Как настроить индикатор уровня сигнала
Обзор посвящен 12-уровневому светодиодному двухканальному (т.е. стерео) индикатору уровня звука.
В обзоре будут приведены его технические характеристики, кратко описана схемотехника, его режимы и настройки, сделаны полезные выводы и критические замечания, даны рекомендации по практическому применению.
Но сначала надо уточнить, что термин «индикатор уровня звука» не совсем совпадает с реальным назначением таких приборов. Дало в том, что уровень звука — это величина его звукового давления в воздухе; а приборы, называемые «индикаторами уровня звука» ( VU-meter, волюметр) измеряют не звуковое давление, а напряжение в тракте звукового канала какого-либо устройства. Подробнее прочесть, какие существуют типы этих приборов и что они измеряют, можно на Википедии (статья «Измеритель уровня звука»).
(Светодиодный индикатор уровня звука (VU-meter); изображение с официального сайта AliExpress ; кликнуть для увеличения)
Светодиодный индикатор уровня звука (VU-meter) — технические характеристи ки:
| Тип устройства | Dual 12-bit music level indicator |
| Напряжение питания | 7 — 12 В |
| Потребляемый ток | до 100 мА |
| Цвет и количество светодиодов на канал | 12 шт., 7 зелёных + 2 оранжевых + 3 красных |
| Размер платы | 80 x 14 мм |
| Размер индикатора | 58 x 14 мм |
Индикатор имеет настройки визуального стиля индикации (световым столбом, движением одиночного сегмента и т.п.) и параметров индикации (скорость подъёма/спада, время удержания и скорость падения указателя пика).
По типу чувствительности к входному сигналу в индикаторе имеется линейный режим отображения уровня и режим АРУ (автоматическая регулировка усиления, адаптивное расширение динамического диапазона).
Цена на Алиэкспресс на момент составления обзора — около $8 с учетом доставки в РФ (ссылка, другие ссылки — в конце обзора). Цена может меняться в любую сторону.
Теперь приступим к детальному изучению объекта обзора.
Комплектация, внешний вид и констру кция светодиодного индикатора уровня звука (VU-meter)
Индикатор пришел в «затонированном» полупрозрачном антистатическом пакете, упакованном в пенопластовую коробку. Защита — идеальная, повреждений в пути не было и не могло быть.
А вот содержимое посылки:
Комплектация — совершенно бесхитростная: только плата индикатора и кабель для соединения с источниками сигнала и питания. Но этого, однако же, вполне достаточно.
Сверху расположены две прямоугольные линейки светодиодов по 12 шт. в каждой.
На плате по бокам имеются выемки для её закрепления в том устройстве, с которым она будет работать.
На правой стороне платы подписано назначение контактов разъема для внешних соединений (сам разъём находится с обратной стороны).
Здесь слева виден белый разъём (питание и входы); рядом с ним — сдвоенный восьминогий операционник LM358.
Посередине снизу — обозначение версии прошивки и маленькая круглая кнопка выбора режимов и настроек.
Справа — двадцатиногий аналого-цифровой процессор Nuvoton N76E003AT20 (описание — на Rlocman.ru).
Это — мощный процессор с 12-разрядным аналого-цифровым преобразователем, который и воплощает в жизнь все функции индикатора.
Кроме «больших» микросхем, на плате есть ещё пара миниатюрных линейных стабилизаторов на 5 Вольт и несколько транзисторов.
Посмотрим на наиболее интересные части платы (правую и левую) в увеличенном виде:
К качеству монтажа и пайки никаких претензий нет: всё сделано аккуратно (автоматы не ошибаются!).
Плата покрыта чёрным лаком для защиты от неблагоприятных внешних воздействий.
Испытание светодиодного индикатора уровня звука (VU-meter); особенности режимов и настроек
И вот, все кабели подключены, питание подано, на старт!
Индикатор имеет два вида настроек:
— настройки визуального стиля индикации;
— настройки параметров индикации (действуют на все визуальные стили).
