Монохромная светомузыка (МХС)

Цветомузыкальные картинки на экранах компьютеров и ноутбуков хотя и отличаются художественным и цветовым разнообразием, однако заметно уступают в яркости излучения даже маломощным светодинамическим устройствам, таким как предлагаемая Вашему вниманию монохромная светомузыка (далее просто МХС). Именно светомузыка, а не «цветомузыка», так как цвет всего один – зелёный, но достаточно интенсивный.

Монохромная светомузыка имеет прототип - «Светодинамическую пушку». В новую поделку внесены следующие изменения: 1). Использованы другая ИМС и светодиоды. 2). Изменено местоположение РЭК в корпусе. 3). Улучшено оформление поделки: Изготовлены новые варианты ФП (фальшпанелей) и этикетка для задней стенки корпуса. 4). Применён новый гуманитарный материал (ребус и загадки). 5). Более подробно описаны «Некоторые особенности изготовления МХС».

Монохромная светомузыка работает по принципу усиления звукового сигнала, воспринимаемого микрофоном. МХС имеет всего один, но «умощнённый» канал и предназначена для визуального сопровождения музыкальных произведений. Выходное оптическое устройство МХС состоит из 4 светодиодов зелёного цвета свечения, расположенных в левой части передней панели корпуса.

МХС – компактное портативное устройство, легко помещающееся в кармане со всеми вытекающими отсюда удобствами.
В МХС применены светодиоды высокой яркости, что позволяет сделать устройство сравнительно экономичным и одновременно имеющим неплохую яркость свечения. Тем не менее, МХС рекомендуется использовать в небольших помещениях и на мини-дискотеках. Для большей выразительности цветового эффекта, МХС рекомендуется включать в полной темноте или при небольшой фоновой подсветке.

Первой отличительной особенностью МХС является наличие встроенного микрофона и микрофонного усилителя. Это позволяет обойтись без кабеля, через который цвето - и светомузыкальные устройства подключаются к источникам звука. Органов управления в МХС всего два: тумблер «Вкл» и регулятор «Яркость», изменяющий уровень выходного сигнала микрофонного усилителя.

Второй отличительной особенностью МХС является повышенная чувствительность. При полностью введённом потенциометре RP1 «Яркость» МХС реагирует на еле слышимую музыку, тихий разговор и даже шёпот. Поэтому устанавливать МХС можно без привязки к источнику звука - в любом удобном для пользователя месте помещения. Повысить светоотдачу устройства можно сориентировав переднюю панель на белую поверхность стены, потолка или в зеркало.

Третьей отличительной особенностью МХС является «малогабаритное» питание. МХС питается всего от 1 аккумулятора типоразмера AAA-size и ёмкостью 1000 мА/час. Это стало возможным за счёт применения специального преобразователя DC / DC (постоянного напряжения +1,2 Вольта в +5 Вольт). Модуль EK-1674 со встроенной ИМС MAX1674 при U GB1 = +1,2 Вольта имеет максимальный выходной ток I вых. = 120 мА. В холостом режиме потребляемый ток модуля (I потр.) составляет 15 мкА. Не исключается применение в позиции GB1 и одноразовых гальванических элементов с номинальным напряжением 1,5 Вольта.

Основной недостаток МХС в том, что в дежурном режиме (при полностью выведенном регуляторе «Яркость») МХС потребляет сравнительно большой ток (около 3,5 … 4 мА).




МХС состоит из (см. рисунок 1):
- электретного микрофона BM1;
- Г-образного фильтра постоянного тока, состоящего из элементов R1-C1 и работающего на электретный микрофон BM1;
- микрофонного усилителя, собранного на цифровой микросхеме DD1 с дискретными элементами С4 С8 R2 R3;
- интегрального стабилизатора DA1 с керамическими конденсаторами «обвязки» С2, С5;
- регулятора уровня выходного сигнала микрофонного усилителя, собранного на резисторе R4 и на потенциометре RP1 «Яркость»;
- разделительного конденсатора С9;
- усилительного каскада, собранного на элементах VT1 R5 R6 R7 по схеме ОЭ с повышенной термостабилизацией режима работы;
- Г - образного ФВЧ, собранного на дифференцирующей цепочке - элементах C10-R8;
- детектора VD1, срезающего отрицательные составляющие сигнала, подаваемого на затвор VT2;
- токового ключа, собранного на полевом транзисторе VT2;
- стоковой нагрузки полевого транзистора VT2 - светодиодов HL1, HL2, HL3, HL4, с их токоограничительными резисторами R9 … R12;
- керамического конденсатора С7* (220 пФ … 0,015 мкФ), снимающего паразитную ВЧ - генерацию микрофонного усилителя DD1 С4 С8 R2 R3;
- оксидных конденсаторов С3, С6 фильтра постоянного тока;
- модуля - преобразователя DC / DC типа EK-1674, преобразующего постоянное напряжение аккумулятора GB1 +1,2 Вольта в стабилизированное напряжение +5 Вольт.
- тумблера SA1 «Вкл.» включения питания.



