Retro LED sloksnes audio vizualizators: 4 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Kā mūziķim un elektrotehnikas studentam es mīlu jebkuru projektu, kas krustojas ar šīm divām jomām. Esmu redzējis dažus DIY audio vizualizatorus (šeit, šeit, šeit un šeit), taču katrs bija palaidis garām vismaz vienu no diviem mērķiem, kurus es sev izvirzīju: profesionāla uzbūves kvalitāte un salīdzinoši liels displejs (burvīgs 8*8) Ar LED matricu šeit nepietiktu!). Ar nelielu vintage noskaņu un 40 x 20 collu izmēru šis audio vizualizators sasniedz abus šos mērķus.

Jau iepriekš atvainojamies par vertikālām fotogrāfijām. Daudzas no tām tika izmantotas sociālajiem medijiem.

1. darbība: detaļu saraksts

Man jau bija vairākas no šīm daļām. Saites ir tikai atsaucei. Lūdzu, nepērciet nevajadzīgi dārgas detaļas.

Elektronika

1. WS2811 60LEDS/m @ 5m, IP30 (nav ūdensizturīgs), adresējams - tolaik tie bija lētāki nekā WS2812. Šeit jums ir zināma rīcības brīvība, taču pārliecinieties, vai izmēri ir pareizi un vai jūs faktiski varat runāt ar gaismas diodēm. Ņemiet vērā arī to, ka WS2811s ir 12V, bet WS2812s ir 5V.
2. 9 x 3 kontaktu JST savienotāji + tvertnes
3. DC 12V 20A (240W) barošanas avots-sākotnēji es plānoju izveidot 2 LED sloksnes un vēlējos izjaukt skaļruņu komplektu. Katra gaismas josla sliktākajā gadījumā ir 90 W (neesmu izmērījis, lai apstiprinātu), kas man atstāja ~ 60W skaļruņiem + pastiprinātājam. 15A variants jebkurā gadījumā bija tikai par 4 USD mazāk.
4. Strāvas vads (3 zari)
5. Arduino Uno - man apkārt bija R3, tāpēc es to izmantoju. Jūs, iespējams, varēsit atrast lētāku iespēju pie kāda no knockoffs vai cita pārdevēja.
6. TRRS Breakout - Aux ievadei
7. L7805 5V regulators - derēs jebkurš 5V regulators, kas pieņem 12V ieeju.
8. 330 nF, 100 nF kondensatori - uz L7805 datu lapas
9. 2 x 10 kR, 2 x 1 kR, 2 x 100 nF kondensatori - audio ieejas novirzei
10. Stereo uztvērējs - jebkurš vintage stereo uztvērējs darbosies tik ilgi, kamēr tam būs papildu ieeja (3,5 mm vai RCA). Es paņēmu Panasonic RA6600 no craigslist par 15 USD. Es iesaku pārbaudīt Goodwill, craigslist un citus taupības veikalus, lai atrastu līdzīgus.*
11. Skaļruņi - ne BT skaļruņi. Tikai skaļruņu komplekts. Pievērsiet uzmanību tam, kāda pretestība ir saderīga ar jūsu uztvērēju. Es atradu 3 20 W (= skaļi) skaļruņu komplektu vietnē Goodwill par 6 ASV dolāriem, un tam bija pievienots "centrālais" un divi "priekšējie" skaļruņi.
12. Logitech BT audio adapteris - šī ierīce var straumēt skaņu stereo skaļruņos un jūsu ķēdē
13. RCA vīriešu - RCA vīriešu kabelis
14. Papildu vads