Официальная инструкция на плохом английском представлена на следующем скриншоте:
Здесь надо обратить внимание, что пункт, выделенный красным, действителен только для версии прошивки 900-v1.1 , и в тестируемом индикаторе отсутствует. Поэтому в нём сразу после п.3 идёт п.5.
Генеральная линия пользования настройками такова: короткими нажатиями кнопки переключаются визуальные стили; а для входа в детальные настройки параметров и переключения между ними надо использовать длительные нажатия ( >= 1 с). Для настройки конкретного параметра после входа в соответствующую настройку надо использовать короткие нажатия кнопки.
Настройки параметров отображения переключаются по циклическому принципу. То есть, чтобы исправить хотя бы одну из них и затем выйти из настроек, необходимо пролистать весь цикл настроек.
Настроек визуального стиля это не касается: они сразу меняются по короткому нажатию.
Теперь — коротко пробежимся по этим настройкам; изложив полученные знания на более-менее русском языке.
1. Классическое отображение «столбиком», как на приведённой в начале главы фотографии.
2. Отображение «столбиком» с фиксацией пикового уровня одиночным сегментом с последующим его падением.
3. Отображение «столбиком» с фиксацией пикового уровня одиночным сегментом с последующим его «отстрелом» вверх.
4. Растущий в обе стороны от центра столбик. В этом режиме при слабом сигнале может не светиться ни один сегмент (в остальных режимах нижний сегмент светится постоянно).
5. Отображение одиночным светящимся сегментом, который двигается вверх или вниз в зависимости от уровня сигнала.
6. То же, что и в предыдущем пункте, но с фиксацией пикового уровня одиночным сегментом с последующим его падением.
7. То же, что и в предыдущем пункте, но с фиксацией пикового уровня одиночным сегментом с последующим его «отстрелом» вверх.
Три варианта из перечисленных выше можно посмотреть на следующем коротком видео (1 мин.):
Теперь — о настройках параметров отображения.
При долгом нажатии на кнопку индикатор входит в режим настроек. При этом в левом столбике индикатор отображает количеством светящихся сегментов значение настраиваемого параметра, а в правом — примерный «образец» его работы. Сам настраиваемый параметр меняется короткими нажатиями.
Итак, здесь можно настроить четыре параметра:
1. Яркость (5 уровней).
2. Скорость движения сегментов (5 уровней). Чем ниже установленный уровень, тем выше скорость движения сегментов.
3. Усиление сигнала (8 уровней). Чем ниже установленный уровень, тем усиление выше. Это пункт работает только для линейного режима отображения уровня сигнала (см. следующий пункт).
4. Установка либо линейного режима отображения сигнала, либо режима с автоматической регулировкой усиления (АРУ). Эта настройка — несколько специфическая. Линейный режим отображается тремя зелёными сегментами, АРУ — тремя красными.
Все настройки индикатор запоминает и они не пропадают при отключении питания.
Далее — подробно о динамическом диапазоне индикатора и о влиянии на него выбора настройки с АРУ или линейным режимом.
Под динамическим диапазоном будем понимать отношение сигнала, при котором светится вся шкала, к сигналу, при котором светится только один сегмент (сверх нижнего, который светится постоянно).
В линейном режиме динамический диапазон составляет 5.9 раз (15.4 дБ), что совсем «не комильфо» (проверялось на частоте 1 кГц).
В режиме АРУ динамический диапазон составил 20 раз (26 дБ) , что значительно лучше (хотя тоже не идеал).
Режим АРУ здесь организован не классическим способом (с «настоящей» регулировкой усиления), а цифровым: индикатор начинает учитывать более мелкие отсчеты сигнала после его оцифровки. Примерно так же в фотокамерах работает «цифровой зум».
В индикаторе есть и «мертвая зона» для входного сигнала: при малой громкости сигнала никакого движения сегментов не происходит. Так что любителям тихой спокойной музыки приобретение этого индикатора не рекомендуется: красивого движения разноцветных сегментов Вы почти не увидите.
Минимальный уровень амплитуды входного сигнала, при котором на индикаторе начинает наблюдаться «движуха» хотя бы одного сегмента, составляет 90 мВ; причём, практически независимо от установленного усиления или включения режима АРУ.
