĩ điều đó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng công trình nhưng hãy hỏi bất kỳ ai quen thuộc hơn với chế biến gỗ trước.
6. Gỗ vụn, keo gorilla, keo nóng, hàn, dây và dải lệnh (kiểu khóa dán, 20 cỡ vừa hoặc 10 cỡ lớn)

* Tôi dự định xây dựng một sound bar để thực hiện dự án này hoàn toàn "từ đầu", sẽ thay thế 9-13 ở trên. Tôi hy vọng sẽ cập nhật hướng dẫn này vào cuối mùa hè.

Bước 2: Tạo mẫu

Phần này không phải là thứ bạn cần phải hoàn thành, nhưng tôi muốn cho biết dự án trông như thế nào khi nó diễn ra.

Ở đây, tôi đã nhấn vào các đèn LED trong mô hình con rắn và đang thử nghiệm với sự khuếch tán ánh sáng thông qua túi rác được xếp chồng lên nhau (tôi thực sự khuyên bạn nên sử dụng nó như một giải pháp thay thế cho acrylic nếu bạn đang cố gắng cắt giảm chi phí. Mặc dù bạn sẽ phải đính kèm theo một số cách khác nhau).

Thiết lập 10x10 phù hợp với tôi, nhưng bạn có thể thích 8x12 hoặc 7x14. Hãy thử nghiệm thoải mái. Trước khi có hệ thống âm thanh nổi, tôi đã tìm thấy một bộ khuếch đại và nối nó vào bảng mạch của mình, và trước đó, tôi phát âm thanh từ máy tính xách tay của mình đến mạch để phân tích âm thanh và đồng thời nhấn "play" trên điện thoại của mình để nghe nó.

Tôi rất tin tưởng vào việc đo hai lần, cắt một lần. Vì vậy, bất cứ điều gì bạn làm, hãy làm theo hướng dẫn đó và bạn sẽ ổn định.

Bước 3: Mạch + Mã

Mã có sẵn trên GitHub.

Bảng mạch, hàn vào bảng điều khiển, hoặc thiết kế PCB của riêng bạn. Bất cứ điều gì phù hợp nhất với bạn ở đây, hãy làm điều đó. Bản demo của tôi ở đây đang chạy trên breadboard, nhưng khi tôi xây dựng soundbar, tôi sẽ chuyển mọi thứ sang PCB. Để lấy điện từ bộ đổi nguồn, hãy cắt đầu cái và tháo lớp cách điện màu đen. Dải đủ các dây cáp thực tế để vặn nó vào các đầu nối của bộ chuyển đổi. Luôn cẩn thận khi làm việc với AC! Ngoài ra, chỉ có một số điều cần lưu ý ở đây.

