Wir können den Lautstärkemesser als Equalizer betrachten, der in den Musiksystemen vorhanden ist. In dem wir das Tanzen von Lichtern (LEDs) gemäß der Musik sehen können, wenn die Musik laut ist, erreicht der Equalizer seinen Höhepunkt und in leiser Musik bleibt er niedrig. Mit Hilfe von MIC, OP-AMP und LM3914 haben wir auch ein Lautstärkemessgerät oder ein VU-Messgerät gebaut, das die LEDs je nach Tonstärke leuchtet. Wenn der Ton leise ist, leuchten weniger LEDs und wenn der Ton höher ist LEDs leuchten, überprüfen Sie das Video am Ende. Das VU-Messgerät dient auch als Volumenmessgerät.
Das Kondensator- Mikrofon oder -Mikrofon ist ein Schallsensor, der im Grunde genommen Schallenergie in elektrische Energie umwandelt. Mit diesem Sensor haben wir also Schall als Spannungsänderung. Wir nehmen normalerweise Ton über dieses Gerät auf oder erfassen ihn. Dieser Schallkopf wird in allen Mobiltelefonen und Laptops verwendet. Ein typisches MIC sieht aus wie:
Bestimmung der Polarität des Kondensatormikrofons:
MIC hat zwei Anschlüsse, einer ist positiv und einer ist negativ. Die Mikrofonpolarität kann mit einem Multimeter ermittelt werden. Nehmen Sie die positive Sonde des Multi-Meters (versetzen Sie das Messgerät in den DIODE TESTING-Modus) und verbinden Sie es mit einem Anschluss des MIC und die negative Sonde mit dem anderen Anschluss des MIC. Wenn Sie die Messwerte auf dem Bildschirm erhalten, befindet sich der Pluspol (MIC) am Minuspol des Multimeters. Oder Sie finden die Anschlüsse einfach, indem Sie sie betrachten. Der Minuspol hat zwei oder drei Lötleitungen, die mit dem Metallgehäuse des Mikrofons verbunden sind. Diese Konnektivität vom Minuspol zum Metallgehäuse kann auch mit einem Durchgangsprüfer getestet werden, um den Minuspol herauszufinden.
Erforderliche Komponenten:
Operationsverstärker LM358 und LM3914 (10-Bit-Komparator) sowie ein MIC (siehe oben)
100KΩ Widerstand (2 Stück), 1KΩ Widerstand (3 Stück), 10KΩ Widerstand, 47KΩ Topf,
100nF Kondensator (2 Stück), 1000µF Kondensator, 10 LEDs,
Steckbrett und einige Anschlussdrähte.
Schaltplan und Funktionserklärung:
Das Schaltbild des VU-Messgeräts ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Die Arbeitsweise des VU-Messgeräts ist einfach. Zuerst nimmt MIC den Schall auf und wandelt ihn in Spannungspegel um, die linear zur Schallintensität sind. Für einen höheren Klang haben wir also einen höheren Wert und einen niedrigeren Wert für einen niedrigeren Klang. Dann werden diese Spannungssignale dem Hochpassfilter zugeführt, um das Rauschen herauszufiltern. Nachdem die Filtersignale durch den Operationsverstärker LM358 verstärkt wurden, werden diese gefilterten und verstärkten Signale dem LM3914 zugeführt, der als Voltmeter arbeitet und entsprechend leuchtet die Intensität des Klangs. Jetzt werden wir jeden Schritt einzeln erklären:
1. Entfernen von Rauschen mit dem Hochpassfilter:
MIC ist sehr empfindlich gegenüber Geräuschen und Umgebungsgeräuschen. Wenn bestimmte Maßnahmen nicht getroffen werden, verstärkt der Verstärker das Rauschen zusammen mit der Musik. Dies ist unerwünscht. Also, bevor zu gehen Verstärker wir gehen die Geräusche herauszufiltern mit Hochpassfilter. Dieser Filter hier ist hier ein passiver RC-Filter (Widerstands-Kondensator). Es ist einfach zu entwerfen und besteht aus einem einzelnen Widerstand und einem einzelnen Kondensator.
Da wir den Audiobereich messen, muss der Filter genau ausgelegt sein. Die Grenzfrequenz des Hochpassfilters muss beim Entwurf der Schaltung berücksichtigt werden. Ein Hochpassfilter ermöglicht Signale mit hoher Frequenz, die von Eingang zu Ausgang geleitet werden, mit anderen Worten, es erlaubt nur den Durchgang von Signalen, die eine höhere Frequenz als die vom Filter vorgeschriebene Frequenz (Grenzfrequenz) haben. In der Schaltung ist ein Hochpassfilter dargestellt.
Das menschliche Ohr kann Frequenzen von 2-2 kHz auswählen. Daher werden wir ein Hochpassfilter mit einer Grenzfrequenz im Bereich von 10 bis 20 Hz entwickeln.
Die Grenzfrequenz eines Hochpassfilters kann durch die Formel ermittelt werden:
F = 1 / (2πRC)
Mit dieser Formel können wir den R- und C-Wert für eine gewählte Grenzfrequenz finden. Hier brauchen wir eine Grenzfrequenz zwischen 10-20 Hz.
Für Werte oder R = 100 kΩ, C = 100 nF haben wir jetzt eine Grenzfrequenz um 16 Hz, wodurch nur ein Signal mit einer Frequenz von mehr als 16 Hz am Ausgang angezeigt werden kann. Diese Widerstands- und Kondensatorwerte sind nicht obligatorisch. Man kann mit der Gleichung spielen, um eine bessere Genauigkeit oder eine einfachere Auswahl zu erzielen.
