Классическая (правильная) ЦМУ с компрессором

Игорь Кацай, Радиолоцман №3-4/2024, ст.98

В последнее время, особенно с развити­ем светодиодной техники, появилось мно­жество схем, которые дружно называются цветомузыкой (ЦМУ — цветомузыкальное устройство или установка), но на самом деле таковой не являются. В лучшем случае это просто бегущие огни с множеством всевоз­можных комбинаций, работа которых с музы­кой вообще никак не связана. А очень редко — то же самое, только скорость переключения этих бегущих огней зависит от музыки, но это всё равно лишь бегущие огни со своим более или менее разнообразным набором комбинаций.

Настоящая же ЦМУ задумывалась гораз­до раньше (ещё Скрябиным) как некое устро­йство, способное сопоставить звуковой тон (частоту звука, ведь каждому инструменту или голосу соответствует своя звуковая час­тота) со своим определённым цветом. Такое цветовое сопровождение музыки интуитивно воспринимается гораздо лучше; здесь исклю­чён вариант повторяемости и привыкания. И выглядит это гораздо красочнее. Это так называемая классическая ЦМУ с частотным разделением каналов. Собственно, с этого в 70-80-е годы и началось массовое примене­ние различных ЦМУ.

На Рисунке 1 представлена одна из подо­бных схем, выполненная на современной элементной базе.

Предлагаемая схема снабжена компрес­сором (U1A и Q1), работающим в очень широком диапазоне входных сигналов. И практически нет необходимости пользовать­ся регулятором «Чувствительность» (R1) в пределах 80…90 % всего диапазона уровня входного сигнала. Достаточно просто один раз выставить регулятор в среднее положе­ние. На вход при этом можно подавать сиг­нал с «линейного» выхода звуковой аппара­туры или, например, с выхода звуковой карты для наушников и других источников, что сейчас распространено гораздо больше. Как видно на схеме, из трех сдвоенных ОУ половина одного (U1B) не используется. Её конечно, можно использовать для усиления сигнала микрофона, как показано на Рисун­ке 2, и тем самым избавится от необходи­мости соединительных проводов.

Но делать этого не советую, так как обыч­ные (телефонные) электретные микрофоны, которые используются для этого чаще всего, почти не усиливают низкие частоты, и мы лишимся части «динамики» в цветовой палитре. А использование хорошего динами­ческого микрофона вызывает некоторые конструктивные сложности и ведёт к удоро­жанию устройства во много раз.

Лично я считаю, что оптимальным коли­чеством цветов для классической ЦМУ явля­ется четыре: красный — для НЧ, зелёный — для нижнего регистра СЧ, жёлтый (или фио­летовый) — для верхнего регистра СЧ, синий — для ВЧ. Поэтому после усилителя-компрес­сора сигнал поступает на 4-полосный полосо­вой фильтр второго порядка на ОУ U2 и U3, который хорошо разделяет частоты. Элемен­ты частотозадающих цепочек выбраны так, чтобы полосы не перекрывались. Визуально это красивее. Средние частоты разделения — 100 Гц, 1 кГц, 2 кГц и 5 кГц. А полосы выглядят так: 50…125 Гц, 0.5…1.5 кГц, 1.5…2.5 кГц, 3.. .7 кГц. Для настройки и проверки использо­вался генератор звуковых частот. Такое раз­деление, на мой взгляд, визуально наиболее привлекательно для любой музыки. Те, кто захочет добавить дополнительные каналы или перестроить фильтры на другие частоты, могут воспользоваться ссылкой на онлайн- калькулятор расчёта данных фильтров [1], так как это гораздо быстрее, чем делать вручную. И ищем там «Калькулятор расчёта активного полосового фильтра 2-го порядка».

Если вы всё же решили добавить в схему электретный микрофон согласно Рисунку 2, то надо поднять среднюю частоту полосы НЧ хотя бы до 350.500 Гц. Для этого необходи­мо уменьшить ёмкости C13 и C14 в 4.5 раз и так же увеличить сопротивление R16.

Потенциометрами R9.R12 устанавлива­ется желаемая цветовая «палитра». Их можно вывести на лицевую панель, но можно и оставить на плате, так как лично я только один раз их настроил и больше не трогал. А R1 лучше всё же установить на лицевой пане­ли. Кроме того, в качестве R1 я использовал потенциометр с выключателем, подающим питание на схему (в схеме не отражено).

После фильтров установлены детекторы и усилители на транзисторах.

Я делал эту ЦМУ для скромного домашне­го использования, с яркостью свечения впол­не достаточной, по моему мнению, для комна­ты, поэтому использовал всего четыре пары одноваттных китайских светодиодов (красно­го, зелёного, жёлтого и синего цветов), к тому же работающих далеко не в полную силу. Но, несмотря на это, в последствии пришлось даже немного уменьшить яркость, для чего в схему был введён регулятор общей яркости R29. Он обязательно должен быть мощнос­тью не менее 1 Вт. (Лучше — 2 Вт). Так как яркость свечения светодиодов раз­ного цвета при протекании одинакового тока тоже разная, ограничительные резисторы R22, R24, R26 и R28 были подобраны так, чтобы обеспечить одинаковую яркость свечения всех цветов. Поэтому их номиналы отли­чаются. Эти резисторы тоже должны быть мощностью 2 Вт.

Все остальные резисторы могут быть по 0.25 или по 0.125 Вт. А конденсаторы надо использовать на напряжение не менее 16 В. В качестве ОУ можно использовать любые подходящие операционные усилители, име­ющиеся в наличии, например NJM4558, 4565, 4580, NE5532 и др. Я использовал LM358, так как они дешевы, надёжны и их запас у меня велик. Транзисторы желатель­но использовать указанные в схеме (BC546C, именно с суффиксом «C», поскольку только они имеют высокий коэффициент усиления по току и достаточную мощность, чтобы почти не греться при таком включении). Но
при желании их можно заменить другими с аналогичными параметрами. Хотя светодио­ды при токах, указанных в схеме, практичес­ки не нагреваются, я посадил их тепловые подложки через термопасту на фольгу печатной платы. Яркость светодиодов можно при желании ещё повысить, умень­шив (пересчитав) сопротивления токоогра­ничительных резисторов согласно допусти­мым токам светодиодов. В этом случае необ­ходимо будет также заменить транзисторы Q2…Q5 более мощными, например, состав­ными BDX43, BDX53 или КТ972, установив их на радиаторы.

Для тех, кому нужна ещё более высокая мощность (яркость) света, предлагаю дора­ботать схему согласно Рисунку 3

Двухваттные резисторы R22, R24, R26 и R28 заменяются маломощными номиналом по 390…510 Ом, а вместо светодиодов под­ключаются мощные оптосимисторы («твер­дотельные реле» с оптической развязкой), которые могут управлять нагрузкой до нескольких киловатт.

Монтаж я выполнил на макетной плате, используя те детали, которые попались под руку, в чём вы можете убедиться, взглянув на Рисунок 4. Однако даже в таком исполнении эта ЦМУ радует своей работой уже много лет.