1. Một điều khác là đảm bảo các đường dẫn trên mặt đất của bạn tốt. Bạn cần nối đất từ bộ chuyển đổi sang Arduino đến đầu vào aux, đầu vào này cũng sẽ kết nối với mặt đất trên bộ thu Logitech BT và từ đó tiếp đất trên hệ thống âm thanh nổi. Nếu bất kỳ cái nào trong số này là kết nối bị hỏng hoặc kém, bạn sẽ nhận được đầu vào âm thanh rất ồn và do đó màn hình rất ồn.
2. Xu hướng đầu vào âm thanh: Âm thanh được phát qua dây aux, từ điện thoại hoặc máy tính xách tay của bạn hoặc bất cứ nơi nào, sẽ phát ở -2,2 đến + 2,2V. Arduino chỉ có khả năng đọc 0 đến + 5V, vì vậy bạn cần phân biệt đầu vào âm thanh. Điều này có thể được thực hiện hiệu quả với op amps, nhưng nếu tiêu thụ điện năng không phải là vấn đề (có lẽ bạn đã mua bộ nguồn 240W?), Nó cũng có thể được thực hiện với điện trở và tụ điện. Các giá trị tôi chọn khác nhau vì tôi không có tụ điện 10uF trong tay. Bạn có thể thử nghiệm với trình mô phỏng để xem liệu những gì bạn chọn có hoạt động hay không.
3. Biến đổi Fourier: Bất kỳ dự án nào sử dụng các phép biến đổi Fourier sẽ có một phần nền thảo luận về chúng. Nếu bạn đã có kinh nghiệm, tuyệt vời! Nếu không, tất cả những gì bạn cần hiểu là họ chụp nhanh tín hiệu và trả về thông tin về tần số xuất hiện trong tín hiệu đó tại thời điểm đó. Vì vậy, nếu bạn lấy biến đổi Fourier của sin (440 (2 * pi * t)), nó sẽ cho bạn biết rằng tần số 440Hz có trong tín hiệu của bạn. Nếu bạn lấy biến đổi Fourier của 7 * sin (440 (2 * pi * t)) + 5 * sin (2000 (2 * pi * t)), nó sẽ cho bạn biết rằng cả tín hiệu 440Hz và 2000Hz đều có mặt và mức độ tương đối mà chúng hiện diện. Nó có thể làm điều này cho bất kỳ tín hiệu nào với bất kỳ số chức năng thành phần nào. Vì tất cả âm thanh từ trước đến nay chỉ là tổng của các hình sin, chúng ta có thể thực hiện phép biến đổi Fourier của một loạt các ảnh chụp nhanh và xem điều gì đang thực sự diễn ra. biến đổi. Bạn có thể tìm thấy thêm thông tin về điều đó ở đây, nhưng lời giải thích ngắn gọn là tín hiệu mà chúng tôi thực sự kết thúc đưa ra sự biến đổi hơi tệ và các cửa sổ sẽ khắc phục điều đó cho chúng tôi. Mã của bạn sẽ không bị hỏng nếu bạn không sử dụng chúng, nhưng màn hình sẽ không được sạch sẽ. đã có sẵn, đây là một số thư viện Arduino được viết tốt cho Fast Fourier Transform, hoặc FFT.
4. Arduino có thể thực sự xử lý mọi thứ trong thời gian thực không? Để mọi thứ xuất hiện trong thời gian thực, Arduino cần lấy 128 mẫu, xử lý FFT đó, thao tác các giá trị cho màn hình và cập nhật màn hình rất nhanh. Nếu bạn muốn có độ chính xác 1/16 nốt ở 150bpm (gần với nhịp độ cao nhất của hầu hết các bài hát pop), bạn sẽ cần xử lý mọi thứ trong 100msec. Ngoài ra, mắt người có thể nhìn thấy ở 30FPS, tương ứng với độ dài khung hình 30msec. Bài đăng trên blog này không mang lại cho tôi sự tự tin lớn nhất, nhưng tôi đã quyết định tự mình xem liệu Arduino có trụ vững hay không. Giai đoạn tính toán cho đến nay là yếu tố giới hạn, nhưng tôi đã có thể xử lý một FFT dài 128 của UINT16s chỉ trong 70msec. Điều này nằm trong dung sai âm thanh, nhưng vượt quá gấp đôi hạn chế về hình ảnh. Khi nghiên cứu sâu hơn, tôi đã tìm thấy Arduino FHT, sử dụng tính năng đối xứng FFT và chỉ tính toán các giá trị thực mà thôi. Nói cách khác, nó nhanh gấp đôi. Và chắc chắn, nó đã đưa toàn bộ tốc độ vòng lặp lên ~ 30msec. Một lưu ý khác ở đây về độ phân giải màn hình. Chiều dài N FFT được lấy mẫu ở Fs Hz trả về N thùng, trong đó thùng thứ k tương ứng với k * Fs / N Hz. Arduino ADC, đang đọc đầu vào âm thanh và lấy mẫu, thường chạy ở ~ 9,6kHz. Tuy nhiên, FFT chỉ có thể trả về thông tin về tần số lên đến 1/2 * Fs. Con người có thể nghe đến 20kHz, vì vậy, lý tưởng nhất là chúng tôi muốn lấy mẫu ở tần số> 40kHz. ADC có thể được hack để chạy nhanh hơn một chút, nhưng không ở đâu gần đó. Kết quả tốt nhất mà tôi thấy mà không làm mất đi sự ổn định là ở ADC 14kHz. Ngoài ra, FFT lớn nhất mà tôi có thể xử lý để vẫn có được hiệu ứng thời gian thực là N = 128. Điều này có nghĩa là mỗi bin đại diện cho ~ 109Hz, tốt ở tần số cao hơn nhưng không tốt ở tần số thấp. Trình hiển thị tốt cố gắng dành một quãng tám cho mỗi thanh, tương ứng với các khoảng cách ở [16,35, 32,70, 65,41, 130,81, 261,63, 523,25, 1046,50, 2093,00, 4186,01] Hz. 109Hz có nghĩa là 2,5 quãng tám đầu tiên đều nằm trong một thùng. Tôi vẫn có thể có được hiệu ứng hình ảnh tốt, một phần bằng cách lấy giá trị trung bình của mỗi thùng, trong đó một thùng là một nhóm các thùng nằm giữa hai trong số các giới hạn này. Tôi hy vọng điều này không gây nhầm lẫn và bản thân mã sẽ làm rõ điều gì đang thực sự xảy ra, nhưng hãy hỏi bên dưới nếu nó không hợp lý.