Aparatūra

1. 2x6 (8 pēdas) - nav apstrādāts ar spiedienu. HD vai Lowe's vajadzētu būt ~ 6 USD vai mazāk
2. 40% gaismas caurlaidības akrils - es pasūtīju 18 "x 24" x 1/8 ", un tas tehniski bija 17,75" x 23,5 ". Saglabājiet to iesaiņojumā, kad dodaties uz lāzergriešanu.
3. Koka traips - Jums nepieciešama tikai neliela bundža. Es izmantoju Minwax sarkano sarkankoka krāsu, un tas sanāca ļoti jauks. Noteikti iesaku tumšu toni. Es sākotnēji izmēģināju provinciālu, un tas neizskatījās tik jauki.
4. Laka - Vispirms pārbaudiet šo Stīva Ramsija video un izlemiet pats, kas vislabāk darbojas. Es dabūju daļēji spīdīgu aerosola baloniņu (spīdums nebija pieejams), un godīgi sakot, tas nedarīja tik daudz. Bet arī laika ierobežojumu dēļ uzvilku tikai vienu kārtu.
5. 40 x 1/2 "koka skrūves - man bija pieejama apaļa galva, bet, ja iespējams, iesaku izmantot plakanu virsmu. Es nedomāju, ka tas varētu traucēt konstrukcijas kvalitāti, bet vispirms jautājiet ikvienam, kas vairāk pazīstams ar kokapstrādi.
6. Koka lūžņi, gorillu līme, karstā līme, lodmetāls, stieple un komandu sloksnes (velcro stilā, 20 vidēji vai 10 lieli)

* Es plānoju izveidot skaņas joslu, lai padarītu šo projektu pilnīgi "no nulles", kas aizstās 9.-13. Es ceru, ka līdz vasaras beigām šo pamācību atjaunināsim.

2. solis: prototipēšana

Šī sadaļa nav jāaizpilda, taču es vēlos parādīt, kā izskatījās projekts.

Šeit es līmēju gaismas diodes čūskas rakstā un eksperimentēju ar gaismas izkliedi, izmantojot miskastes maisiņu, kas pārklāts virsū (es ļoti iesaku to izmantot kā alternatīvu akrilam, ja mēģināt samazināt izmaksas. Lai gan jums tas būs jādara) pievienojiet to citā veidā).

Man derēja 10x10 iestatījumi, bet jūs varētu dot priekšroku 8x12 vai 7x14. Jūtieties brīvi eksperimentēt. Pirms man bija stereo iekārta, es atradu pastiprinātāju un pievienoju to savā maizes dēļa panelī, un pirms tam es atskaņoju audio no klēpjdatora uz ķēdi audio analīzei un vienlaikus nospiedu "play" savā tālrunī, lai to dzirdētu.

Es esmu ļoti ticīgs mēram divreiz, vienreiz nogriezts. Tātad, lai ko jūs darītu, izpildiet šo rokasgrāmatu, un jūs būsit gatavs.

3. darbība: shēma + kods

Kods ir pieejams vietnē GitHub.

Maizes dēlis, lodēt uz perforācijas dēļa vai izveidot savu PCB. Lai kas jums šeit vislabāk derētu, dariet to. Mana demonstrācija šeit darbojas uz maizes dēļa, bet, izveidojot skaņu joslu, es visu pārnesīšu uz PCB. Lai saņemtu strāvu no adaptera, nogrieziet mātes galu un noņemiet melno izolāciju. Noņemiet pietiekami daudz faktisko kabeļu, lai to pieskrūvētu adaptera spailēm. Vienmēr esiet piesardzīgs, strādājot ar maiņstrāvu! Izņemot to, šeit jāņem vērā tikai dažas lietas.

