Каталог радиолюбительских схем

Объемная цветомузыкальная установка

Ю. Поздняков

Цветомузыкальные установки (ЦМУ) обеспечивают сопровождение музыкальных произведений световыми эффектами. Подобные устройства улучшают восприятие музыкальных произведений и значительно повышают степень их эмоционально-психологического воздействия на слушателя.

В развитии цветомузыки можно выделить два основных направления. Первое предполагает отсутствие жесткой связи между музыкальным произведением и его цветовым сопровождением. Необходимым звеном в процессе преобразоваиия музыки в цветовой рисунок является «цветооператор» — человек с музыкальным образованием, исполняющий на ЦМУ партию света, руководствуясь либо замыслом композитора, либо чисто эмоциоиальными законами аиализа музыкального произведения. При этом не исключается и атоматическое управление цветовым рисунком. Очевидно, что, несмотря на высокую эстетическую насыщенность такой аудиовизуальной программы, существенным недостатком подобных систем является их большая сложность и стоимость, а также необходимость высокой квалификации оператора.

Второе, гораздо более широко распространенное направление, представлено устройствами, автоматически анализирующими музыкальное произведение непосредственно в процессе его воспроизведения по заранее заданному алгоритму, меняющему соответствующим образом световой поток по яркостному н спектральному составу. Преимуществом ЦМУ этого типа является сравнительно простая конструкция и, как следствие, легкость ее реализации и массового повторения. Однако в таких установках исключается возможность полного соответствия характера цветового сопровождения стилю и содержанию музыкального произведения.

За последнее время по такому принципу созданы и успешно функционируют многие образцы ЦМУ — от мощных стационарных установок для обслуживания массовых культурно-зрелищных мероприятий до небольших комнатных, рассчитанных на ограниченную аудиторию. В большинстве случаев оконечные устройства ЦМУ воспроизводят световой рисунок в плоскости. При использовании ламп накаливания практикуется также размещение их в отдельных плафонах — по количеству цветов, восхроизводимых установкой. Такое решение не позволяет полностью использовать возможности ЦМУ и снижает эффективность ее эмоционального воздействия на человека.

Чаще всего оконечное устройство ЦМУ представляет собой плоский экран, на который с помощью расположенных за ним электрических ламп с отражателями проецируется цветовой рисунок. В лучших случаях на экране можно наблюдать так называемый эффект смещения цветов, в результате которого создается иллюзия многоцветности при использовании излучателей всего трех цветов — красного, синего, желтого. При этом цветовой рисунок на экране отличается несколько большим разнообразием и изменчивостью, в то время как при отсутствии названного эффекта у слушателя создается впечатление однообразия и повторяемости цветового рисунка. Следовательно, от размещения источников света в пространстве и свойств самого экрана в большой степени зависит эффективность цветового сопровождения. В настоящей статье описывается объемная цветомузыкальная установка, которая, в отличие от обычных, служит для создания объемного цветового рисунка, превосходящего плоский по эмоционально-психологическому воздействию на слушателя.

Для создания объемного цветового рисунка использовано оконечное устройство оригинальной конструкции, в нем источники света размещены не в плоскости за экраном, а в пространстве. Своеобразным экраном служит сферический плафон из молочного стекла с подставкой-отражателем. Для достижения большего разнообразия и богатства цветового рисунка в ЦМУ применена вместо широко распространенной трехцветной системы четырехцветная (красный, желтый, синий, фиолетовый). В основе ЦМУ лежит принцип разделения звукового сигнала по частоте. Поэтому преобладание того или иного цвета в рисунке зависит от частотного спектра сигнала, поступающего на вход установки. Излучение определенного цвета соответствует некоторой полосе частот входного сигнала, а яркость этого цвета нелинейно зависит от уровня сигнала, т. е. от громкости звука. Звуковым сигналам нижних частот звукового диапазона соответствует излучение света с большей длиной волны, и наоборот. Спектр входного сигнала распределяется между каналами ЦМУ примерно следующим образом: красный — до 400 Гц, желтый — 400—3000 Гц, синий — 3000—6000 Гц, фиолетовый — более 6000 Гц.