Bước 4: Lắp ráp

Như tôi đã nói trước đó, tôi muốn thứ gì đó có chất lượng xây dựng chuyên nghiệp. Ban đầu tôi bắt đầu dán các thanh gỗ lại với nhau, nhưng một người bạn (và kỹ sư cơ khí lành nghề) đã gợi ý một cách tiếp cận khác. Lưu ý rằng 2x6 thực sự là 1,5 "x 5". Và hãy cẩn thận khi làm việc với bất kỳ máy móc nào dưới đây.

1. Lấy 2x6x8 của bạn và cát nếu cần. Cắt nó thành 2 phần "x 6" x 22 ". Điều này cung cấp cho bạn hai thanh để" đốt cháy "nếu bạn làm lộn xộn.
2. Lấy mỗi phần 22 "và chạy nó qua một cái cưa bàn dài để tạo thành các thanh 1,5" x ~ 1,6 "x 22". Một phần ba cuối cùng có thể khó cắt trên cưa bàn, vì vậy bạn có thể chuyển sang cưa vòng. Chỉ cần đảm bảo rằng mọi thứ đều thẳng thắn hết mức có thể. Ngoài ra, 1,6 "là một hướng dẫn và có thể lên đến 1,75". Đó là những gì của tôi, nhưng miễn là tất cả chúng đều bằng nhau thì điều đó không quá quan trọng. Yếu tố hạn chế là acrylic ở 18 ".
3. Trên phần cuối của các mảnh, đánh dấu một hình chữ U có chiều sâu là 1/8 "ở hai bên và sâu hơn 3/4" một chút. LƯU Ý: Nếu bạn sử dụng một loại acrylic khác, độ sâu sẽ thay đổi. Ở <3/4 ", acrylic của tôi hoàn toàn không khuếch tán ánh sáng. Hơn một chút, nó khuếch tán hoàn toàn. Bạn muốn tránh bất kỳ" hạt "nào. Tôi thấy bài đăng trên Hackaday này là một tài liệu tham khảo tốt, nhưng để có được sự khuếch tán hoàn hảo là rất khó!
4. Với một bộ định tuyến đặt trên bàn, hãy cắt bỏ chữ U ở giữa đó theo chiều dọc của thanh. 22 "dài hơn bạn cần, vì vậy đừng lo lắng về việc sứt mẻ các đầu nếu bạn làm như vậy. Bộ định tuyến có thể phức tạp, nhưng hãy lấy một chút rộng hơn một nửa chiều rộng của chữ U và hãy cẩn thận cắt nhiều hơn 1 / 8 "vật liệu tại một thời điểm. Lặp lại: Đừng cố gắng thực hiện tất cả trong 2 lượt. Bạn sẽ làm hỏng gỗ và có thể làm tổn thương chính mình. Làm việc với vòng quay của bộ định tuyến trên các vết cắt 1-4 và làm việc với nó vào 5-8. Điều này đảm bảo rằng bạn kiểm soát tốt nhất mô-men xoắn của bộ định tuyến.
5. Cắt dải LED thành các phần 30 LED (chỉ định địa chỉ mỗi bộ 3 đèn LED). Có thể bạn sẽ cần xóa một số kết nối. Đặt các dải đó dọc theo đường ray. Một bên nên đặt phẳng, và bên kia nên có một chút chỗ cho bộ tiếp nhận JST, bộ phận này sẽ nằm phẳng. Tôi rất tiếc không có được hình ảnh của điều này, nhưng hãy xem sơ đồ đính kèm. Đánh dấu chiều dài ở đây, nhưng chưa cắt bất cứ thứ gì.
