Audio vizualizator retro LED traka: 4 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Kao glazbenik i student elektrotehnike volim svaki projekt koji presijeca ta dva područja. Vidio sam neke DIY audio vizualizatore (ovdje, ovdje, ovdje i ovdje), ali svaki je propustio barem jedan od dva cilja koja sam sebi postavio: profesionalnu kvalitetu izrade i relativno veliki zaslon (slabašan 8*8 LED matrica ovdje ne bi bila dovoljna!). S nekim starinskim štihom i sjedeći na 40 "x 20", ovaj audio vizualizator postiže oba cilja.

Unaprijed se ispričavamo za okomite fotografije. Mnogi od njih uzeti su za društvene mreže.

Korak 1: Popis dijelova

Već sam imao nekoliko ovih dijelova koji su ležali okolo. Veze su samo za referencu. Molimo vas da ne kupujete nepotrebno skupe komponente.

Elektronika

1. WS2811 60LEDS/m na 5 m, IP30 (neotporan na vodu), adresabilni - Oni su tada bili jeftiniji od WS2812. Ovdje imate malo slobode, ali provjerite jesu li dimenzije točne i možete li zapravo razgovarati sa LED diodama. Također imajte na umu da su WS2811 12V, dok su WS2812 5V.
2. 9 x 3-pinski JST konektori + utičnice
3. Napajanje DC 12V 20A (240W)-U početku sam planirao napraviti 2 LED trake, a htio sam komplet zvučnika koji ćete raznijeti. Svaka svjetlosna traka je 90W u najgorem slučaju (nisam mjerio da potvrdim), što mi je ostavilo ~ 60W za zvučnike + pojačalo. Opcija 15A ionako je bila samo 4 USD manje.
4. Kabel za napajanje (3 zupca)
5. Arduino Uno - R3 mi je ležao pa sam to iskoristio. Možda ćete moći pronaći jeftiniju opciju od nekog od lažnih prodavača ili drugog dobavljača.
6. TRRS Breakout - Za pomoćni ulaz
7. L7805 5V regulator - Svaki 5V regulator koji prihvaća 12V ulaz će raditi.
8. 330 nF, 100 nF kondenzatori - po tablici L7805
9. 2 x 10kR, 2 x 1kR, 2 x 100 nF kondenzatori - za preklapanje audio ulaza
10. Stereo prijemnik - bilo koji vintage stereo prijemnik će raditi sve dok ima pomoćni ulaz (3,5 mm ili RCA). Uzeo sam Panasonic RA6600 sa Craigsliste za 15 USD. Preporučujem da slične provjerite u Goodwill -u, craigslistu i drugim trgovinama.*
11. Zvučnici - Ne BT zvučnici. Samo set zvučnika. Obratite pozornost na to koja je impedancija kompatibilna s vašim prijemnikom. Našao sam set od 3 zvučnika od 20 W (= glasan) u Goodwill -u za 6 USD, a došao je s "središnjim" i dva "prednja" zvučnika.
12. Logitech BT audio adapter - ovaj uređaj može emitirati zvuk na stereo zvučnike i u vaš krug
13. RCA muški na RCA muški kabel
14. Aux kabel

Hardver

1. 2x6 (8ft) - Nije tretirano pritiskom. Trebalo bi biti ~ 6 USD ili manje u HD -u ili Lowe -u
2. 40% akril pronosi svjetlost - naručio sam 18 "x 24" x 1/8 ", a tehnički je bio 17,75" x 23,5 ". Držite ga u omotu kad idete na lasersko rezanje.
3. Drvena mrlja - potrebna vam je samo mala limenka. Koristio sam Minwax crveni mahagonij i ispao je jako lijep. Svakako preporučujem tamni ton. Prvo sam probao provincijski i nije izgledao tako lijepo.
4. Lak - Prije svega pogledajte ovaj video zapis Stevea Ramseyja i sami odlučite što vam najbolje odgovara. Dobio sam polu-sjajnu limenku u spreju (nije bilo sjajila) i iskreno, nije to učinilo toliko. Ali također sam napravio samo jedan sloj zbog vremenskih ograničenja.
5. 40 x 1/2 "vijci za drvo - imao sam na raspolaganju okruglu glavu, ali preporučujem korištenje ravnog vrha ako možete. Mislim da to ne bi utjecalo na kvalitetu izrade, ali slobodno pitajte prvo nekoga tko je bolje upoznat s obradom drveta.
6. Staro drvo, gorilo ljepilo, vruće ljepilo, lemljenje, žica i komandne trake (stil čičak, 20 srednjih ili 10 velikih)

* Planiram izgraditi zvučnu traku kako bi ovaj projekt bio potpuno „od nule“, koji će zamijeniti 9-13 gore. Nadam se da ću ovo uputstvo ažurirati do kraja ljeta.