Принципиальная схема ЦМУ приведена на рис. 1. Сигнал звуковой частоты подается на вход установки по экранированному кабелю. Поскольку ЦМУ подключается непосредственно к громкоговорителю, ее входное сопротивление должно быть значительно больше сопротивления катушки динамической головки, чтобы предотвратить ее шунтирование и возможное вследствие этого снижение громкости звучания и появление искажений. Достаточно высокое входное сопротивление (порядка нескольких десятков кОм) обеспечивает эмиттерный повторитель, собранный на транзисторе Т1. Переменный резистор R1 позволяет плавно регулировать уровень сигнала, подаваемого на вход ЦМУ.

Рис. 1. Принципиальная схема устройства

Разделение спектра входного сигнала по каналам осуществляется частотными фильтрами, стоящими на входах канальных избирательных усилителей, состоящих каждый из двухкаскадного предусилителя ПУ и усилителя мощности УМ. Полоса пропускания Г-образного RС-фильтра (C2R4R7C4) определяется параметрами перечисленных элементов. Конкретные значения емкости конденсаторов фильтров для каждой полосы приведены в таблице.

Емкость конденсатора С4 в каналах синего и фиолетового цвета имеет небольшое значение и образуется за счет емкости монтажа.

Переменные резисторы R7, стоящие на входе каждого усилителя обеспечивают плавное регулирование величины входного сигнала раздельно по каждому из каналов, что позволяет выбрать оптимальную насыщенность цвета в каналах, а также обеспечить наличие постоянного фона желаемого цвета. Предварительные усилители собраны на транзисторах Т2 и Т3, а усилитель мощности — на Т4. Коллекторной нагрузкой усилителя мощности служат цепочки из параллельно-последовательно соединенных ламп накаливания различных типов. Цепочки состоят из ламп, рассчитанных на напряжение 13,5 В и силу тока 0,16 А (Л1—Л3) и 6,3 В и 0,22 А (Л4—Л6).

Использование в одном канале ламп, рассчитанных на различные напряжения, позволяет получить плавное изменение яркости свечения при скачках сигнала. Характеристиками ламп накаливания и способом их включения определяются также и динамические качества объемного цветового рисунка. Сочетание ламп, приведенное на рис. 1, обеспечивает при малых значениях входного сигнала воспроизведение цветового фона, получаемого за счет слабого накала ламп с большой инерционностью (Л4—Л6) и вместе с тем резкое увеличение яркости при сильных всплесках входного сигнала за счет ламп Л1—Л3, которые при этом вспыхивают с перекалом. Опасность перегорания ламп исключается благодаря кратковременности всплеска и незначительности превышения пиковым напряжением номинального напряжения ламп.

Возможны и другие схемы включения ламп нагрузки; необходимо лишь обеспечить соответствующую величину эквивалентного сопротивления цепочки ламп. Следует отметить, что при увеличении эквивалентного сопротивления цепочки (и соответственно снижении потребляемого тока) транзисторы усилителей мощности УМ нагреваются меньше за счет снижения полезной мощности, выделяемой в нагрузке. Оптимальное значение сопротивления цепочки, при котором температура транзисторов лежит в допустимых пределах, составляет около 35 Ом. Это соответствует эквивалентному сопротивлению показанной на рис. 1 цепочки ламп в нагретом состоянии.

Питается ЦМУ от осветительной сети через стабилизированный выпрямитель, собранный по мостовой схеме на диодах Д1—Д4 и транзисторах Т5—Т7. Стабилизация выпрямленного напряжения необходима для устойчивой работы установки и предотвращения входа в насыщение транзисторов усилителя при всплесках входного сигнала. Стабилизатор обеспечивает постоянное, плавно регулируемое напряжение питания 26—30 В при силе тока до 4—5 А и коэффициенте стабилизации около 5. Плавная регулировка выходного напряжения в небольших пределах осуществляется с помощью переменного резистора R15.