6. Đo chiều rộng của mỗi thanh. Với điều này và chiều dài từ bước 7, laser cắt acrylic thành 10 hình chữ nhật cần thiết. Tốt hơn là hơi dài hơn là hơi ngắn. Nếu nó bị cháy, hãy lau nó bằng isopropyl.
7. Xác nhận rằng mỗi thanh acrylic có cùng độ dài mà bạn đã đánh dấu ở bước 5, sau đó cắt thanh gỗ xuống theo chiều dài này.
8. Bây giờ bạn cần hai mảnh cầu nối để gắn acrylic. Điều này cho phép dễ dàng bảo trì các dải đèn nếu có bất kỳ điều gì phát sinh. Những miếng này phải có kích thước xấp xỉ [chiều rộng của bạn] - dài 2 * 1/8 "với mặt vuông 1/2", nhưng chúng phải vừa khít một chút. Với những miếng này cố định vào vị trí và bằng phẳng với mặt trước của các thanh, hãy khoan các lỗ qua tâm của mỗi cây cầu từ mặt ngoài của các thanh. Cố gắng hết sức để làm cho từng mũi khoan đồng đều. Đừng giữ các cây cầu bị vặn vào, nhưng hãy đảm bảo rằng chúng có thể được. Cẩn thận không để vít xuống quá xa và làm tách gỗ.
9. Tại thời điểm này, hãy nhuộm các thanh gỗ và phủ bất kỳ lớp sơn hoàn thiện nào.
10. Bây giờ bắt vít vào các cây cầu. Hãy chắc chắn rằng họ đang ngồi ngay ngắn! Nếu không, bạn sẽ cần thêm một số loại miếng chêm. Bôi keo gorilla (ưu tiên) hoặc keo nóng (có thể gấp đôi như một miếng chêm) lên cầu và gắn acrylic. Không bôi bất kỳ chất kết dính nào dọc theo thanh gỗ.
11. Hàn JST tụ vào một bên của tất cả trừ một dải LED. Đặt tất cả chúng vào cùng một đầu như được đưa ra bởi các mũi tên được đánh dấu. Hàn các dây của phích cắm JST vào các đầu còn lại. Bạn có thể cần phải dải nhiều dây hơn trên mỗi đầu nối. Đảm bảo rằng các kết nối sẽ chính xác khi được cắm vào! Chất kết dính ở mặt sau của đèn LED rất khủng khiếp, vì vậy đừng tin tưởng vào nó. Đặt các đèn LED xuống rãnh giữa và dán chúng bằng keo gorilla, chú ý đến hướng được chỉ định trên các dải. Hãy nhớ rằng bạn đang chụp toàn bộ điều đó.
12. Trên thanh đầu tiên, hàn các dây đủ dài để lấy nguồn + nối đất từ bộ chuyển đổi và tín hiệu từ Arduino.
13. Bắt vít các thanh và cầu trở lại. Đính kèm các dải lệnh vào mặt sau (kiểu khóa dán, 2 miếng vừa ở trên và dưới hoặc 1 miếng lớn ở giữa). Tạo tất cả các kết nối cần thiết, và treo trên tường cách nhau ~ 3 ". Hãy tận hưởng thành quả lao động của bạn.