Уровень входного сигнала, при котором выходы операционников начинают работать с отсечкой (клиппингом), составляет 1.9 В (1 кГц). Соответственно, при превышении этого значения, индикатор теряет возможность адекватно реагировать на сигнал. Отсюда — рекомендация: между выходом усилителя и входом индикатора необходимо ставить делитель напряжения с таким коэффициентом, чтобы сигнал на его выходе не превышал 2 В (примерно). Без делителя можно и сжечь индикатор.
Синхронность индикаторов правого и левого канала при подаче одного и того же сигнала — хорошая. Разность в чувствительности — на уровне примерно в 3%.
Частотный диапазон индикатора оказался сильно и неоправданно ограниченным снизу.
Полоса частот по уровню минус 3 дБ начиналась только от 180 Гц, а на частоте 20 Гц падение уровня достигало почти 9 раз (19 дБ) относительно частоты 1 кГц.
Со стороны верхних частот падения уровня не наблюдалось вплоть до частоты 20 кГц.
Из всего этого проистекает, что в качестве индикатора пикового уровня этот индикатор применяться не может: показываемый им уровень будет зависеть от спектра сигнала и не будет соответствовать реальным пикам (как по абсолютной величине пиков, так и по среднему значению сигнала). Индикация будет отображать мощность сигнала лишь «в общих чертах».
Реальное потребление по току индикатора сильно зависит от яркости и количества работающих светодиодов.
В самом тяжелом случае (включены все светодиоды на максимальной яркости) потребление составило 48 мА (при напряжении питания 12 В).
В самом лёгком случае (горят два светодиода на минимальной яркости) потребление составило 14 мА.
Окончательный диагноз светодиодного индикатора уровня звука (VU-meter)
Протестированный VU-meter ( индикатор) показал себя работоспособным устройством, которое, тем не менее, не может применяться для каких-либо серьёзных целей.
Он подходит только для «оживления» внешнего вида радиолюбительской и реставрированной аппаратуры. Впрочем, часто именно этого ей как раз и не хватает.
(Изображение с Алиэкспресс; загруженное, вероятно, покупателем из России)
Теперь разберём конкретно по пунктам достоинства и недостатки протестированного индикатора уровня звука.
— целых 12 уровней отображения мощности сигнала светодиодами трёх цветов;
— возможность выбора эффектных визуальных стилей;
— возможность настройки детальных технических параметров индикации;
— небольшая потребляемая мощность;
— оптимальные размеры рабочей части индикатора.
— относительно небольшой динамический диапазон (фактически, индикатором можно пользоваться только с включённым режимом АРУ);
— наличие «мёртвой зоны» (отсутствия чувствительности) при малом сигнале;
— падение АЧХ (амплитудно-частотной характеристики) в области низких частот.
Где купить: например, у этого продавца на AliExpress ( $ 8 с доставкой), вариант 2 ( $9.4 ). Если у других продавцов этот же индикатор будет стоить дешевле, то тоже можно брать (товар одинаковый, но следите за стоимостью доставки!).
Внимание! На Алиэкспресс продаётся ещё и другой вариант индикатора уровня звука, почти не отличимый внешне (цвет печатной платы у обоих вариантов может быть чёрный или зелёный).
В типовом случае этот другой вариант выглядит так:
Официально он именуется AK_DB_12 ; но многие продавцы на Aliexpress могут его продавать вообще без упоминания наименования. Пример этого индикатора на Алиэкспресс (комплект для сборки — $9; собранный — $11).
Он отличается реализацией режимов. Например, вместо линейного режима у него реализован логарифмический («децибельный»); а режим с двухсторонним столбиком отсутствует.
Этот индикатор уровня звука — не хуже и не лучше протестированного, он просто другой.
Самый надёжный способ отличить эти индикаторы — по описанию их настроек (если они имеются на странице продавца).
Вступайте в группу SmartPuls.Ru
Искренне Ваш,
Доктор
12 апреля 2020 г.
Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам
Источник
Индикатор уровня звукового сигнала (ИУЗС)
Недавно на Aliexpress.ru мною были заказаны наборы радиодеталей. Заказ был сделан у трёх разных продавцов, но пришёл быстро и не по частям, а объединённым в один пакет. Очень удобно – не бегать три раза на почту. Дополнительно к заказу мне был прислан подарок – набор для начинающих в жёлто-оранжевом пакете. Набор в дополнение ко всем необходимым деталям имел аккуратно изготовленную печатную плату (см. рисунки 1А и 1Б ).
Несмотря на то, что набор был обёрнут слоем «пузырчатого» смягчителя ударов, микросхему LM3915 всё же немного «припечатали» и она своими выводами проткнула всю упаковку и погнула себе 4 вывода (см. рисунок 2 ).
Правда выводы удалось легко выпрямить пинцетом и ИМС (Интегральная микросхема) оказалась исправной. Слегка огорчило то, что документация, приложенная к блестящему свежими красками набору, была ниже всякой критики (см рисунок 3 ).
На ксероксе формата А5 с изображёнными схемой электрической принципиальной и схемой расположения с большим трудом и увеличительным стеклом можно было прочитать далеко не все надписи. Начав разбираться с КД, я пришёл к выводу, что проще схему перерисовать, а ПП (печатную плату) переработать. Иначе, особенно начинающим радиолюбителям, заказывающим радиодетали на «Aliexpress», с таким подарком будет не справиться.
1). В схеме исправлена ошибка. Публикуемая схема соответствует новым надписям, выполненным на печатной плате С2739-38, высылаемой в составе подарков за ранее обещанные бонусы.
2). Удалось выяснить, что значком (перевёрнутой буквой «т»), обозначающим в отечественных схемах общий провод, в схеме КНР обозначено подключение к «+ U и.п.».
3). Двухконтактный разъём J3 — вовсе не разъём (его нет в наборе), а две точки на ПП, в которые для включения режима «Линейка» нужно установить перемычку. При этом на вывод 9 U1 подаётся «+ U и.п.». Для режима «Точка» перемычка не ставится. Для оперативного переключения режима в ИУЗС рекомендуется ввести тумблер (см. на видео).
4). Доработанный в КНР последний вариант ПП вместо двух крепёжных отверстий стал иметь только одно (. ), поэтому была разработана новая ПП, имеющая 4 крепёжные отверстия.
5). В набор вкладывается резистор с сопротивлением 2,2 кОм для позиции R9, который согласно схеме, должен быть 560 Ом. Вероятно, это перестраховка разработчиков набора, снизившая яркость свечения светодиодов.
Вся статья составлена так, чтобы можно было легко изготовить и настроить именно плату С2739-38, высылаемую покупателям в составе подарков за ранее обещанные бонусы.
ИМС LM3915 – интегральная микросхема производства компании Texas Instruments, реагирует на изменение входного сигнала, выдает сигнал на один или сразу несколько своих выходов и применяется в схемах индикаторов на светодиодах. ИМС выполнена в 18 — выводном корпусе Dip-18 для которого выпускаются установочные сокеты (панельки, «кроватки»). Светодиодный индикатор на основе LM3915 работает по логарифмической шкале; он нашёл практическое применение в отображении уровня сигнала в усилителях звуковой частоты. Похожие на LM3915 ИМС LM3914 и LM3916, имеют аналогичное расположение и назначение выводов. Но LM3914 обладает линейной характеристикой и идеальна для измерения линейных величин (ток, напряжение); а ИМС LM3916 является более универсальной и способна управлять нагрузкой разного типа.
