Vahel muusikat kuulates rändab pähe mõte: “Jaa, kõlab hästi. Aga midagi oleks nagu puudu.” Miks mitte peale kõrvade ka silmadele veidi rõõmu pakkuda. Umbes selliste mõtetega sai alguse see projekt. Spektrianalüsaator (Spectrum analyzer) kujutab endast seadet, mis kajastab signaalis erinevate sageduste amplituudi. Reeglina kasutatakse neid teaduslikematel eesmärkidel, aga see ei tähenda, et neid mõnus vaadata poleks.

Video töötavast projektist:

Signaali tükeldamine

Kuna see projekt ei pea olema kompaktne ja et oleks mõnusam ehitada, jaotame asja ära eraldi plaatidele mis hiljem kokku ühendame.
Niisiis, esimese asjana oleks meil vaja sisendsignaal ära jagada sageduste järgi. Praegusel juhul sai võetud 8 sagedusriba – hea realiseerida kasutades kahte nelja op-võimendiga mikroskeemi ja piisavalt, et anda objektiivset ülevaadet helisignaalist. Kui me juba kasutame op-võimendit, võiks need filtrid ka signaali võimendama panna. Näiteks 3 korda. Siis saame hilisemaid võimendusastmeid vältida. Kuigi on saada band pass e.  ribapääs filtrite jaoks valemeid ja pikki selgitusi (millega tutvumine ei ole üldse halb mõte!), lähme meie hetkel kergema vastupanu teed ja kasutame ühte paljudest kalkulaatoritest mis internetiavarustes leidub. Näiteks seda. Vaja ainult ette anda meie soovitud filtri tüüp (hetkel siis band pass), võimendus (mille hetkel valisime 3), ribalaius, filtri töösagedus ja kondensaatorite väärtus.

Ribalaius kujutab endast suurust, mis näitab kui laias sagedusvahemikus töösageduse ümber filter signaale töötleb. On seotud Q teguriga, mis on töösageduse ja ribalaiuse suhe. Meie näites on see 4 (see tähendab, et 16 kHz juures on ribalaius 4 kHz, 8 kHz juures 2kHz jne). Prototüübil sai kondensaatorite väärtuseks võetud 10nF, kuna see andis mõistlikud väärtused takistitele (ja kuna neid oli sahtlis vedelemas), aga 10 nF kondensaatoriga hakkas 16 kHz filter meeletult genereerima ja oli kasutu. Kalkuleerisin sellele filtrile uued takistite väärtused 1nF kondensaatoriga ja kõik toimis laitmatult. Kui keegi oskab mulle lihtsalt ära selgitada miks nii juhtus, ootan kirjutisi ja joonistusi.
Minu väärtused tulid sellised:

Muidugi tahan siinkohal rõhutada, et need ei ole mingil juhul ainuõiged väärtused. Muutes kondensaatorite mahtuvust, saame hoopis teised numbrid mis peaks teoorias toimima sama edukalt (kuigi intsident viimase filtriga vaidleb sellele vastu : ) ).
Kuna kalkulaator andis meile ette ka skeemi, siis nüüd tuleb see ainult plaadile organiseerida. Mugavamaks jootmiseks valmistasin ka trükkplaadi. Trükkplaadi joonis PDF failina siin (huvilistele EAGLE.brd fail siin).

Peale filtriplaadi kokkujootmist oli ka juba midagi füüsilist ette näidata. Kõik ühendused teiste plaatidega said tehtud pistikutega (mine tea, äkki saab samast plaadist kunagi hiljem mõne teise projekti osa?).

Lisaks sai pandud signaalijuhtme vahele ka üks pote signaali tugevuse reguleerimiseks. Mugavam kasutada erinevate signaaliallikatega. Kui kellelgi peaks olema selle ühendamisega probleeme, siis siin on väike vihje.