1. Vēl viena lieta ir pārliecināties, vai jūsu zemes ceļi ir labi. Jums ir nepieciešama zeme no adaptera līdz Arduino līdz papildu ieejai, kas arī savienosies ar zemi Logitech BT uztvērējā un no turienes zemē uz stereo. Ja kāds no šiem savienojumiem ir bojāts vai slikts, jūs saņemsiet ļoti trokšņainu audio ieeju un līdz ar to ļoti trokšņainu displeju.
2. Audio ieejas novirzesAudio, kas tiek atskaņots, izmantojot papildu vadu, no tālruņa vai klēpjdatora vai jebkurā vietā, tiks atskaņots no -2,2 līdz +2,2 V. Arduino spēj nolasīt tikai 0 līdz +5 V, tāpēc jums ir jānovirza audio ieeja. To var efektīvi paveikt, izmantojot op pastiprinātājus, bet, ja enerģijas patēriņš nav problēma (varbūt esat iegādājies 240 W barošanas avotu?), To var paveikt arī ar rezistoriem un kondensatoriem. Izvēlētās vērtības bija atšķirīgas, jo pie rokas nebija 10uF kondensatoru. Jūs varat spēlēties ar simulatoru, lai redzētu, vai jūsu izvēlētais darbosies.
3. Jebkuram projektam, kurā tiek izmantotas Furjē transformācijas, būs fona sadaļa, kurā tās tiks apspriestas. Ja jums jau ir pieredze, lieliski! Ja nē, viss, kas jums jāsaprot, ir tas, ka viņi uzņem momentuzņēmumu no signāla un atgriež informāciju par to, kādas frekvences šajā signālā atrodas tajā brīdī. Tātad, ja jūs paņemtu grēka Furjē transformāciju (440 (2*pi*t)), tas jums pateiktu, ka jūsu signālā ir 440 Hz frekvence. Ja ņemtu Furjē transformāciju 7*sin (440 (2*pi*t)) + 5*sin (2000 (2*pi*t)), tas jums pateiktu, ka ir gan 440 Hz, gan 2000 Hz signāls, un to relatīvo pakāpi. To var izdarīt jebkuram signālam ar jebkuru sastāvdaļu funkciju skaitu. Tā kā jebkurš audio jebkad ir tikai sinusoīdu summa, mēs varam veikt momentuzņēmumu kopas Furjē transformāciju un redzēt, kas patiesībā notiek. Kodā redzēsit, ka mēs izmantojam logu arī mūsu signālam pirms Furjē uzņemšanas pārveidot. Plašāku informāciju par to var atrast šeit, bet īss skaidrojums ir tāds, ka signāls, ko mēs galu galā dodam transformācijai, ir iesūcis, un logi to labo mūsu vietā. Ja jūs tos neizmantojat, jūsu kods netiks salauzts, bet displejs neizskatīsies tīrs. Iespējams, ir pieejami labāki algoritmi (piemēram, YAAPT), taču, ievērojot KISS principus, es izvēlējos izmantot bija jau pieejama, kas ir vairākas labi uzrakstītas Arduino bibliotēkas ātrajai Furjē transformācijai jeb FFT.
4. Vai Arduino patiešām var visu apstrādāt reāllaikā? Lai viss tiktu parādīts reāllaikā, Arduino ir jāpaņem 128 paraugi, jāapstrādā šis FFT, jāapstrādā displeja vērtības un ļoti ātri jāatjaunina displejs. Ja vēlaties 1/16 notas precizitāti pie 150 sitieniem minūtē (tuvu lielākās daļas popdziesmu augšējam beigu tempam), jums viss jāapstrādā 100 ms. Turklāt cilvēka acs var redzēt ar ātrumu 30 kadri sekundē, kas atbilst 30 ms kadra garumam. Šis emuāra ieraksts man nedeva vislielāko pārliecību, bet es nolēmu pats pārliecināties, vai Arduino izturēs. Pēc savas salīdzinošās novērtēšanas es biju ļoti lepns par savu R3. Aprēķina posms līdz šim bija ierobežojošais faktors, bet es varēju apstrādāt UINT16s 128 garuma FFT tikai 70 ms. Tas bija audio pielaides robežās, bet vairāk nekā divkāršs vizuālais ierobežojums. Turpmākajos pētījumos es atklāju Arduino FHT, kas izmanto FFT simetrijas priekšrocības un aprēķina tikai reālās vērtības. Citiem vārdiem sakot, tas ir apmēram 2x ātrāk. Un, protams, tas palielināja visu cilpas ātrumu līdz ~ 30 ms. Vēl viena piezīme par displeja izšķirtspēju. Garums N FFT, kas ņemts paraugā Fs Hz, atgriež N tvertnes, kur k. Bin atbilst k * Fs/N Hz. Arduino ADC, kas lasa audio ieeju un ņem paraugus, parasti darbojas ar ~ 9,6 kHz. Tomēr FFT var atgriezt informāciju tikai par frekvencēm līdz 1/2 * F. Cilvēki var dzirdēt līdz 20 kHz, tāpēc ideālā gadījumā mēs vēlētos izlasīt frekvenci> 40 kHz. ADC var uzlauzt, lai darbotos nedaudz ātrāk, bet ne tuvu. Labākais rezultāts, ko redzēju, nezaudējot stabilitāti, bija 14 kHz ADC. Turklāt lielākais FFT, ko es varētu apstrādāt, lai joprojām iegūtu reāllaika efektu, bija N = 128. Tas nozīmē, ka katra tvertne attēlo ~ 109 Hz, kas ir labi augstākās frekvencēs, bet slikta zemākajā galā. Labs vizualizators mēģina katrai joslai rezervēt oktāvu, kas atbilst atdalījumiem pie [16.35, 32.70, 65.41, 130.81, 261.63, 523.25, 1046.50, 2093.00, 4186.01] Hz. 109 Hz nozīmē, ka pirmās 2,5 oktavas ir vienā tvertnē. Es joprojām varēju iegūt labu vizuālo efektu, daļēji ņemot katra kausa vidējo vērtību, kur spainis ir atkritumu tvertņu grupa starp divām no šīm robežām. Es ceru, ka tas nav mulsinoši, un pašam kodam vajadzētu paskaidrot, kas patiesībā notiek, taču jautājiet tālāk, ja tam nav jēgas.