Korak 2: Prototipiranje

Ovaj odjeljak nije nešto što trebate dovršiti, ali želim pokazati kako je projekt izgledao u tijeku.

Ovdje sam zalijepio LED diode u obliku zmije i eksperimentirao s difuzijom svjetla preko vrećice za smeće naslagane na nju (toplo preporučujem to kao alternativu akrilu ako pokušavate smanjiti troškove. Iako ćete morati pričvrstite na neki drugačiji način).

Meni je uspjelo postavljanje 10x10, ali možda više volite 8x12 ili 7x14. Slobodno eksperimentirajte. Prije nego što sam imao svoj stereo uređaj, pronašao sam pojačalo i spojio ga na matičnu ploču, a prije toga puštao sam zvuk sa prijenosnog računala na strujno kolo za audio analizu i istovremeno pritisnuo "pusti" na telefonu da ga čujem.

Dvaput vjerujem u mjeru, jednom u rez. Dakle, što god učinili, slijedite taj vodič i bit ćete spremni.

Korak 3: Krug + kôd

Kod je dostupan na GitHubu.

Oglasna ploča, lemite je na ploču ili dizajnirajte vlastitu PCB. Što god vam ovdje najbolje odgovara, učinite to. Moj demo ovdje radi na ploči, ali kad napravim soundbar, sve ću prenijeti na PCB. Da biste dobili napajanje iz adaptera, odrežite ženski kraj i uklonite crnu izolaciju. Skinite dovoljno stvarnih kabela da biste ih pričvrstili na priključke adaptera. Uvijek budite oprezni pri radu s AC -om! Osim toga, ovdje treba napomenuti samo nekoliko stvari.

