Более 50 лет очарованные цветомузыкой отдельные энтузиасты-радиолюбители продолжают самостоятельно конструировать различные по сложности цветомузыкальные установки (ЦМУ). Не избежал этой участи и автор этой статьи, разработавший свою первую цветомузыку в далёком 1976 г. В то время это были простые устройства, построенные с применением транзисторов и окрашенных цапонлаком или цветными чернилами по желатиновому покрытию ламп накаливания. В прожекторах иногда использовались обычные лампы накаливания на напряжение 220 В, управляемые тиристорами, но их использовали нечасто ввиду дефицитности и дороговизны последних. В последние годы, с появлением экономичных мощных светодиодов и светодиодных
матриц различных цветов, изготовить ЦМУ в домашних условиях оказалось проще.
Предлагаемая приставка для светового сопровождения музыкальных композиций лишена большинства недостатков, присущих подобным устройствам. Нагрузкой выходных каналов могут быть как светодиодные прожекторы, так и лампы накаливания. Питание приставки и выходных каналов раздельное, что позволяет подключать источники света с различным номинальным напряжением и потребляемой мощностью, верхний предел которых определяется типом применяемых в этих каскадах мощных полевых транзисторов. С помощью широтно-импульсного (ШИ) управления этими транзисторами производится изменение яркости источников света в зависимости от интенсивности и частотного спектра музыкального сигнала. Для формирования ШИ-сигнала обычно применяются генераторы линейного пилообразного напряжения и компараторы, сравнивающие с ним входное напряжение. Особенностью предлагаемой конструкции является использование экспоненциально преобразованного пилообразного напряжения, что приводит к разной чувствительности ШИ-управления к малым и большим амплитудам входного сигнала. В результате источники света на основе мощных светодиодов или ламп накаливания начинают хорошо реагировать не только на музыкальные фрагменты с большой акустической интенсивностью, но и с малой, что значительно улучшает их эстетическое восприятие. Благодаря наличию АРУ приставку можно подключать к любому выходу аудиоустройства, от линейного, с типовым номинальным напряжением 0,5...0,7 В, до выхода на акустические системы.
Рис. 1. Схема устройства
Схема устройства приведена на рис. 1, оно функционально состоит из нескольких узлов. Сигнал от аудиоустройства через конденсатор С4 и резистивный делитель R11R12 поступает на вход усилителя с АРУ, реализованного на операционном усилителе DA2. Элементы усилителя подобраны так, что при уровне входного сигнала до 1 В он просто усиливается в четыре раза и с движка переменного резистора R25 поступает на частотные фильтры. При превышении входным напряжением указанного значения выпрямленное диодами VD1 и VD2 напряжение сглаживается конденсаторами C11, C12 и через резисторы R19, R26 поступает на базы транзисторов VT1, VT2, которые начинают приоткрываться и шунтировать неинвертирующий вход ОУ DA2.1. В результате усиление снижается как для плюсовой, так и минусовой полуволны, но не мгновенно, что привело бы к появлению искажения формы сигнала и изменению частотного спектра, а с постоянной времени, определяемой ёмкостью конденсаторов C11, C12 и сопротивлением резисторов R19, R20, R26, R28. На выходе этого усилителя средний уровень сигнала не превышает 4 В при входном напряжении 10 В и более.
Далее нормализованный аудиосигнал поступает на активные частотные фильтры 2-го порядка, собранные на операционных усилителях DA3.1, DA3.3, DA4.1, DA4.3. Пассивные элементы этих фильтров рассчитаны с помощью онлайн-ресурсов в Интернете, и их параметры могут быть иными, чем у автора. Важно, чтобы их частоты соответствовали указанным на схеме. При расчёте приоритет следует отдать имеющимся в наличии конденсаторам, зная ёмкость которых, зате м рассчитывают сопротивления резисторов.
Выделенные фильтрами сигналы поступают на входы амплитудных детекторов, собранных на ОУ DA3.3, DA3.4, DA4.2, DA4.4, диодах VD3-VD6 и конденсаторах С13-С16. В отличие от простых детекторов на диодах, применённые детекторы позволяют исклю чить нелинейность детектирования в области малыхсигналов, что приводило бы к отсутствию реакции цветомузыкального устройства на небольшой уровень аудиосигнала. Выпрямленные сигналы сглаживаются конденсаторами C13-C16, что обеспечивает плавность изменения яркости источников света. Постоянная времени определяется ёмкостью этих конденсаторов и сопротивлением подключённых параллельно им соответствующих резисторов R30- R33.
Для получения ШИ-сигнала на выходе компараторов DA5 требуется пилообразное напряжение, которое формируется с помощью генератора на таймере DA1. Частота пилообразного сигнала - около 2 кГц и задаётся резистором R17 и конденсатором C3. Он усиливается транзистором VT3 и затем поступает на нелинейный преобразователь, реализованный на стабилитроне VD7, диоде VD8 и резисторах R22, R23, на выходе которого формируется экспоненциальное нарастающее пилообразное напряжение размахом около 1 В, уровень которого корректируется с помощью резистора R9. За счёт конденсатора C18 это напряжение на резисторе R34 становится двухполярным и поступает на инвертирующие входы компараторов DA5.1-DA5.4. Изменение среднего значения этого сигнала производится с помощью резистора R29 и переменного резистора R24 "Подсветка". При перемещении движка этого резистора влево по схеме пилообразное напряжение становится полностью положительным, и, в зависимости от его значения, формируется порог нечувствительности, позволяющий реализовать режим визуализации только громких сигналов, особенно эффективный при прослушивании громкой ритмичной музыки. При перемещении движка вправо по схеме устанавливают уровень начальной подсветки ламп, позволяющий линеаризовать их светоотдачу при малом уровне входного сигнала, что полезно при прослушивании спокойных музыкальных композиций.