2. Verstärkung von Tonsignalen:
Nach dem Entfernen des Rauschelements werden die Signale zur Verstärkung dem Operationsverstärker LM358 zugeführt. Das OP_AMP steht für "Operations Amplifier". Dies wird durch das Dreieckssymbol mit drei E / A-Pins (Input Output) gekennzeichnet. Wir werden hier nicht im Detail darauf eingehen. Weitere Informationen finden Sie in den LM358-Schaltkreisen. Hier werden wir den Operationsverstärker als Gegenkopplungsverstärker verwenden, um das Signal mit geringer Stärke von MIC zu verstärken und auf einen Pegel zu bringen, auf dem sie vom LM3914 aufgenommen werden können.
Ein typischer Operationsverstärker in Gegenkopplungsverbindung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Die Formel für die Ausgangsspannung lautet:
Vout = Vin ((R1 + R2) / R2). Mit dieser Formel können wir die Verstärkung des Verstärkers wählen.
Mit den MIC-Signalen bei µVolt können wir sie nicht direkt dem Voltmeter zum Ablesen zuführen, da das Voltmeter diese niedrigen Spannungen praktisch nicht erfassen kann. Mit dem Operationsverstärker mit einer Verstärkung von 100 können wir die Signale von MIC verstärken und dem Voltmeter weiter zuführen.
3. Visuelle Darstellung der Schallpegel mithilfe von LEDs:
Jetzt haben wir also das gefilterte und verstärkte Audiosignal. Dieses gefilterte verstärkte Audiosignal vom Operationsverstärker wird dem LM3914-Chip-LED-Voltmeter zur Messung der Stärke des Audiosignals zugeführt. LM3914 ist ein Chip, der 10 LEDs basierend auf der Intensität von Schall / Spannung ansteuert. Der IC liefert Dezimalausgänge in Form von LED-Beleuchtung basierend auf dem Wert der Eingangsspannung. Die maximale Mess-Eingangsspannung variiert je nach Referenzspannung und Versorgungsspannung. Dieses Einzelchip-Gerät kann so eingestellt werden, dass wir den Analogwert des Operationsverstärkers visuell darstellen können.
Der LM3914-Chip verfügt über viele Funktionen und kann in eine Batterieschutzschaltung und eine Amperemeter-Schaltung umgewandelt werden. Hier diskutieren wir jedoch nur die Funktionen, die uns beim Aufbau von VOLTMETER helfen.
LM3914 ist ein 10-stufiges Voltmeter, dh es zeigt Abweichungen im 10-Bit-Modus. Der Chip erfasst die messende Eingangsspannung als Parameter und vergleicht sie mit der Referenz. Angenommen, wir wählen eine Referenz von „V“. Wenn die messende Eingangsspannung um „V / 10“ ansteigt, leuchtet eine LED mit höherem Wert. Wenn wir "V / 10" geben, leuchtet LED1, wenn wir "2V / 10" geben, leuchtet LED2, wenn wir "8V / 10" geben, leuchtet LED8. Je größer die Musiklautstärke, desto mehr visuelle LED-Darstellung (mehr LED leuchtet).
LM3914 IC in der Schaltung:
Die interne Schaltung des LM3914 ist unten dargestellt. LM3914 ist im Grunde eine Kombination von 10 Komparatoren. Jeder Komparator ist ein Operationsverstärker, dessen negativer Anschluss die Referenzspannung erhält.
Wie bereits erwähnt, sollte der Referenzwert basierend auf dem maximalen Messwert gewählt werden. Der Ausgang von OP_AMP wird von 0-4V bei max. Wir müssen also die Referenzspannung von LM3914 als 4V wählen.
Die Referenzspannung wird durch zwei Widerstände ausgewählt, die am RefADJ-Pin des LM3914 angeschlossen sind (siehe Abbildung unten). Die Formel bezüglich der Referenzspannung ist auch in der folgenden Abbildung angegeben (entnommen aus dem Datenblatt).
Nun gibt es ein Problem mit der auf Widerstandsteilung basierenden Spannungsreferenz, dass sie etwas von der Versorgungsspannung abhängt. Deshalb haben wir den konstanten Widerstand R2 durch einen 47KΩ-Poti ersetzt, wie im Schaltplan gezeigt. Wenn der Topf angebracht ist, können wir die Referenz je nach Zweckmäßigkeit anpassen.
Bei einer Referenz von 4 V leuchtet die LED von hoher Bedeutung jedes Mal, wenn je nach Schallintensität ein Inkrement von 0,4 V auftritt. Der Messpegel für LED lautet wie folgt:
+ 0,4 V, + 0,8 V, + 1,2 V, + 1,6 V, + 2,0 V, + 2,4 V, + 2,8 V, + 3,2 V, + 3,6 V, + 4,0 V.
Kurz gesagt, wenn Schall vorhanden ist, erzeugt die MIC Spannungen, die die Größe dieser Schallwellen darstellen. Diese Signale von der MIC werden durch ein RC-Filter gefiltert. Die gefilterten Signale werden zur Verstärkung dem Operationsverstärker LM358 zugeführt. Diese gefilterten und verstärkten MIC-Signale werden an das Voltmeter LM3914 weitergeleitet. Das Komparatorvoltmeter LM3914 leuchtet die LEDs entsprechend der Stärke des angegebenen Signals. Daher haben wir ein Schallmessgerät und damit ein VOLUMENMESSGERÄT.