เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมเสียง (VU Meter): 6 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

ดนตรีคืออะไร? จากมุมมองทางเทคนิค ดนตรีนั้นเป็นสัญญาณที่มีแรงดันไฟและความถี่ต่างกัน Audio Spectrum Analyzer เป็นอุปกรณ์ที่แสดงระดับแรงดันไฟฟ้าของความถี่เฉพาะ เป็นเครื่องมือที่ใช้เป็นหลักในสถานที่เช่นสตูดิโอบันทึกเสียงเพื่อวิเคราะห์เสียง

แม้ว่าจะเป็นเครื่องดนตรี แต่การจ้องมองแสงไฟระยิบระยับและการแสดงภาพดนตรีก็เป็นเรื่องสนุก เมื่อสองสามปีก่อน ฉันได้สร้างเวอร์ชันที่เล็กกว่าด้วยสองคอลัมน์บนกระดานสร้างต้นแบบ บัดกรีเยอะและเลอะเทอะ! คราวนี้ฉันต้องการให้มันเรียบร้อยและเป็นระเบียบเรียบร้อยและเป็นอาหารสำหรับดวงตา

มาเริ่มกันเลย

เสบียง

สำหรับหนึ่งคอลัมน์:

5x LM324 Quad Op-Amp IC

ไฟ LED สีเขียว 20x

ตัวต้านทาน 20x100 โอห์ม

ตัวต้านทาน 20x 10k

ตัวต้านทาน 1x 59k

ตัวต้านทาน 1x 270k

1x 2N2222 ทรานซิสเตอร์ NPN

ตัวเก็บประจุ 1x 10uF

ขั้นตอนที่ 1: Op-Amp เป็นตัวเปรียบเทียบ

ฉันจะไม่อธิบายการทำงานของ Op-Amp แต่เราจะเห็นหนึ่งในแอปพลิเคชันของมัน มีวิดีโอดีๆ มากมายบน YouTube ที่อธิบายการทำงานของ Op-Amp

Op-Amp เป็นอุปกรณ์ปลายทาง 3 เครื่อง

1. พินที่ไม่กลับด้าน (+)
2. ขากลับด้าน (-)
3. เอาท์พุต

เราจะใช้ op-amp เพื่อเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าสองตัว แรงดันไฟฟ้า Vin ที่ขากลับด้าน (-) ถูกเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้า Vref ที่พินที่ไม่กลับด้าน (+)

ให้เราสร้างวงจรเพื่อแสดงมัน ตัวอย่างนี้ใช้ LM324 IC ซึ่งเป็นควอดออปแอมป์ แรงดันอ้างอิง Vref ที่ 2.5V มีให้ที่ขา (+) โดยใช้วงจรแบ่งแรงดัน และพินแรงดัน Vin ที่ (-) จะแปรผันโดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์ มีการเชื่อมต่อ LED ที่เอาต์พุต เมื่อ Vin 2.5V เอาต์พุตจะสูงและ LED จะเปิดขึ้น

ให้เราขยายวงจรนี้โดยใช้ op-amps สี่ตัว วงจรแบ่งแรงดันใช้เพื่อจ่ายแรงดันอ้างอิง (1V, 2V, 3V และ 4V) ให้กับ op-amp แต่ละตัว (-) พินของ op-amps ทั้งหมดเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน เนื่องจากแรงดันไฟที่ขา (-) มากกว่า 1V เอาต์พุตของ op-amp ตัวแรกจะสูง เนื่องจาก 1V น้อยกว่าแรงดันอ้างอิงของ op-amps อื่น เอาต์พุตจึงยังคงต่ำ เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ไฟ LED จะเปิดขึ้นทีละดวง

โดยใช้หลักการเดียวกัน แต่ด้วย op-amps ที่มากขึ้น เราสามารถสร้าง Audio Spectrum Analyzer ได้ เนื่องจากดนตรีเป็นเพียงสัญญาณที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกัน

ขั้นตอนที่ 2: แผน

สัญญาณเสียงที่ส่งตรงจากโทรศัพท์ของคุณนั้นดีพอที่จะขับหูฟังของคุณเท่านั้น เราจำเป็นต้องเพิ่มแอมพลิจูดโดยใช้เครื่องขยายสัญญาณเสียง ฉันจะใช้ลำโพงบลูทูธเพราะมีเครื่องขยายเสียงในตัว