Приставка имеет два параллельно соединённых входа для подключения внешнего аудиосигнала. К одному входу подключается линейный выход аудиоустройства, а к другому - кабель, идущий на вход усилителя мощности, или к обоим входам подключаются правый и левый линейные выходы источника звука.
Преобразователь полярности напряжения на таймере DA6 предназна чен для получения напряжения -8 В, необходимого для нормальной работы ОУ DA2-DA4. Для питания узлов приставки требуется подходящий источник питания, обеспечивающий на выходе постоянное напряжение 12 В и ток не менее 70 мА. Подключение производится через стандартное гнездо питания, в авторском варианте это KLS1-DC-025B-2.0 под штекер диаметром 5,5 мм и штыревой частью 2,1 мм. Внешние цветные прожекторы подключают к отдельному источнику питания, параметры которого должны соответствовать техническим условиям на используемые источники света. Такое решение позволяет использовать практически любые лампы накаливания или светодиодные матрицы. Например, автором были использованы автомобильные лампы напряжением 24 В и различные цветные светодиодные модули мощностью 10 Вт и напряжением 12 В. Если к одному каналу требуется подключить источники света с разным напряжением, у соответствующих блоков питания плюсовые выходы подключают к разным лампам, вторые выводы этих ламп с помощью мощных диодов, анодом к лампе, объединяются и подключаются к выбранному каналу. Минусовые выходы этих блоков питания соединяют вместе и подключают к общему проводу выходных каскадов на приставке. При использовании источников света на напряжение 12 В маломощный источник питания можно не применять, а просто соединить коротким кабелем со штекером вход питания приставки с разъёмом для подключения мощного БП. В этом случае цветомузыкальную установку можно использовать в полевых условиях, используя питание от автомобильного аккумулятора и даже в самом автомобиле.
Рис. 2. Чертеж печатной платы устройства и схема размещение элементов на ней
Большинство элементов одного канала приставки размещены на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, чертёж которой показан на рис. 2. Большинство электронных компонентов, использованных автором, можно заменить аналогичными других производителей. Вместо ОУ LM358N можно применить ОУ RC4558D или отечественный КР1401УД5. ОУ LM324N заменимы ОУ HA17324A или отечественными К1401УД2А, а компаратор LM339N - на LM2901N или К1401СА1. Отечественный аналог таймеров NE555N - таймер КР1006ВИ1. На месте транзисторов P2N2222A можно применить транзисторы PN2222A или отечественные серии КТ3102 с любым индексом, а вместо транзистора P2N2907A - PN2907A или отечественные серии КТ209. Взамен диодов 1N4148 можно применить диоды серии КД521 или КД522. Диод VD9 может быть любой Шоттки с допустимым прямым током 0,5...1 А. Стабилитрон VD7 - любой маломощный с номинальным напряжением 3,3 В, например КС133А. Оксидные конденсаторы - К50-35 или импортные с номинальным напряжением не менее 16 В. Остальные конденсаторы желательно использовать плёночные К73-17 или импортные аналоги. Постоянные резисторы - любые малогабаритные металлоплёночные МЛТ, С2-23 и другие. Переменные резисторы R24, R25 - СП3-4аМ, СП3-30А, импортные 16K1 или подобные, с линейной регулировочной характеристикой. Сопротивление этих резисторов может быть любым в интервале от 10 кОм до 100 кОм. Полевые транзисторы VT4- VT7 должны быть рассчитаны на работу с применяемыми светильниками. Для большинства случаев хорошо подходят MOSFET серий IRF3710, IRF8010, IRF3415 и другие. При токе нагрузки в несколько ампер на канал теплоотводы для транзисторов не требуются, но в случае использования мощных галогенных ламп он может понадобиться.
В авторском варианте цветомузыкальная приставка выполнена в металлическом корпусе размерами 200x100x50 мм. В нём размещены две одинаковые платы управления для левого и правого аудиоканалов, как показано на рис. 3. Поэтому на задней стенке корпуса установлены четыре RCA-гнезда RS-104, а на передней - переменные резисторы, тоже четыре штуки. Выключатель питания - клавишный KLS7-024-20101BB. Светодиод HL1 - любой зелёного свечения с диаметром корпуса 3 мм. Подключение внешних источников света производится с помощью двух разъёмных блоков клеммников 2EDGRC-5.08-08p-14-00AH, размещённых на задней стенке (рис. 4) с ответными частями 2EDGK-5.08-08p-14-00AH, а блок питания к ним подключается через разъёмный клеммный блок типа 2EDGRC-5.08-04p-14-00AH с ответной частью 2EDGK-5.08-04p-14-00AH.
Рис. 3. Платы управления
Рис. 4. Внешний вид устройства
Чертёж печатной платы находится здесь.
Автор: В. Кравцов, г. Новороссийск Краснодарского края