100%
 
Ideaport
1
Mic2Led - Äänivilkkukytkennän piirilevy

Piirilevy on tehty Kalevi Salosen vuonna 2002 Ideaportissa julkaiseman äänivilkkukytkennän pohjalta. Kytkentä toimii parhaiten 9V paristolla. Myös 6V jännitettä (4xAA) voi käyttää, mutta tällöin menetetään mahdollisuus ledien sarjakytkentöihin tai monimutkaisempiin pylväsmäisiin efekteihin.


Piirilevyllä on nyt monipuolinen ledien koekytkentäkenttä (kaikkiaan 110 reikää), jota tuskin kukaan haluaisi enää itse porailla. Piirilevyn suunnittelu alkoikin täysin yhden opettajan toiveesta saada johonkin äänivilkkuun valmis piirilevy.

Kytkentään on lisätty pari komponenttia siihen mitä Salosen kytkennässä on. Näin myös komponenttinumerointi on eri. Vastuksen (R4) lisäystarve trimmerin vaikutuksen vähentämiseksi tuli jo koekytkentöjen aikana selväksi. Alkuperäinen kytkentä oli niin herkkä, että voimakkuutta ei voinut säätää kuin pikkuisen alkuasennosta ja kaikki ledit syttyivät loistamaan.

Piirilevylle sopii painopiiripinneillä varustettu elektreettimikrofoni, jonka pinnien rasteri on 2,5mm. Trimmerille on vaihtoehtoina joko makaava 10mm tai pystymallinen 15mm koko. Näistä jälkimmäisestä on ovaaliaukkoisia versioita, joihin saa kiinni muovisen akselin. Kyseinen trimmeri sopii paremmin efekteihin, joita on tarve säätää useammin musiikin voimakkuuden mukaiseksi. Säädön voi toki toteuttaa myös johtimin piirilevylle kytketyllä potentiometrilla, jolloin potentiometrin paikan voi valita vapaammin.

Uutena lisänä on suotokondensaattori C5, jonka ansiosta ledit seuraavat paremmin musiikin keskivoimakkuuden vaihtelua, eikä jokaista korkeataajuista äänen osaa. Sen ansiosta kytkentä toimii paremmin "diskovalona".


Kytkentä soveltuu vain paristoilla käytettäväksi. Koska kytkennän on käytännössä tarkoitus toimia hyvin herkkänä mikrofonina, eivät nykyaikaiset hakkurivirtalähteet piikikkäällä käyttöjännitteellä sovi virtalähteiksi. Kytkennässä ei ole sen tapaisen virran suotoon mitään komponentteja. Jos kytkentää käytetään kiiluvien silmien kytkentään herkillä ledeillä (esim. valkoinen led), voi etuvastusten arvoa kasvattaa reilusti. Tällöin on myös hyvä käyttää 4xAA paristoja (6V). Näin paristot kestävät kuukausia. Myöskään useampiledisen tms. tehokkaamman "diskovalon" käyttäminen paristoilla satunnaisesti ei ole kallista. Tyhjäkäynnillä paristojen kulutus on n. 0,3mA-0,4mA.

mic2led/MIC2LED.jpg?ver=230411_12



Piirilevyllä on paikat kymmenelle ledille. Ledit ovat rivissä, joten piirilevyä voi käyttää vaikka sijoitettuna akryylista tai polykarbonaatista tehdyn valotaulun alle. Jokaisella ledillä on paikka etuvastukselle ja lisäksi pieni koekytkentäalue mahdolliselle muulle sarjakytkennälle etuvastuksen lisäksi. Näin voidaan esim. lisätä diodi ledin kanssa sarjaan ja kasvattaa ledin kynnysjännitettä ja muuttaa sen syttymisjärjestystä. Plusjännitteen yhtenäinen johde ja etuvastusten lähtöpiste on piirilevyn keskellä (johteen oikeassa päässä on merkintä L+). Piirilevyn yläreunassa kulkee miinusjohde, joka kiertää vasemmalle transistorin T3 kollektorille. Virta kulkee johteessa vain, jos transistori T3 äänipulssien mukaisesti sen sallii.