После замыкания контактов тумблера SA1 «Вкл.» напряжение источника питания GB1 +1,2 Вольта поступает на вход (контакт 1) модуля DA2. На выходе (контакте 3) модуля DA2 устанавливается стабилизированное напряжение +5 Вольт, которое заряжает конденсаторы С5 и С6 и поступает на вход (вывод 1) интегрального стабилизатора DA1. На выходе (выводе 3) DA1 устанавливается стабилизированное напряжение +4 Вольт, которое заряжает конденсаторы С2 и С3 фильтра постоянного тока. Также, через резистор R1, заряжается конденсатор С1.

Во время переходных процессов, сопровождающих момент включения питания, светодиоды HL1 … HL4 вспыхивают и через 0,5 … 1 секунды гаснут. Если регулятор «Яркость» установлен в нижнее (по схеме) положение, то, несмотря на звуковые колебания, воздействующие на микрофон BM1, на вход усилительного каскада VT1 R5 R6 R7 переменная составляющая не поступает, и все (HL1 … HL4) светодиоды остаются чуть ниже порога зажигания.

В крайнем нижнем положении движка (среднего вывода) RP1 «Яркость» чувствительность МХС нулевая. С перемещением движка RP1 снизу - вверх (с вращением ручки потенциометра по часовой стрелке) всё увеличивающаяся амплитуда переменной составляющей вызывает нарастание яркости свечения светодиодов HL1 … HL4. В крайнем верхнем положении движка RP1 яркость свечения светодиодов (в соответствии с громкостью звуков, действующих на микрофон ВМ1) может достигать максимума.


Сразу после замыкания контактов тумблера SA1 и установки рабочих режимов всех составных частей устройства, МХС начинает реагировать на окружающую звуковую картину. На выходе электретного микрофона BM1 появляется переменное напряжение, соответствующее механическим колебаниям, воздействующим на «мембрану» микрофона ВМ1.

В схеме МХС использован микрофон электретный МКЭ-3, в корпусе которого находится микросхема К513УЕ1А - усилитель-повторитель для электретных микрофонов. Она состоит из полевого транзистора, резистора, входного диода защиты и имеет следующие основные параметры:
Модуль полного электрического сопротивления на частоте 1 кГц – 4 кОм. Полоса частот - 50 … 15 000 Гц (при неравномерности АЧХ +12 дБ). Чувствительность = 4 … 20 мВ / Па.

Микрофон МКЭ-3 имеет недостаток, который нужно учитывать при установке BM1 в схему: его корпус электрически соединён с «плюсом» питания микрофона (чёрный или синий провод), поэтому его следует изолировать от общего провода (и других точек схемы). Для уменьшения воздействия механических помех (ударов, вибраций) на работу микрофона, его корпус имеет эластичную подвеску из мягкой пластмассы, которая в МХС не удаляется. Эластичные «лапки» подвески укорачиваются, чтобы микрофон уместился на ПП (печатной плате). А отверстия «лапок» переносятся ближе к корпусу.