1. Zemljane staze Još jedna stvar je provjeriti jesu li vaše staze dobre. Trebate uzemljenje s adaptera na Arduino za pomoćni ulaz, koji će se također spojiti na uzemljenje na Logitech BT prijemniku, a odatle na uzemljenje na stereo uređaju. Ako je bilo koja od ovih veza prekinuta ili loša, dobit ćete vrlo bučan audio ulaz, a time i vrlo bučan zaslon.
2. Biasing audio ulaza: Audio koji se reproducira preko pomoćnog kabela, s vašeg telefona ili prijenosnog računala ili bilo gdje, reproducirat će se na -2,2 do +2,2 V. Arduino je sposoban čitati samo 0 do +5V, pa morate pristrasiti audio ulaz. To se može učinkovito postići s op pojačalima, ali ako potrošnja energije nije problem (možda ste kupili napajanje od 240 W?), To se može postići i otpornicima i kondenzatorima. Vrijednosti koje sam odabrao bile su različite jer nisam imao pri ruci kondenzatore od 10uF. Možete se poigrati sa simulatorom da vidite hoće li ono što odaberete uspjeti.
3. Fourierove transformacije Svaki projekt koji koristi Fourierove transformacije imat će pozadinski odjeljak koji će ih raspravljati. Ako već imate iskustva, odlično! Ako ne, sve što trebate razumjeti je da oni snimaju signal i vraćaju informacije o tome koje su frekvencije prisutne u tom signalu u tom trenutku. Dakle, ako ste uzeli Fourier -ovu transformaciju sin (440 (2*pi*t)), to bi vam reklo da je u vašem signalu prisutna frekvencija 440Hz. Ako ste uzeli Fourierovu transformaciju od 7*sin (440 (2*pi*t)) + 5*sin (2000 (2*pi*t)), to bi vam reklo da su prisutni i signal 440Hz i 2000Hz, i relativne stupnjeve u kojima su prisutni. To može učiniti za bilo koji signal s bilo kojim brojem komponentnih funkcija. Budući da je sav zvuk ikad samo zbroj sinusoida, možemo uzeti Fourierovu transformaciju hrpe snimaka i vidjeti što se doista događa. Vidjet ćete u kodu da također primjenjujemo prozor na naš signal prije nego uzmemo Fouriera transformirati. Više o tome može se pronaći ovdje, ali kratko objašnjenje je da je signal koji zapravo dajemo transformaciji nekako loš, a prozori nam to popravljaju. Vaš kôd se neće slomiti ako ih ne koristite, ali zaslon neće izgledati tako čisto. Možda postoje bolji algoritmi (na primjer YAAPT), ali slijedeći principe KISS -a, odlučio sam koristiti ono već bila dostupna, što je nekoliko dobro napisanih Arduino knjižnica za Fast Fourierovu transformaciju ili FFT.
4. Može li Arduino zaista sve obraditi u stvarnom vremenu? Da bi se sve pojavilo u stvarnom vremenu, Arduino mora uzeti 128 uzoraka, obraditi taj FFT, manipulirati vrijednostima za zaslon i vrlo brzo ažurirati zaslon. Da želite 1/16 notu preciznosti pri 150 bpm (blizu gornjeg kraja većine pop pjesama), morali biste sve obraditi u 100 ms. Osim toga, ljudsko oko može vidjeti pri 30 FPS, što odgovara duljini okvira od 30 ms. Ovaj post na blogu nije mi dao najveće samopouzdanje, ali odlučio sam se osobno uvjeriti hoće li Arduino izdržati. Nakon vlastitog benchmarkinga bio sam jako ponosan na svoj R3. Faza izračuna bila je daleko ograničavajući faktor, ali uspio sam obraditi 128 duljine FFT UINT16 u samo 70 ms. To je bilo unutar audio tolerancija, ali dvostruko više vizualnih ograničenja. Daljnjim istraživanjem pronašao sam Arduino FHT koji koristi prednost FFT simetrije i izračunava samo stvarne vrijednosti. Drugim riječima, to je otprilike 2x brže. I zasigurno, doveo je cijelu brzinu petlje na ~ 30 ms. Još jedna napomena o razlučivosti zaslona. Duljina N FFT uzorkovana na Fs Hz vraća N pretinaca, gdje kth spremnik odgovara k * Fs/N Hz. Arduino ADC, koji čita audio ulaz i uzima uzorke, normalno radi na ~ 9,6 kHz. Međutim, FFT može vratiti samo podatke o frekvencijama do 1/2 * Fs. Ljudi mogu čuti do 20 kHz, pa bismo idealno htjeli uzorkovati na> 40 kHz. ADC se može hakirati da radi nešto brže, ali ni blizu. Najbolji rezultat koji sam vidio bez gubitka stabilnosti bio je na ADC -u od 14 kHz. Osim toga, najveći FFT koji sam mogao obraditi kako bih i dalje imao učinak u stvarnom vremenu bio je N = 128. To znači da svaki spremnik predstavlja ~ 109Hz, što je dobro na višim frekvencijama, ali loše na niskim razinama. Dobar vizualizator pokušava rezervirati oktavu za svaku traku, što odgovara razmacima na [16,35, 32,70, 65,41, 130,81, 261,63, 523,25, 1046,50, 2093,00, 4186,01] Hz. 109Hz znači da su sve prve 2,5 oktave sve u jednoj kanti. I dalje sam uspio postići dobar vizualni učinak, dijelom uzimajući prosjek svake kante, gdje je kanta grupa kanti između dvije od ovih granica. Nadam se da ovo nije zbunjujuće, a sam kôd bi trebao pojasniti što se zapravo događa, ali slobodno pitajte ispod ako nema smisla.

Korak 4: Montaža

Kao što sam ranije rekao, želio sam nešto s profesionalnom kvalitetom izrade. Prvotno sam počeo lijepiti drva zajedno, no prijatelj (i vješt inženjer strojarstva) predložio je drugačiji pristup. Imajte na umu da je 2x6 zaista 1,5 "x 5". Budite oprezni pri radu s bilo kojom od dolje navedenih strojeva.