Блок — схема LM3915 состоит из десяти однотипных ОУ (операционных усилителей), работающих компараторами (см. рисунок 4 ):
Прямые входы ОУ подключены через цепочку из резистивных делителей с различными номиналами сопротивлений. Благодаря этому светодиоды в нагрузке включаются по логарифмической зависимости. На инверсные входы приходит входной сигнал, который обрабатывается буферным ОУ (вывод 5 U1). Внутренняя начинка ИМС включает маломощный интегральный стабилизатор, подключенный к выводам 3, 7, 8 U1 и устройство для задания режима свечения (вывод 9 ИМС U1). Диапазон питающего напряжения составляет от 4 до 25 Вольт, однако типовое рабочее напряжение ИМС составляет 12 Вольт. Величину опорного напряжения можно задать в пределах от 1,2 до 12 Вольт при помощи внешних резисторов. Вся шкала соответствует уровню сигнала в 30 дБ с шагом 3 дБ. Выходной ток можно задавать от 1 до 30 мА.
Монтаж РЭК (радиоэлектронных компонентов) ИУЗС начинают с пассивных элементов — резисторов и конденсаторов ( рисунок 5 ).
Предварительно облуженые выводы РЭК вставляются в соответствующие им отверстия на ПП. Рекомендуется укоротить длинные выводы резисторов до их выступания от поверхности ПП на 1 … 2 мм и слегка раздвинуть в стороны (чтобы резисторы не выпадали из платы) и ещё раз проверить тестером или мультиметром в режиме «Rx» их номиналы. Понятно, что выпаивать неправильно установленные элементы сложнее, чем просто их вынимать. Особенно это важно при работе с многовыводными элементами.
Радиолюбителям, перешедшим с пайки отечественных резисторов (типа МЛТ, С2-23) на зарубежные следует учесть, что зарубежные резисторы более «нежные» и во избежание «отваливания» их выводов при перегреве следует использовать маломощные паяльники или лудить с помощью пинцета – теплоотвода.
Рекомендуемый порядок установки РЭК на плату можно не соблюдать, однако в любом случае резистор R8 желательно впаять в ПП до установки на плату сокеты для U1.
После монтажа резисторов и конденсаторов, переходят к установке сокеты и разъёмов (см. рисунок 6 ).
Следует заметить, что контакты разъёмов J1 и J2 также боятся перегрева, хотя (если они не окислились) не требуют предварительного лужения. Сокету под ИМС U1 впаивают в ПП с учётом местоположения ключа. И на ПП, и на ИМС ключ — это четырёхугольная выемка, обозначающая сторону с расположением вывода №1.
Полупроводниковые приборы, к которым относятся светодиоды (особенно в пластмассовом корпусе), следует лудить и паять с теплоотводом, а устанавливать на ПП с соблюдением полярности. У светодиодов, которыми укомплектован данный набор, анод («плюс») — это более длинный вывод. Если выводы уже впаяны и укорочены, то визуально определить анод можно по «малому флажку», рассмотрев выводы светодиода сквозь прозрачный корпус. «Большой флажок» соответствует катоду («минусу»). Если окончательно не принято решение о способе размещения ИУЗС в корпусе, рекомендуется длину выводов светодиодов оставить максимальной. Укоротить выводы всегда проще, чем надставить. Полностью спаянная плата показана на рисунке 7 .
Для того, чтобы регулировка входного уровня многооборотным подстроечным резистором осуществлялась традиционно, резистор R2 следует повернуть на 180 градусов. Тогда чувствительность ИУЗС будет расти при вращении шлица резистора по часовой стрелке (и уменьшаться при вращении шлица резистора против часовой стрелки).
ИМС LM3915 может работать в широком диапазоне питающих напряжений (от +4 до +25 Вольт). Поэтому для начала следует определиться при каком U и.п. (напряжении питания) будет работать ИУЗС). Так, например, если ИУЗС будет работать в паре с УЗЧ, имеющим U и.п. = +12 Вольт, то его питание также будет осуществляться от +12 Вольт (это типовое U и.п. для ИМС LM3915).
Для проверки работоспособности ИУЗС будет использован гаджет — цифровой медиаплеер NWZ-E453 фирмы Sony, оснащённый FM-приёмником, изготовленный в Малайзии. Но можно взять любой гаджет, имеющий аудио выход.
1). Устанавливаем режим «Линейка». Для этого замыкаем перемычкой контакты разъёма J3. При этом на управляющий вход (вывод 9) U1 подаётся U и.п. = +12 В.