С выхода BM1 сигнал поступает на вход (левый - по схеме - вывод резистора R2) линейного усилителя переменного тока, собранного на … цифровой микросхеме DD1 К561ЛА7 с дискретными элементами С4-С8-R2-R3. Его коэффициент усиления (Ку) зависит от соотношения сопротивлений резистора обратной связи (R3) и входного резистора (R2) и рассчитывается по формуле: Ку = R3 / R2, причём, для стабильной работы каскада рекомендуется выбирать Ку меньше 1000. В МХС нормальная работа усилителя при Ку = 240 дополнительно обеспечивается экранировкой (большая часть оставленной после травления фольги ПП занята общим проводом). Линейка из 3 инверторов (DD1.2, DD1.3 и DD1.4) находится в усилительном режиме за счёт 100% - ной ООС по постоянному току, создаваемой резистором R3. Выходной сигнал линейного усилителя DD1 С4 R2 R3 снимается с выхода (вывода 10) DD1.4 и через конденсатор С8 поступает на резистивный делитель R4 RP1. Далее с движка потенциометра RP1 «Яркость» сигнал через разделительный конденсатор С9 поступает на усилительный каскад VT1 R5 R6 R7 и усиливается по напряжению. Сигнал, формируемый на коллекторе VT1, проходит через дифференцирующую цепочку, собранную на элементах С10-R8. Отрицательные составляющие сигнала срезаются диодом VD1, а положительные составляющие сигнала поступают на затвор токового ключа, собранного на полевом транзисторе VT2. Нарастание амплитуды импульсов (всплесков напряжения) положительной полярности свыше + 1,6 Вольта приводит к открыванию полевого транзистора VT2. Сопротивление канала сток - исток VT2 уменьшается и через стоковую нагрузку VT2 - светодиоды HL1, HL2, HL3, HL4 - протекает импульсный ток, ограничиваемый резисторами R9 … R12.
Потребляемый МХС ток в рабочем режиме зависит в основном от яркости свечения светодиодов. Яркость свечения светодиодов HL1, HL2, HL3, HL4 зависит от сопротивления их токоограничительных резисторов R9 … R12. Номинальный рабочий ток применённых в схеме МХС зелёных светодиодов равен 20 мА, и в пиках яркости не должен превышать максимального значения 25 мА.


Перед первым включением МХС, следует тщательно проверить монтаж на отсутствие ошибок. При включении питания рекомендуется проверить на выходе (на выводе 3) DA1 наличие стабилизированного напряжения + 4 Вольта и полностью вывести регулятор RP1 (повернуть ручку потенциометра «Яркость» против часовой стрелки). Потребляемый МХС ток покоя не должен превышать 3,5 … 4 мА. В противном случае следует выключить питание и ещё раз проверить монтаж.

Работа микрофонного усилителя DD1 С4 С8 R2 R3; проверяется подключением высокоомных наушников параллельно регулятору «Яркость». При этом усилитель не должен возбуждаться, а звук в наушниках не должен иметь заметных на слух искажений. В авторском случае для проверки использовались ранее переделанные наушники ТОН2. Их капсюли, с импедансом 1600 Ом соединены последовательно. Наушники с головной гарнитурой имеют экранированный соединительный кабель длиной 120 см.

При необходимости, уточнить коэффициент усиления по напряжению Ку линейного усилителя переменного напряжения, собранного на элементах С4 С8 DD1.2 DD1.3 DD1.4 R2 R3, можно резистором R3*. Максимальное сопротивление резистора R3 не должно превышать 10 МОм. (Ку = R3 / R2, причём, рекомендуется Ку менее 1000).

Далее резистором R6* устанавливают рабочий режим транзистора VT1. Для этого выводят движок RP1 «Яркость» в крайнее левое (против часовой стрелки) положение, выключают питание, выпаивают резистор R6, а вместо него в схему впаивают последовательно соединённые: постоянный (с номиналом на 30 … 60% меньшим) и подстроечный с номиналом 100 кОм … 220 кОм. Включают питание и вращением движка подстроечного резистора устанавливают на коллекторе VT1 напряжение + 2,25 Вольта. Напряжение контролируют вольтметром постоянного тока с соблюдением полярности («минус» вольтметра - к общему проводу). Затем выключают питание МХС, выпаивают оба резистора и измеряют их суммарное сопротивление тестером в режиме Rx (измерения сопротивления). Резистор берётся ближайшего большего (стандартного 5 … 20 % ряда) номинала и впаивается на место R6.

Все зелёные светодиоды имеют одинаковые прямые падения напряжения (+3 Вольта), поэтому сопротивления резисторов R9 … R12 рекомендуется выбирать одинаковыми. Рабочие токи светодиодов HL1 … HL4 можно несколько увеличить, однако суммарный потребляемый МХС ток не должен превысить 120 мА («возможности» модуля DA2).