1. Uzmite svoj 2x6x8 i po potrebi izbrusite. Izrežite ga na 2 "x 6" x 22 "odjeljke. To vam daje dvije letvice za" spaljivanje "ako zabrljate.
2. Uzmite svaki dio od 22 inča i provucite ga kroz stolnu pilu da biste napravili letvice od 1,5 "x ~ 1,6" x 22 ". Posljednju trećinu može biti teško izrezati na stolnoj pili, pa se možete prebaciti na tračnu pilu. Samo pazite da sve bude ravno kako može biti. Dodatno, 1.6 "je vodič i može ići do 1.75". To su i bili moji komadi, ali sve dok su svi jednaki međusobno nije previše važno. Ograničavajući faktor je akril na 18 ".
3. Na kraju komada označite U-oblik koji je 1/8 "s obje strane i nešto više od 3/4" dubok. NAPOMENA: Ako koristite drugi akril, dubina će se promijeniti. Na <3/4 "moj akril uopće ne raspršuje svjetlo. Nešto više, potpuno se raspršuje. Želite izbjeći bilo kakvu" perlicu ". Smatrao sam da je ovaj Hackaday post dobra referenca, ali dobivanje savršene difuzije je vrlo teško!
4. Stolnim usmjerivačem izrežite srednji dio U do kraja niz letvicu. 22 "dulji je nego što vam treba, pa ne brinite o tome da ćete rezati krajeve ako to učinite. Usmjerivači mogu biti zeznuti, ali nabavite malo nešto šire od polovice širine U -a i pazite da izrežete više od 1/ 8 "materijala odjednom. Ponovite: Ne pokušavajte sve učiniti u 2 prolaza. Oštetit ćete drvo i vjerojatno ćete se ozlijediti. Radite s rotacijom usmjerivača na rezovima 1-4, a protiv toga na 5-8. To osigurava najbolju kontrolu nad okretnim momentom usmjerivača.
5. Izrežite LED traku na 30 LED dijelova (može se adresirati samo svaki set od 3 LED diode). Vjerojatno ćete morati odspojiti nekoliko veza. Položite te trake duž staza. Jedna strana bi trebala sjediti u ravnini, a druga bi trebala imati malo mjesta za prijem JST -a, koji će sjediti u ravnini. Nažalost nisam dobio ovu sliku, ali pogledajte priloženi dijagram. Ovdje označite duljinu, ali nemojte još ništa rezati.
6. Izmjerite širinu svake letvice. S ovim i duljinom od koraka 7, laser je izrezao akril u 10 potrebnih pravokutnika. Bolje je biti malo dugačak nego malo kratak. Ako se opeče, obrišite ga izopropilom.
7. Potvrdite da svaka akrilna letvica sjedi na istoj dužini koju ste označili u koraku 5, a zatim izrežite letvicu na tu duljinu.
8. Sada su vam potrebna dva dijela mosta za pričvršćivanje akrila. To omogućuje jednostavno održavanje svjetlosnih traka u slučaju bilo čega. Ovi komadi trebaju biti otprilike [vaše širine] - 2 * 1/8 "dugi s 1/2" kvadratnim licima, ali bi trebali pristajati malo čvrsto. Kad su ti komadi čvrsto postavljeni i u ravnini s prednjom stranom letvica, izbušite rupe kroz središte svakog mosta s vanjske strane letvica. Potrudite se da svaka bušilica bude ujednačena. Nemojte držati mostove zašrafljenim, ali pazite da mogu biti. Pažljivo ne odgurnite vijak previše i ne cijepajte drvo.
9. U ovom trenutku zaprljajte letvice i nanesite bilo kakvu završnu obradu.
10. Sada uvijte mostove. Pazite da sjede u ravnini! Ako ne, morat ćete dodati neku vrstu podmetača. Nanesite gorilo ljepilo (poželjno) ili vruće ljepilo (koje se može udvostručiti kao podloga) na mostove i pričvrstite akril. Nemojte nanositi ljepilo uz samu letvicu.
11. Lemite JST posude s jedne strane svih LED traka osim jedne. Stavite ih sve na isti kraj kako su označene strelicama. Lemite žice JST utikača na druge krajeve. Možda ćete morati skinuti više žice sa svakog priključka. Uvjerite se da su veze ispravne kada su uključene! Ljepilo na stražnjoj strani LED dioda je užasno, stoga mu ne vjerujte. Položite LED diode na središnju stazu i zalijepite ih gorilom ljepilom, pazeći na naznačeni smjer na trakama. Upamtite da cijelu stvar zbunjujete.
12. Na prvoj letvici lemite dovoljno dugačke žice da dobijete napajanje + uzemljenje iz adaptera i signal iz Arduina.
13. Pričvrstite letvice i mostove natrag. Pričvrstite komandne trake na stražnju stranu (stil čičak, 2 srednje gore i dolje ili 1 velika u sredini). Napravite sve potrebne veze i objesite ih na zid na razmaku ~ 3 ". Uživajte u plodovima svog rada.