L'articolo presenta due versioni di spettrometri audio, realizzati con un microcontrollore, un equalizzatore grafico e pochi altri componenti. Lo strumento copre alcune bande nello spettro audio, usando sette barre verticali su un display OLED grafico. Sono disponibili due versioni con differenti funzionalità in termini di potenza, di alimentazione e di ingresso audio.
Introduzione
Questo progetto ha due componenti principali: il primo è un tipico IC equalizzatore grafico MSGEQ7 di MSI [1], capace di dividere lo spettro audio in sette bande: 63 Hz, 160 Hz, 400 Hz, 1 kHz, 2.5 kHz, 6.25 kHz e 16 kHz. Il secondo è il noto microcontrollore ATMega328P-AU, programmato per convertire i segnali di uscita dell'MSGEQ7 per il pilotaggio di un piccolo display OLED.
Lo Spettrogramma
Uno spettrogramma è una rappresentazione grafica dell'intensità di un suono in funzione del tempo o della frequenza. Ci sono molte varianti del formato. Essi prevedono un grafico bidimensionale, con un asse che rappresenta l'intensità del suono e l'altro la frequenza. Una terza dimensione viene aggiunta, a volte, per indicare l'ampiezza istantanea dei componenti all'interno di una particolare banda di frequenza.
Alcune specifiche e caratteristiche del modello 180166-1
- display OLED a colori da 0.96 pollici compatto;
- spettrogramma a 7 bande audio;
- alimentazione da 8 V-12 VDC;
- design piccolo e compatto a basso consumo energetico;
- 4 modelli di visualizzazione selezionabili tramite due ponticelli.
Teoria di funzionamento: le due versioni
Lo schema elettrico del circuito dello spettrometro progettato per l'alimentazione "wall wart" (es. da una fonte 8-12 V DC) è raffigurato in Figura 1. La versione 180166-1, da ora in poi chiamata in questo modo, è adatta per l'installazione all'interno di una cassa con altoparlante o un amplificatore audio. Il segnale audio stereo è applicato su K2 ed è reso monofonico tramite R1 e R2, prima di essere applicato al chip dell'analizzatore di spettro, attraverso C1. All'interno dell' MSGEQ7, le sette frequenze menzionate prima sono adeguate al picco e multiplexati in uscita in modo da fornire una rappresentazione dell'ampiezza di ciascuna "banda".
Figura 1: schema dello spettrometro a 7 bande a 8-12 V DC alimentato da un adattatore di rete o un'alimentazione equivalente. Questa versione del progetto è orientata all'incorporazione in apparecchiature audio esistenti
Non è necessario alcun componente esterno per selezionare le risposte del filtro (passa banda). R23 e C2 sono necessari per determinare la frequenza dell'oscillatore del clock del chip. Le frequenze del filtro seguono la frequenza del clock. L'MSGEQ7 fornisce prestazioni ottimali a +5 V, ossia quella fornita dal regolatore di tensione IC3, affiancato dalla consueta serie di condensatori di disaccoppiamento, ceramici ed elettrolitici.
L'MSGEQ7 è caratterizzato da una bassa corrente a riposo tipicamente inferiore a 1 mA, che lo rende adatto all'uso con dispositivi audio portatili. Il multiplexer è controllato da un reset (RST) e da un pin stroboscopico. Il micro ATMega328P-AU e il display OLED sono molto comuni e non necessitano di ulteriori approfondimenti, per quanto riguarda la descrizione dell'hardware. I jumper JP1 e JP2 possono essere impostati su uno dei quattro valori: 00, 01, 10, 11, per selezionare uno dei quattro modelli sull'OLED:
- grafico a barre bianco;
- grafico a barre verde-giallo-rosso (ogni barra è composta da 3 colori);
- barra grafica blu sottile;
- istogramma rosso sottile.
Poiché questa versione dello spettrometro è progettata per essere utilizzata all'interno di un sistema audio, la selezione della modalità di visualizzazione può essere eseguita in un modo economico e semplice usando solo due ponticelli. Lo schema della versione dello spettrometro 180166-2 è riportato in Figura 2.
Figura 2: schema elettrico del secondo spettrometro. Trovare le differenze con il precedente schema: un indizio si trova attorno a K1. Questa versione dello spettrometro è destinata all'uso come strumento portatile
Questo circuito può essere sistemato all'interno di un piccolo contenitore portatile. E' alimentato a 5 V DC tramite il connettore USB K1. Questa scheda consente quattro modelli di visualizzazione, premendo S1.