Конструктивно ЦМУ выполнена в виде двух отдельных блоков; электронного блока и излучателя, которые соединены между собой при помощи гибкого многожильного кабеля с разъемом. Электронная часть установки размещена в деревянном корпусе размерами 185 X X 235 X 260 мм, отделанном шпоном из ценных пород дерева. Несущей конструкций служит передняя панель корпуса, изготовленная из дюралюминия толщиной 4 мм.

На ней размещены органы включения, регулировки и настройки установки, гнездо предохранителя и индикаторная лампа включения напряжения сети. С внутренней стороны к панели крепятся печатные платы усилителей, плата диодов выпрямителя, плата стабилизатора, трансформатор питания и конденсаторы фильтра источника питания. Транзисторы Т3, Т4 усилителей, а также регулирующий транзистор стабилизатора Т5 установлены на дисковых радиаторах и помещены на отдельной плате мощных транзисторов.

Плата мощных транзисторов размещена в окне в задней части корпуса радиаторами наружу. Такое расположение радиаторов позволяет существенно уменьшить тепловое сопротивление радиатор — среда.

Излучатель является важнейшей частью ЦМУ, определяющей в значительной мере эстетические качества объемного цветового рисунка. Конструкция излучателя показана на рис. 2. Плафон 1 (сфера диаметром 244 мм из матового стекла), широко используемый для защиты осветительных ламп в прбизводственных и бытовых помещениях, крепится к основанию 11 изнутри с помощью винта 2 (М6) н крестообразно расположенных прижимных пластин 3, 9. Винты 4, 10 (М3) служат стопорами и значительно облегчают процесс сборки узла. Винт 4 ввинчен непосредственно в основание держателя 7, а винт 10 крепится к пластине 9 с помощью гайки 8 (М3). Ручка 12 для переноски излучателя (в перевернутом положении) привинчена к основанию 11 двумя винтами 13 (М3). Наружная поверхность основания отполирована и хромирована. Благодаря отражению света от плафона 1 создается дополнительная игра цветов в нижней части излучателя.

Рис. 2. Конструкция

Существенный положительный эффект дает покрытие внутренней поверхности плафона 1 зернистым светопреломляющим материалом, например крошкой сталинита на клею. Это позволяет получить оригинальный «искрящийся» объемный цветовой рисунок; однако равномерное покрытие плафона изнутри связано со значительными технологическими трудностями. Менее заметный эффект дает покрытие аналогичным материалом поверхности каждой из ламп 6.

Лампы накаливания 6 с помощью изоляционных втулок 5 жестко закреплены в отверстиях изготовленного из жести держателя 7, наружная поверхность которого оклеена слоем мятой алюминиевой фольга с целые повышения отражательной способности. Специальная форма держателя 7 и применение фольги позволяют достичь высокой равномерности светоизлучеиня по всем направлениям. Особое внимание следует обратить на размещение ламп 6 по поверхности держателя в зависимости от их цвета. Наиболее логичным и естественным представляется размещение, показанное на рис 2. Насыщенность окраски ламп в пределах каждого кольца понижается снизу вверх, а оттенок цвета краски смещается в сторону более коротких волн (например, от вишневого до розового в красном канале, от сине-зеленого до голубого в синем канале и т. д., что искусственно расширяет воспроизводимую цветовую гамму. Описанная компоновка источников света позволяет достичь высокой пластичности и выразительности объемного цветового рисунка.

В установке могут быть применены широко распространенные элементы — резисторы МЛТ, УЛМ, ВС, конденсаторы МБМ, ЭМ, К50-6, ЭГЦ. Перемеяные резисторы—СП, СПО. Лампы накаливания—МН 13,5Х0,16 и МН 6,3X0,22, индикаторная неоновая лампочка — ТН-0,2 или ТН-0,3. Силовой траясформатор намотан на магнитопроводе Ш25 X 40. Первичная обмотка содержит 965 витков провода ПЭЛ или ПЗВ диаметром 0,4 мм, вторичная —140 витков такого же провода диаметром 0,95 мм. В качестве включателя В1 питания ЦМУ можно использовать тумблер ТП1-2 или малогабаритный тумблер МТ-1.