ดนตรีเป็นส่วนผสมของความถี่ต่างๆ ฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญด้านเสียง แต่อย่างใด การค้นหา google อย่างรวดเร็วให้ผลลัพธ์ต่อไปนี้:

20 ถึง 60 Hz ซับเบส

เบส 60 ถึง 250 Hz

500 Hz ถึง 2 kHz ระดับกลาง

การแสดงตน 4 ถึง 6 kHz

ความสดใส 6 ถึง 20 kHz

ในการแยกความถี่เหล่านี้ จะใช้ตัวกรองแบนด์พาส ตัวกรองแบนด์พาสเป็นอุปกรณ์ที่ส่งผ่านความถี่เฉพาะและปฏิเสธความถี่อื่นๆ คอลัมน์ของจอแสดงผลแสดงระดับแอมพลิจูดหรือแรงดันไฟฟ้าของความถี่นั้น

ขั้นตอนที่ 3: การออกแบบตัวกรองแบนด์พาส

โดยใช้สูตรที่ระบุด้านล่าง คุณสามารถคำนวณค่าของ R และ C สำหรับความถี่ที่กำหนด

หมายเหตุ: อย่าใช้ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า

ขั้นตอนที่ 4: การออกแบบและประกอบ PCB

เมื่อใช้ EasyEDA ฉันสร้างแผนผังก่อนแล้วจึงแปลงเป็น PCB EasyEDA เหมาะสำหรับมือใหม่อย่างฉัน มีบางสิ่งที่ต้องกังวลน้อยลง ดังนั้นเราจึงสามารถมุ่งเน้นที่การออกแบบ PCB เท่านั้น คุณสามารถสั่งซื้อ PCB ของคุณได้โดยตรงจาก JLCPCB แต่ละคอลัมน์ของจอแสดงผลจะเหมือนกัน ดังนั้น 10 PCBs ที่เราได้รับจึงสามารถใช้ได้ ฉันได้ใช้ห้าสำหรับห้าความถี่ที่แตกต่างกัน คุณสามารถเพิ่มขนาดวงจรตามระดับความบ้าคลั่งของคุณ!

หลังจากสั่งซื้อ ฉันได้รับ PCBs ภายใน 5 วัน นำเตารีดของคุณออกมา รวบรวมส่วนประกอบทั้งหมดแล้วเริ่มบัดกรี! หลังจากการบัดกรีหนักหนาสาหัส 5 คอลัมน์ก็เสร็จสมบูรณ์

ขั้นตอนที่ 5: รวบรวมสิ่งต่าง ๆ เข้าด้วยกัน

ฉันออกแบบเคสใน Fusion 360 สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และถือจอแสดงผลทั้งห้าจอ ฉันพิมพ์โดยใช้ Creality Ender 3 เป็นเพียงผู้เริ่มต้นในการสร้างแบบจำลอง 3 มิติ แต่ใช้งานได้

ฉันใช้ลำโพงบลูทูธตัวเก่าเป็นแหล่งกำเนิดเสียง เนื่องจากมีแอมพลิฟายเออร์ในตัวอยู่แล้ว ฉันจะไม่อธิบายการเชื่อมต่อเนื่องจากของคุณจะแตกต่างกัน เพียงทำตามแผนภาพบล็อกที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ในขั้นตอนที่ 2 ฉันเชื่อมต่ออินพุตเสียงของตัวกรองแบนด์พาสกับเอาต์พุต (การเชื่อมต่อลำโพง) ของเครื่องขยายเสียง

ประสานสายสัญญาณและสายไฟที่มาจากจอแสดงผลไปยังแผงตัวกรองแบนด์พาส

ส่วนที่เหลือขึ้นอยู่กับคุณ มีไฟ LED แสดงสถานะบนแผงวงจรของลำโพงบลูทูธซึ่งฉันถอดออกแล้วติดไว้ที่ด้านหน้า มีความคิดสร้างสรรค์!

ขั้นตอนที่ 6: สนุก

แค่นั้นแหละ! เพิ่มพลังและเพลิดเพลินกับเพลงโปรดของคุณ!

ขอบคุณที่ติดตามจนจบ หวังว่าทุกคนจะรักโครงการนี้และได้เรียนรู้สิ่งใหม่ในวันนี้ แจ้งให้เราทราบหากคุณสร้างมันขึ้นมาเอง สมัครสมาชิกช่อง YouTube ของฉันสำหรับโครงการที่จะเกิดขึ้นเพิ่มเติม ขอบคุณอีกครั้ง!