Верхний предел регулировки яркости (потенциометром RP1) можно уменьшить. Для этого следует увеличить сопротивление резистора R4.
В авторском экземпляре микрофонного усилителя МХС присутствовала паразитная генерация 50 кГц (Т = 20 мС, размах ~U составляет от 0 до 2,5 Вольт), которая была успешно снята увеличением ёмкости керамического конденсатора С7 до 0,015 мкФ. Поэтому, начинающим радиолюбителям (для повышения стабильности работы МХС) печатную плату рекомендуется выполнить из двухсторонне фольгированного стеклотекстолита. Второй (верхний) слой фольги на части платы (под микрофонным усилителем) нужно оставить в качестве экрана и подключить его к общему проводу. Другую часть (51 х 23 мм.) платы, на которой расположены DA2 и GB1, можно сделать «односторонней» (то есть без экрана).

В авторском экземпляре МХС при U и.п. = +5 Вольт, дежурный ток, потребляемый МХС = 3,7 мА; максимальный потребляемый ток = 100 мА.


В МХС применены резисторы типа С2-23, МЛТ, ОМЛТ с мощностью рассеивания 0,125 Ватта. Потенциометр RP1 - СП3-4вМ (с выключателем), СП4-1 (без выключателя) или подобный с сопротивлением 8,2 кОм … 33 кОм. Конденсаторы С1, С3, С6, С9 оксидные типа К50-35 или зарубежного производства, например, серии CFM фирмы «Maron» или серии ТК фирмы «Jamicon». Остальные - керамические типа КМ6, К10-17 или малогабаритные зарубежного производства. Диод VD1 Д2Б можно заменить КД503, КД510, КД520 … КД522 с любым буквенным индексом. Микросхему DD1 К561ЛА7 (CD4011A) желательно заменить К561ЛЕ5 (CD4001A), так как при этом потребляемый МХС ток уменьшится на 1 … 2 мА, что немаловажно при батарейном питании. Светодиоды HL1 … HL4 - любые суперъяркие диаметром 5 мм. Зелёные светодиоды ARL-5213PGC можно заменить изумрудными OSBG5111A–VW (18 cd, 20 мА), жёлтыми DFL-5013UYC (ARL-5013UYC) или красными ARL2-5113URC. Биполярный транзистор VT1 - КТ315 с любой буквой и коэффициентом усиления по току не менее 100 … 200. Лучшая замена транзистору КП505А - КП505Г. Интегральный стабилизатор DA1 можно заменить 78L33 или более экономичным 1158ЕН3А (оба - с кремниевым диодом «вольтодобавки», включённым в цепь вывода 2 DD1). Микрофон электретный МКЭ-3 ИЦ3. 842. 375 ТУ при изменении схемы включения можно заменить, например, более миниатюрным NMC. Тумблер SA1 - SMTS102 или любой другой малогабаритный, коммутирующий ток не менее 200 мА. Тумблер SA1 по желанию, можно исключить, а в позиции RP1 применить потенциометр с выключателем типа СП3-4вМ. Пайку радиоэлектронных компонентов следует вести заземлённым жалом паяльника. Для ИМС DD1 рекомендуется применить специальную розетку (сокету) DIP-14.
Печатная плата МХС выполнена из односторонне фольгированного стеклотекстолита размером 65 х 51 х 2 мм. (см. рисунки 2 и 3).



Диаметр отверстий на печатной плате под выводы микросхем - 0,7 … 0,8 мм, под остальные радиоэлектронные компоненты – 0,8 … 1 мм, под соединительные проводники - 1…1,2 мм., под крепёжные отверстия – 3,2 мм. После установки деталей в плату следует впаять 1 проволочную перемычку, причём, со стороны печати.

Печатная плата МХС и остальные детали установлены в корпусе - мыльнице с размерами 100 х 60 х 35 мм (100 х 60 мм - это габаритные размеры большей половинки мыльницы - крышки). Фальшпанели (рисунки 4 А, Б, В, Г) можно распечатать на цветном принтере из файла «MHS_4work».