Элементы излучателя изготавливают на токарном станке из углеродистой стали. Прижимные пластины 3, 9 и ручки 12 вырезают из листовой стали толщиной 2—3 мм. Держатель 7 — из тонкой жести на оправке, выточенной из любого материала. Разъем для кабеля, соединяющего излучатель с корпусом—стандартный, любого типа с количеством контактов не менее 5; например, вилка 2РМ18КПН7Ш1Е1 и розетка 2РМ18БП7Г1Е1. Корпус используется готовый, от измерительных приборов, или изготавливается самостоятельно из многослойной фанеры или сухой древесины. Можно также использовать пластмассы.

Элементы схем основных функциональных узлов ЦМУ смонтированы на печатных платах из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5—2 мм. Четыре платы канальных усилителей размерами 90 X 76 мм и плата стабилизатора размерами 37 X 75 мм выполнены методом траления в растворе треххлорного железа. Вид печатной платы усилителя со стороны проводников с указанием распололжения элементов показан на рис. 3. На одной из плат усилителя расположены также элементы входной цепи (Т1, С, R2, R3). На остальных трех платах места, предназначенные для установки этих элементов, остаются свободными. Платы усилителей крепятся к передней панели на монтажных стойках одна над другой. Плата стабилизатора содержит небольшое число элементов и поэтому здесь не приведена. Плата мощных транзисторов размерами 110 X 210 мм также не приведена) выполнена из гетинакса толщиной 2 мм и размещена в окне задней стенки футляра (100 X X 200 мм). Все электрические соединения между платами усилителей и стабилизатора выполнены цветным, монтажным проводом, а плата мощных транзисторов соединяется с ними многопроводным кабелем. Гнездо «Вход» соединено с входной цепью экранированным проводом.

а) б)
Рис. 3. Монтажная плата:
а — расположение элементов; б — конфигурация печатных проводников

После окончания монтажных работ произведится проверка правильности монтажа, работоспособности установки и ее отдельных узлов. Налаживание следует начинать со стаблизированного источника питания, где проверяют режимы работы полупроводвиковых приборов и измеряют коэффициент стабилизации. Для этого ЦМУ включают в сеть через лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) и, изменяя напряжение сети в пределах от +10 до —15%, измеряют выходное напряжение стабилизатора.

Дальнейшая настройка производится с помощью генератора звуковой частоты любого типа, сигнал с которого подается на входные гнезда ЦМУ. Подбором резисторов R5, R6 в базовых цепях транзисторов Т2 первых каскадов предусилителей (см. рис. 1) добиваются того, чтобы при отсутствии сигнала на входе ЦМУ лампы Л1—Л6 не горели, но загорались при возникновении минимального сигнала. Затем, изменяя частоту генератора в пределах воспроизводимых звуковых частот, подбором конденсаторов фильтров С2 и С4 настраивают фильтры так, чтобы полосы пропускания соседних каналов несколько перекрывались. Это обеспечит прохождение сигналов промежуточных между двумя каналами частот одновременно по обоим каналам и соответственно большую насыщенность цветового рисунка.

Динамичность объемного цветового рисунка в значительной мере определяется емкостями конденсаторов С4, С5. Если предполагается цветовое сопровождение произведений классической музыки, целесообразно увеличить емкость конденсатора С5 до 50—100 мкФ. Если же ЦМУ будет использоваться в основном для цветовоспроизведения быстрых и ритмичных мелодий современной эстрадной музыки, рекомендуется использовать конденсатор С5 с емкостью, указанной на схеме. Интересный эффект дает увеличение емкости конденсатора С5 в усилителе лишь одного из каналов, например красного. При этом на объемном экране излучателя наблюдаются плавные переходы красного цвета, достаточно точно передающие ритмическую основу музыкальиого произведения, тогда как при малой емкости конденсатора С5 цветовоспроизведение ритмичных мелодий вызывает раздражающее мелькание красного цвета.

После настройки полос пропускания частотных фильтров и подбора конденсатора С5 установка проверяется в работе путем подачи на вход звукового сигиала от какого-либо звуковоспроизводящего устройства (магнитофона, проигрывателя, радиоприемника). Необходимо также проверить тепловые режимы работы мощных транзисторов при длительной работе ЦМУ.

ВРЛ №67, с. 67-76.