我们可以将音量计视为均衡器,它存在于音乐系统中。在其中,我们可以看到根据音乐而变化的灯光(LED),如果音乐很大,均衡器将达到峰值,而在低音乐中,均衡器将保持低声。我们还在MIC,OP-AMP和LM3914的帮助下构建了一个音量计或VU计,它们根据声音的强度使LED发光,如果声音低,则较少的LED发光,而如果声音高,则更多LED将发光,请检查视频末尾。VU仪表还可以用作体积测量设备。
电容式麦克风或麦克风是一种声音传感换能器,它基本上将声能转换为电能,因此,有了这种传感器,我们就可以随着电压的变化而发出声音。我们通常通过此设备录制或感知声音。该换能器可用于所有手机和笔记本电脑。典型的MIC看起来像
确定电容麦克风的极性:
MIC有两个端子,一个是正极,另一个是负极。麦克风极性可以使用万用表找到。取下万用表的正极(将仪表置于“二极管测试”模式)并将其连接到MIC的一个端子,负极将其连接到MIC的另一端子。如果您在屏幕上获得读数,则正极(MIC)的端子在万用表的负极。或者,您可以通过查看它来简单地找到端子,负极端子具有连接到麦克风金属外壳的两根或三根焊接线。从负极端子到其金属外壳的这种连通性也可以使用连续性测试仪进行测试,以找出负极端子。
所需组件:
运算放大器LM358和LM3914(10位比较器)以及MIC(请参见上文)
100KΩ电阻(2个),1KΩ电阻(3个),10KΩ电阻,47KΩ电位器,
100nF电容器(2个),1000µF电容器,10个LED,
面包板和一些连接线。
电路图及工作说明:
在VU表的电路图是显示在如下图所示,
VU表电路的工作很简单;首先,MIC拾取声音并将其转换为与声音强度线性相关的电压电平。因此,对于较高的声音,对于较低的声音,我们将具有较高的值,对于较低的声音,我们将具有较低的值。然后,这些电压信号被馈送到高通滤波器以滤除噪声,然后在滤波信号被运算放大器LM358放大之后,最终这些经过滤波和放大的信号被馈送到LM3914,后者用作电压表并根据声音的强度。现在,我们将一步一步地解释每个步骤:
1.使用高通滤波器消除噪声:
MIC对声音和环境噪声非常敏感。如果未采取某些措施,则放大器会随音乐一起放大噪声,这是不希望的。因此,在使用放大器之前,我们将使用高通滤波器过滤掉噪声。这里的这个滤波器是一个无源RC滤波器(电阻-电容)。它易于设计,并且由单个电阻器和单个电容器组成。
由于我们正在测量音频范围,因此必须准确设计滤波器。设计电路时必须牢记高通滤波器的截止频率。高通滤波器允许从输入到输出传递的高频信号,换句话说,它仅允许具有比滤波器规定频率(截止频率)高的频率的信号通过。电路中显示了一个高通滤波器。
人耳可以选择2-2Khz的频率。因此,我们将设计一个截止频率在10-20Hz范围内的高通滤波器。
的截止频率的高通滤波器的可通过公式找到,
F = 1 /(2πRC)
通过该公式,我们可以找到所选截止频率的R和C值。在这里,我们需要10-20 Hz之间的截止频率。
现在,对于R =100KΩ,C = 100nF的值,我们将在16Hz左右的截止频率处出现,这仅允许频率高于16Hz的信号出现在输出端。这些电阻和电容值不是强制性的,可以提高公式的准确性或易于选择。
2.声音信号的放大:
去除噪声元素后,信号被馈送到运算放大器LM358进行放大。OP_AMP代表“运算放大器”。这由带有三个IO(输入输出)引脚的三角形符号表示。我们将不在这里详细讨论。您可以浏览LM358电路以获取更多详细信息。在这里,我们将使用运放作为负反馈放大器,以放大来自MIC的低幅度信号,并使它们达到LM3914可以拾取的水平。
下图显示了负反馈连接中的典型运放。
输出电压的公式为
Vout = Vin((R1 + R2)/ R2)。利用这个公式,我们可以选择放大器的增益。
由于MIC信号为µVolts,我们无法将其直接馈送到电压表进行读取,因为电压表实际上不可能选择这些低电压。使用具有100增益的运算放大器,我们可以放大来自MIC的信号,并将其进一步馈送到电压表。
3.使用LED的声级视觉表示:
现在我们有了经过滤波和放大的音频信号。来自运放的经过滤波的放大音频信号被送至LM3914芯片LED电压表,用于测量音频信号的强度。 LM3914是可根据声音/电压强度驱动10个LED的芯片。该IC根据输入电压的值提供LED照明形式的十进制输出。最大测量输入电压取决于参考电压和电源电压。可以以某种方式调整这种单芯片设备,从中我们可以提供视觉表示形式到运放的模拟值。
LM3914芯片具有许多功能,可以修改为电池保护电路和电流表电路。但是这里我们仅讨论有助于构建VOLTMETER的功能。
LM3914是一款10级电压表,这意味着它可以显示10位模式下的变化。芯片将测量输入电压作为参数进行检测,并将其与参考电压进行比较。假设我们选择参考电压“ V”,现在每当测量输入电压上升“ V / 10”时,就会有一个发光值更高的LED。就像我们给“ V / 10”时,LED1会发光,如果我们给“ 2V / 10”时,LED2会发光,如果我们给“ 8V / 10”时,LED8会发光。因此,更大的音乐音量,更多的视觉LED表示(更多的LED发光)。
电路中的LM3914 IC:
LM3914的内部电路如下所示。LM3914基本上是10个比较器的组合。每个比较器都是一个运算放大器,在其负极端子上获得参考电压。
如上所述,应基于最大测量值选择参考值。OP_AMP的输出最大为0-4V。因此,我们需要选择LM3914的参考电压为4V。
参考电压由连接在LM3914的RefADJ引脚上的两个电阻选择,如下图所示。下图也给出了有关参考电压的公式(摘自其数据表),
现在,基于电阻分压的参考电压存在一个问题,即它在某种程度上取决于电源电压。因此,我们用一个47KΩ的电位器代替了恒定电阻R2,如电路图所示。将锅放在适当的位置,我们可以根据需要调整参考值。
当参考电压为4V时,根据声音强度每增加0.4V,高亮度LED就会发光。LED的测量电平为
+ 0.4V,+ 0.8V,+ 1.2V,+ 1.6V,+ 2.0V,+ 2.4V,+ 2.8V,+ 3.2V,+ 3.6V,+ 4.0V。
因此,在坚果壳中,当有声音时,MIC会产生代表这些声波大小的电压,来自MIC的这些信号会通过RC滤波器进行滤波。滤波后的信号被馈送到运放LM358进行放大。这些经过滤波和放大的MIC信号被提供给电压表LM3914。LM3914比较器电压表根据给定信号的强度使LED发光。因此,我们有声音测量仪器,还有VOLUME METER。