Рисунок выбранной фальшпанели вырезается по внутренней стороне чёрной линии рамки (отступ внутрь рисунка = 1 … 2 мм.), задающей габаритные размеры корпуса-мыльницы, и приклеивается клеем ПВА к зачищенной мелкой шкуркой передней стенке корпуса. После сушки под прессом (с прокладкой из впитывающей влагу бумаги) в течение 24 часов, рисунок защищается от воздействия влаги широкой полоской прозрачного скотча. Возможно также, предварительное ламинирование рисунка. Другой способ - защита бумажного рисунка фальшпанели тонким оргстеклом или толстым прозрачным пластиком, взятым, например, от упаковки различных электронных гаджетов или кондитерских тортов.

На заднюю сторону корпуса-мыльницы при помощи прозрачного скотча приклеивается этикетка с эмблемой РТО (см. рисунок 5).



Отверстия под головки светодиодов в крышке мыльницы (с приклеенной и заламинированной фальшпанелью) выполняются сверлом, имеющим диаметр на 0,5 мм меньше, чем диаметр светодиодов. Расточку отверстий до диаметра применённых светодиодов выполняют круглым надфилем однонаправленными (снаружи → внутрь крышки) движениями. При этом плёнка и бумага фальшпанели не задираются и отверстия получаются аккуратными. Для улучшения светопередачи, головки светодиодов HL1 … HL4 могут выступать над поверхностью фальшпанели на 3 … 5 мм.
Плата МХС (через полые стойки - цилиндры длиной 15 … 20 мм.) крепится к корпусу четырьмя винтами М3 х 22 мм с полукруглыми (желательно никелированными или хромированными) головками. С обратной стороны платы на винты надеваются простые и пружинные шайбы, а затем накручиваются гайки.

Рисунок печати – «трассировка» печатной платы – (см. рисунок 3) может быть перенесён на медную фольгу методом термопереноса или переведён при помощи копирки и обведён кислотостойкими перманентными маркерами. Подойдут, например, маркеры centropen 2846 CE PERMANENT или другие, специализированные, для подписывания компьютерных CD – дисков. Травится плата в водной бане в растворе фунгицида (медного купороса) и поваренной соли (1 и 3-4 столовых ложки «с горкой» соответственно, растворённых в стакане воды). «Водная баня» обеспечивает травление платы при температуре раствора около 90 … 100º С в течение 1 часа.

Не до конца использованный раствор медного купороса и поваренной соли можно сохранять (в закрытой стеклянной банке) до 6 месяцев и более.




О методе ускоренного травления ПП подробно можно прочитать в файле «ПП_водная_баня», размещённом на Яндекс.Диске, пройдя по ссылке:

Разгадав загадки, ответ следует ввести в строку «Пароль» файла «MHS_4work». Тогда вы сможете получить полный комплект схем для изготовления МХС, несколько вариантов рисунка ФП (в масштабе = 1:1), и в качестве бонуса готовый к термопереносу (также в масштабе = 1:1) отражённый рисунок трассировки печатной платы. Также Вы сможете прочитать ответ к ребусу №1. Архив файла «MHS_4work» можно скачать здесь:
















У меня такое впечатление, что нечто подобное я уже оценивала на выставке прототехнического творчества в далёкой марсианской глубинке, осматривая поделку с воинственным названием, кажется, «Царь-пушка». Но этот экспонат явно лучше. Обычно придирчивое жюри смотрит не на лицевую, а изнаночную сторону поделки. А в Монохромной светомузыке и снизу, и сзади всё аккуратно доделано. Жаль только, что спереди под плёнкой образовались воздушные пузырьки.
Самое большое достоинство «Монохромной цветомузыки» в том, что она питается всего от одного мизинчикового элемента. При этом поделка сохраняет работоспособность при разряде элемента до 0,8 Вольта!
Для начинающих радиолюбителей изготовление монохромной светомузыки - это хороший ключ от двери, ведущей в мир цветомузыки. Отработайте навыки настройки на этой поделке и переходите к более сложным!

Для корпуса МХС была выбрана стандартная мыльница размерами 100 х 60 х 35 мм. Для закрытия надписей, выполненных методом обратного тиснения, для меньшей половинке мыльницы размечена (карандашом с линейкой) и вырезана (ножницами) прямоугольная заготовка из самоклеящейся плёнки размером 88 х 47 мм. Предварительно неровности на пластмассе срезаны торцевыми кусачками и зашкурены. Более ровные линии отреза можно получить на картонном основании скальпелем по металлической линейке!