4. solis: montāža

Kā jau minēju iepriekš, es gribēju kaut ko ar profesionālu uzbūves kvalitāti. Sākotnēji es sāku salīmēt koka līstes, bet draugs (un prasmīgs mehāniķis) ieteica citu pieeju. Ņemiet vērā, ka 2x6 patiešām ir 1,5 "x 5". Un, lūdzu, esiet uzmanīgi, strādājot ar kādu no tālāk minētajām mašīnām.

1. Paņemiet 2x6x8 un smiltis, ja nepieciešams. Izgrieziet to 2 "x 6" x 22 "sadaļās. Tādējādi jūs saņemsiet divas līstes, lai" sadedzinātu ", ja jūs sajaucat.
2. Paņemiet katru 22 collu sekciju un izvelciet to cauri galda zāģim, lai izveidotu 1,5 "x ~ 1,6" x 22 "līstes. Pēdējo trešdaļu var būt grūti sagriezt uz galda zāģa, tāpēc varat pārslēgties uz lentzāģi. Vienkārši pārliecinieties, ka viss ir pēc iespējas taisnāk. Turklāt 1,6 collas ir ceļvedis un var sasniegt pat 1,75 collas. Tādi bija mani gabali, bet, kamēr tie visi ir vienādi viens ar otru, tam nav pārāk lielas nozīmes. Ierobežojošais faktors ir akrils 18 collas.
3. Gabalu beigās atzīmējiet U formu, kas abās pusēs ir 1/8 collas un nedaudz vairāk par 3/4 collas. PIEZĪME: Ja izmantojat citu akrilu, dziļums mainīsies. Pie <3/4 "mans akrils vispār neizkliedē gaismu. Vēl vairāk, tas izkliedējas pilnībā. Jūs vēlaties izvairīties no jebkādas" pērlītes ". Es uzskatu, ka šī Hackaday ziņa ir laba atsauce, bet ideālas izkliedes iegūšana ir ļoti grūti!
4. Izmantojot galda maršrutētāju, izgrieziet U vidējo daļu līdz līstēm. 22 collas ir garāks, nekā jums nepieciešams, tāpēc neuztraucieties par to galu sasmalcināšanu, ja to darāt. Maršrutētāji var būt sarežģīti, taču iegūstiet gabalu, kas ir nedaudz platāks par pusi no U platuma, un uzmanīgi sagrieziet vairāk nekā 1/ 8 "materiāls vienlaikus. Atkārtot: nemēģiniet to visu izdarīt 2 piegājienos. Jūs sabojāsit koksni un, iespējams, savainosit sevi. Strādājiet ar maršrutētāja rotāciju 1-4 griezumos un pret 5-8. Tas nodrošina vislabāko kontroli pār maršrutētāja griezes momentu.
5. Izgrieziet LED sloksni 30 LED daļās (adresējams ir tikai katrs 3 LED komplekts). Jums, iespējams, vajadzēs atkausēt dažus savienojumus. Novietojiet šīs sloksnes gar sliedēm. Vienai pusei jāatrodas vienā līmenī, bet otrai jābūt nedaudz vietas JST uztveramam galdam, kas atrodas vienā līmenī. Diemžēl es nesaņēmu šo attēlu, bet skatiet pievienoto diagrammu. Šeit atzīmējiet garumu, bet vēl neko negrieziet.