2). Подключаем U и.п. = 12 В к разъёму J2 «Power supply» («Источник питания»). А к разъёму J1 «Audio input» («Звуковой вход») подключаем аудио выход медиаплеера NWZ-E453 с FM — приёмником. Громкость плеера устанавливаем на «00», при этом не должен светиться ни один светодиод.
При U и.п. = 12 Вольт потребляемый ток (I потр.) дежурного режима (когда на разъём J1 «Звуковой вход» не подаётся сигнал), составляет 9 мА.
3). Увеличиваем громкость плеера до максимума (устанавливаем громкость «30»). При этом, если ни один светодиод не включился, вращением по часовой стрелке шлица подстроечного резистора R3 «Уровень» добиваемся появления свечения светодиодов. Если не удаётся достичь потребляемого тока 25-30 мА и яркость светодиодов пользователю не достаточна, то выключаем питание, выпаиваем резистор R9 и вместо него включаем цепочку из постоянного резистора 510 Ом и подстроечника на 2,0 … 4,7 кОм. Ставим громкость плеера на «00» и вращением оси подстроечника добиваемся включения первого светодиода D1. Затем очень медленно вращаем подстроечник в обратную сторону, уходя за порог включения D1. Как только D1 погаснет, вращение шлица прекращаем. Теперь все светодиоды не светятся. Снова выключаем питание, выпаиваем лабораторную пару резисторов, замеряем их общее сопротивление и впаиваем на место R9 один резистор с ближайшим стандартным номиналом и допуском не хуже 1…2%.
4). Включаем питание. Плавно увеличиваем громкость плеера до «30» и убеждаемся, что светодиоды поочерёдно (начиная с D1 и до D8) наращивают свою яркость свечения. Если потребляемый ток вырос недостаточно и яркость свечения светодиодов не достаточна, то для достижения среднего тока в 30 мА продолжают вращать по часовой стрелке шлиц подстроечного резистора R2 «Уровень».
5). Ещё одно средство добиться увеличения потребляемого тока 30 мА и яркости свечения светодиодов — перенастройка цифрового гаджета на другую станцию с более мощным сигналом. Кстати для получения лучших результатов, настройка на радиостанцию с музыкальной программой более предпочтительна, чем настройка на радиостанцию с речью диктора.
В авторском варианте ИУЗС, при работе с вышеуказанным гаджетом удалось добиться среднего потребляемого тока 45 мА. А затем сделан возврат на рекомендуемые 30 мА вращением шлица R3 «Уровень» против часовой стрелки.
Если у радиолюбителя имеются наборы резисторов с разными номиналами, то следующие дополнительные сведения ему окажутся полезными:
6). Если яркость свечения красных светодиодов не достаточна, то сопротивления токоограничительных резисторов R4 и R5 можно уменьшить или данные резисторы вообще исключить, а вместо них на ПП установить перемычки. По некоторым данным во избежание повреждения микросхемы, не следует превышать ограничение тока в 20 мА, подаваемого на светодиоды.
Схема ИУЗС сохраняет работоспособность при снижении U и.п. до 4 Вольт. При этом потребляемый ток ( I потр. ) дежурного режима, уменьшается до 8,5 мА. А величина среднего I потр. при прежних настройках ИУЗС и установке на цифровом гаджете громкости «30» составляет около 15 мА — половину по сравнению со случаем питания от 12 Вольт.
На рисунке 8 показан момент настройки ИУЗС. Лабораторная пара (510 Ом + 4,7 кОм) заменяет резистор R9 при уточнении его номинала. У гаджета «Сони» погашен экран, но он находится в рабочем состоянии.
Далее устанавливаем режим «Точка». Для этого размыкаем контакты «разъёма» J3. При этом снимаем с управляющего входа (вывода 9) U1 U и.п. = +12 В. Режим «Точка» выглядит слабее и по яркости, и по производимому эффекту на пользователей. Поэтому кнопочный тумблер, выполняющий в авторском варианте поделки роль перемычки, можно просто заменить перемычкой.
Источник