Распечатанный рисунок ФП перед приклеиванием будет слегка зашкурен с обратной стороны и приклеен к также зашкуренной поверхности большей половинке корпуса - мыльницы клеем ПВА. Причём, клей наносится только на пластмассовую поверхность корпуса-мыльницы во избежание промокания бумаги рисунка ФП и «расплывания» чернил струйного принтера. Через 24 часа ФП защищается слоем скотча.



Из куска фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 … 2 мм штангенциркулем размечают заготовку размером 65 х 51 мм. Вырезать ПП для МХС можно большими ножницами по металлу. Перед нанесением рисунка трассировки на ПП, фольгированную сторону ПП тщательно очищают от грязи и зачищают мелкой шкуркой. Мелко зашкуренная поверхность медной фольги лучше удерживает на своей поверхности слой тонера. Начинающим радиолюбителям рекомендуется использовать двусторонне фольгированную заготовку, оставив один слой фольги под экран. (Авторский вариант МХС работает без экрана)!



Кернение на ПП выполняется только для отверстий диаметром 3,2 мм. Под выводы РЭК указателем места сверления отверстий служат вытравленные лунки в слое медной фольги. Дополнительной разметки центров мелких (0,7 … 1,1 мм) отверстий не требуется.



Выводы всех РЭК перед монтажом рекомендуется предварительно зачистить чернильным ластиком (особенно, если выводы потемнели и окислились), покрыть жидкой канифолью и облудить. При лужении полупроводниковых приборов следует использовать пинцет – теплоотвод. Полевые структуры (BM1, VT2 и DD1) следует оберегать от пробоя статическим электричеством. Формовать выводы РЭК рекомендуется монтажным пинцетом.



Для ускорения «отделочных работ» корпуса, этикетку «РТО со Знайкой и Незнакомцем» можно не приклеивать (и ждать 24 часа пока клей высохнет), а «накрыть» липким скотчем. Чтобы получилось ровно, сначала этикетка «лепится» на полоску скотча, а затем скотч - на текстурную плёнку. Излишне длинные края скотча обрезаются ножницами и плотно заворачиваются внутрь задней стенки корпуса-мыльницы.
Центры отверстий на передней панели корпуса можно наметить шилом «методом кондуктора», использовав в качестве трафарета распечатанный рисунок ФП. Затем - сверление и (если потребуется) доводка отверстий круглым надфилем. Зенковка 4 отверстий диаметром 4,5 мм под светодиоды не производится для более прочной фиксации светодиодов в просверленных отверстиях (на трении).



Приклеенный рисунок ФП к корпусу сушится в течение 24 часов на нескольких слоях влаговпитывающей бумаги под прессом.







Наклеенная полоска скотча аккуратно разглаживается от центра к краям. Оставшиеся концы скотча обрезаются ножницами до длины 1,5 … 2 см и заворачиваются внутрь крышки корпуса-мыльницы.



Так как скотч шириной более 48 … 50 мм найти сложно, то для закрытия скотчем всего рисунка ФП, имеющего высоту 53 мм, можно наклеить 2 слоя скотча. Граница окончания первого слоя будет едва заметна, а большие пузырьки воздуха, образовавшиеся под слоем скотча можно проколоть тонким шилом и разгладить пальцем. Совет на будущее: Чтобы пузырьки воздуха под скотчем не образовывались, скотч нужно не накладывать, а последовательно «накатывать» на рисунок ФП. Работа трудоёмкая, но качество исполнения того стоит. Сравните с качеством приклеивания этикетки «РТО…» на задней стенке корпуса (см. правую половину рисунка 16)!!




Посмотреть, какой эффект создают более серьёзные цветомузыки, к изготовлению которых вы сможете приступить (если отработаете навыки настройки подобных устройств на МХС), можно если кликнуть по ссылке:

Длительность этого видео 02.28, поэтому достаточно будет посмотреть небольшой фрагмент.

Более интересен материал «Почти ВСЕ цветомузыкальные устройства СССР». Это обзор выпускавшихся в СССР с 1962 по 1997 год ЦМУ. Видео имеет длительность 7 минут 30 секунд, но смотрится «на одном дыхании».