Toide

Nüüd kui projekti kõige kriitilisem osa on olemas, hakkame tegelema toitega. Kuna meie rakendusmeetodi korral tahab op-võimendi saada kahepolaarset toidet on meil kaks valikut: Lähme lihtsama vastupanu teed ja hangime keskväljavõttega trafo VÕI ajame asja põnevaks (võimaldame ka patarei ja kõikvõimalikke muid toitevariante!) ja genereerime endale ise negatiivse polaarsusega pinge. Kes asjaga varem pole kokku puutunud – ei maksa ära kohkuda, see on lihtsam kui see kõlab. Kuna op-võimendid ei vaja märkimisväärset voolu, võime kasutada lihtsat skeemi 555 mikroskeemiga. Et skeem ei hakkaks terve projekti tööd segama, ei tohi see genereerida helisagedustel. See tähendab, et 20kHz oleks minimaalne kus me võime lubada tal töötada. Kiire arvutus näitab, et see skeem töötab 80 kHz sagedusel, mis sobib meile suurepäraselt, vaja ainult plaadile panna. Umbes tunnike hiljem on meil negatiivne pinge olemas.
Seekord on meil 3 ühendust. Pistik sisendiks, pesa kahepolaarse väljundpingega ja lisaks üks pesa mis jätkab sisendit – see läheb lülitusteplaadile.

Lülitused

Nüüd kus meil on punt erinevaid signaale, tuleb igaühe volüüm muuta nähtavaks. See tähendab, et me peame iga signaali jaoks ehitama eraldi VU-meetri. Siin on meil taaskord valikuvõimalused. Kui ma oleks väga tõsine vanakooli mees, kasutaks ma kaheksat analoogmõõdikut; muusika mürtsub, seier loksub. Minu maitse siiski eelistab ühte valgusdioodidest koosnevat tabelit. Mina otsustasin 8×4 tabeli kasuks kuna 4 valgusdioodi kanali kohta annab piisavalt hea ülevaate seal toimuvast ja me saame kasutada suvalist neljast komparaatorit, nt LM339.
Otsides googlest “comparator VU meter” saame häid tulemusi, aga mitte täpselt sellist mida tahaks siin kasutada. Peale veidi disainimist saame sellise skeemi:

Et vältida üleliigseid komponente on kõikide komparaatorite lävepinged võetud ühest pingejagurist. Pingejagur toimib zeneri dioodiga ära määratud pingel, seega toitepinge muutumine ei mõjuta selle tööd (kuniks see on üle zeneri dioodi enda tööpinge). Tähelepanelikum vaatleja märkab, et pingejaguri takistitel on kummalised väärtused. See on selleks, et saaksime veidigi logaritmi meenutavad lävepinged. Näiteks ka LM3915 lävepinged on valitud logaritmiliselt, mitte lineaarselt, kuna see sobib heli graafiliseks kujutamiseks paremini.  Tasub ära märkida, et kasutame komparaatorit active-low režiimis. See tähendab, et valgusdiood särab kui väljund on madala nivooga. Seda seetõttu, et komparaator suudab paremini tõmmata väljundit madalaks kui ajada kõrgeks (sink current 16 mA, samas kui supply current on 1 mA).

Peale pikka (ja vaevarikast) jootmistööd on valmis ka lülitusteplaat:
Hiljem said takistid, mis määrasid lävepinge, asendatud pesaga, kuhu sai erinevaid takisteid panna. Hea mugav katsetada ja valida silmale kõige meeldivamad vahemikud.

Ekraan

Nüüd see kõige vägevam osa. Mina võtsin selle tarvis tüki protoboardi, 32 rohelist 5mm valgusdioodi ja muidugi minu lemmikuid – pistikuid (mainin ära veel, et iga tulp on eraldi ühendatud, aga lülitusteplaadi pesa ühendab nad kõik kokku. Mine tea, võib-olla tahan kunagi sama plaati kasutada multiplexinguga). Takistid said juba monteeritud lülitusteplaadile, niiet see plaat jääb neat and tidy välimusega.

Väike vihje: rohelist, mustrilist ja muidu nõmedat protoboardi saab väga edukalt aerosoolvärviga värvida.

Paigutades plaadi ajalehele, tasasele pinnale ja siis värvides ei pea üldse muretsema, et värv satuks vasesaarekestele teisel küljel. Mina kasutasin ainult ühte kihti värvi. Kui võimalik, soovitan (vähemalt) kahte.

Veidi aega ja veidi vaeva hiljem on meil esinduslik ekraan olemas. Äärtesse sai jäetud ka vähe ruumi kinnitamise tarvis.

Lõpetuseks

Nüüd jääb üle vaid seade kokku ühendada ja loota, et kohe esimese korraga suitsu välja ei lase. Mina suitsu kätte ei saanud, aga nagu esimeste käivitamistega ikka, kulus veel kõvasti võimlemist enne kui aparaadi laitmatult käima sai.
Muideks, postituse alguses olev video on tühiasi reaalse asja kõrval : )

Jõudu jootmisel!