Alcune specifiche e caratteristiche del modello 180166-2
- display OLED da 0.96 pollici compatto;
- spettrogramma a 7 bande audio;
- alimentazione USB 5 V DC;
- design piccolo e compatto a basso consumo energetico.
Elenco componenti del modello 180166-1
- Resistenze
- R1, R2 = 22 kOhm, 1%, 125 mW, 150 V
- R3 = 220 kOhm, 1%, 125 mW, 150 V
- R4 = 10 kOhm, 1%, 125 mW, 150 V
- Condensatori
- C1 = 1 nF, 50 V, 10%
- C2 = 33 pF, 50 V, C0G, 10%
- C3-C6, C9, C10 = 0.1 uF, 100 V, +/- 10%
- C7 = 22 uF, 20 V, TAJ, +/-10%
- C7 = 22 uF, 20 V, TAJ, +/-10%
- Induttori
- L1 = 10 uH
- Semiconduttori
- IC1 = ATmega328P-AU, programmato
- IC2 = MSGEQ7
- KF50BD-TR
- Varie
- K1 = morsetto a 2 pin, passo 0,1"
- K2 = morsetto a 3 pin, passo 0,1"
- DIP = Socket 0,1"
- LCD1 = M605 0,95 pollici, 65k full color, ssd1331 OLED
Elenco componenti del modello 180166-2
- Resistenze
- R1, R2 = 22 kOhm, 1%, 125 mW, 150 V
- R3 = 220 kOhm, 1%, 125 mW, 150 V
- R4 = 10 kOhm, 1%, 125 mW, 150 V
- Condensatori
- C1 = 1 nF, 50 V, 10%
- C2 = 33 pF, 50 V, C0G, 10%
- C3-C7 = 0.1 uF, 100 V, +/- 10%
- C8 = 10 uF, 10 V, TAJ, +/-10%
- Induttori
- L1 = 10 uH
- Semiconduttori
- IC1 = ATmega328P-AU, programmato
- IC2 = MSGEQ7
- Varie
- K1 = connettore micro USB tipo B, montaggio verticale
- K2 = connettore jack, 3 mm, montaggio su PCB
- DIP = Socket 0,1"
- LCD1 = M605 0,95 pollici, 65k full color, ssd1331 OLED
- connettore a 7 vie, passo 0,1"
- S1 = interruttore tattile, non illuminato, 24 V, 50 mA
Il software
Il software di controllo per entrambe le versioni del progetto è stato scritto con Atmel Studio settando il clock dell'ATMega328p alla frequenza interna di 8 MHz. Il software, liberamente scaricabile dal sito web della rivista ElektorLabs [2], controlla il multiplexer all'interno di IC2 tramite impulsi sui pin STROBE e RST. I segnali risultanti sui pin PC1 e PC2 della MCU abilitano l'ADC interno per "leggere" diverse frequenze sul pin PC0. Esse sono, quindi, visualizzate graficamente su un display OLED RGB da 0.96 pollici collegato alla PORTB della MCU. Quest'ultima comunica con l'OLED utilizzando il protocollo I2C e legge la modalità di visualizzazione utente selezionata da PC3 e PC4.
Ancora due versioni
Ogni versione del progetto ha il suo elenco PCB e componenti, quindi non c'è il rischio di sbagliare. Ad ogni modo, è bene controllare rigorosamente il proprio lavoro di saldatura e la scelta dei componenti, prima di procedere con le operazioni di test.
Il test per la versione 180166-1
- installare i jumper JP1 e JP2 per selezionare la modalità di visualizzazione;
- collegare il segnale audio al connettore K2;
- accendere il circuito attraverso il connettore K1 applicando la tensione di 8-12 V DC;
- controllare lo spettro audio sul display.
Per cambiare il motivo grafico, si deve staccare l'alimentazione, modificare le impostazioni dei jumper e riaccendere il tutto.
Il test per la versione 180166-2
- collegare il segnale audio al jack audio K2;
- collegare l'USB del PC o un adattatore USB 5 V a K1;
- controllare lo spettro audio sul display.
Per modificare il modello di visualizzazione, premere S1. La modalità di visualizzazione cambia a ogni pressione dell'interruttore.
Web link
Articolo originale in inglese al link: Simple 7-Band Audio Spectrometers