6. Izmēriet katras līstes platumu. Ar šo un 7. posma garumu lāzers sagriež akrilu 10 nepieciešamajos taisnstūros. Labāk būt nedaudz garam, nekā nedaudz īsam. Ja tas sadedzina, noslaukiet to ar izopropilu.
7. Pārliecinieties, ka katra akrila līstīte atrodas tādā pašā garumā, kādu atzīmējāt 5. darbībā, un pēc tam nogrieziet līstīti līdz šim garumam.
8. Tagad jums ir vajadzīgi divi tilta gabali, lai piestiprinātu akrilu. Tas ļauj viegli uzturēt gaismas sloksnes, ja kaut kas rodas. Šiem gabaliem jābūt aptuveni [jūsu platumam] - 2 * 1/8 "garam ar 1/2" kvadrātveida sejām, bet tiem vajadzētu nedaudz saspringt. Kad šie gabali ir stingri vietā un vienā līmenī ar līstes priekšējo virsmu, izurbiet caurumus katra tilta centrā no līstes ārpuses. Dariet visu iespējamo, lai katrs urbis būtu vienmērīgs. Neturiet tiltus ieskrūvētus, bet pārliecinieties, vai tie var būt. Uzmanieties, lai skrūve netiktu nolaista pārāk tālu un nesadalītu malku.
9. Šajā brīdī notraipiet līstes un uzklājiet jebkuru apdari.
10. Tagad ieskrūvējiet tiltus. Pārliecinieties, ka viņi sēž vienā līmenī! Ja nē, jums būs jāpievieno sava veida starplikas. Uz tiltiem uzklājiet gorillas līmi (vēlams) vai karstu līmi (kas var dubultot kā starpliku) un piestipriniet akrilu. Nelietojiet līmi gar pašu līstīti.
11. Lodēšanas JST tvertnes vienā pusē, izņemot vienu LED sloksni. Novietojiet tos visus vienā galā, kā norādīts atzīmētajās bultiņās. Lodējiet JST kontaktdakšu vadus uz citiem galiem. Katrā savienotājā var būt nepieciešams noņemt vairāk vadu. Pārliecinieties, vai savienojumi būs pareizi, kad tie būs pievienoti! Gaismas diodes aizmugurē esošā līme ir briesmīga, tāpēc neuzticieties tai. Novietojiet gaismas diodes uz leju pa centrālo sliežu ceļu un pielīmējiet tās ar gorillu līmi, pievēršot uzmanību sloksnēs norādītajam virzienam. Atcerieties, ka jūs čūskat visu.
12. Pirmajā līstē pielodējiet pietiekami garus vadus, lai iegūtu strāvu + zemi no adaptera un signālu no Arduino.
13. Skrūvējiet līstes un tiltus atpakaļ uz leju. Piestipriniet komandu sloksnes aizmugurē (velcro stilā, 2 vidēji augšā un apakšā vai 1 liela centrā). Izveidojiet visus nepieciešamos savienojumus un karājieties pie sienas ~ 3 collu attālumā. Izbaudiet sava darba augļus.