Piirilevyn kuva (CAD):

mic2led/MIC2LED_C.jpg?ver=221218_19
Ideaport
2

Esimerkki: Kytketään paikkoihin L5 ja L6 ledit aivan peruskytkennällä käyttäen ainoastaan etuvastusta. Sijoittelu on tällöin allaolevan kuvan mukainen.

mic2led/MIC2LED_L5-L6.jpg?ver=221124_11

Etuvastukset on kytketty plusjohteesta suoraan ledin anodeille (A) johtaviin pisteisiin. Ledin jalat syötetään pystysuuntaisiin reikiin neliapilan muotoisessa ledin paikassa (kuten tätä kuvaavat rastit ledipiirroksen sisällä). Näin ledin katodi on yhteydessä piirilevyn yläreunan miinusjohteeseen. Paikassa L1 jalat voivat olla vain pystysuunnassa. Alla on kuva, jossa näkyy led paikassa L1 ja sen etuvastus.

mic2led/MIC2LED_Kuva_VastusL1.jpg?ver=230411_12

Edellisellä tavalla kytketyt ledit vilkkuvat täysin samassa tahdissa, jos niillä on sama kynnysjännite. Jos tehdään vaikka äänen mukaan vilkkuvat silmät, niin ledien paikkoina kannattaa käyttää äärimmäisiä paikkoja L1 ja L10.

Kynnysjännitteestä riippuu miten herkästi ledit vilkkuvat musiikin tahdissa. Mitä matalampi kynnysjännite on, niin sitä vähäisempi äänitaso tarvitaan vilkkumiseen. Kynnysjännitettä voi korottaa kytkemällä kaksi lediä sarjaan tai käyttämällä suuremman kynnysjännitteen ledejä. Kynnysjännitettä voi kasvattaa myös siten, että lisätään diodi koekytkentäalueen avulla sarjaan. Tästä esitetään esimerkki myöhemmin.

Oletetaan että halutaan tehdä kaikkiaan kuusiledinen kytkentä, lisäämällä edellisen kytkennän sivuille (myöhemmin syttyvät) lediparit pisteisiin L3-L4 ja L7-L8. Lediparin L3-L4 etuvastus laitetaan ensin paikkaan L4. Sitten laitetaan paikalleen L4, mutta nyt sen jalat syötetäänkin vaakasuuntaisiin reikiin, kuten ruksit näyttävät. Anodi tulee reikään, joka on A-kirjaimen yläpuolella ja katodi siitä suoraan vasempaan. Tämän jälkeen laitetaan paikalleen L3, mutta sen jalat tulevat taas pystysuuntaisiin reikiin kuten L5 ja L6.

mic2led/MIC2LED_L3-L8.jpg?ver=221124_11

Kuten johteiden kulusta voi huomata, vaakasuuntaisen ledin kuten L4 katodi on aina yhteydessä seuraavan vasemmalla olevan ledin anodiin. Ledit L3 ja L4 ovat näin sarjakytkennässä.

Ledien L7/L8 kohdalla tehdään samoin kuin L3/L4. L7 jalat pystysuuntaisesti ja L8 vaakasuuntaisesti. Etuvastus tulee ainoastaan ledin L8 kohdalle. Näin tehty kytkentä toimii siten, että ensin vilahtelevat keskellä olevat ledit L5/L6 ja kun äänenvoimakkuus nousee, alkavat myös L3/L4 ja L7/L8 vilahtelemaan. Kyseessä on siis levenevä lediefekti. Yksittäisen punaisen ledin kynnysjännite on n. 2V ja kahden sarjassa olevan n. 4V.

Ideaport
3

Sarjakytkentää voisi jatkaa vaikka koko kymmenen ledin matkan ledistä L10 alkaen, mutta käyttöjännitteen tulisi olla melko korkea. Kynnysjännitteeksi tulisi jo punaisilla ledeillä ainakin n. 20V ja käyttöjännitteen tulisi olla tästäkin vielä korkeampi.

Seuraavassa on esitetty diodien käyttöä. Niillä voidaan saavuttaa tarkempi kynnysjännitteen porrastus. Hyvin yleisen 1N4148 diodin kynnysjännite on jopa 1V niillä virtalukemilla, joita ledeillä käytetään. Kun diodi on punaisen ledin kanssa sarjassa, tulee sarjakytkennän kynnysjännitteeksi n. 3V (2V + 1V).

Seuraavassa kuvassa on seitsemän lediä. L6 keskimmäisenä on peruskytkennässä. L7 ja L5 osalta on etuvastuksen ja ledien väliin lisätty diodit. L3 ja L4 sekä L8 ja L9 osalta tehdään taas sarjakytkennät kuten aiemmin oli L3/L4 ja L7/L8. Nyt tuossa kytkennässä efekti on myös levenevä kohti reunoja, mutta "pehmeämpi". Kynnysjännitteet ovat keskimmäisestä ledistä alkaen kohti reunoja (punaisia ledejä käyttäen) n. 2V, 3V ja 4V.

mic2led/MIC2LED_L3-L9.jpg?ver=221124_11

Eri aikaan syttyvät myös ledit joilla on jo muutenkin eri kynnysjännite. Esimerkiksi sinisillä ja valkoisilla ledeillä se on 3V. Myös loisteainetekniikalla (pohjaledinä sininen led) toteutetuilla muilla ledeillä kynnysjännite voi olla sama 3V, kuten on muutamilla vihreillä ledityypeillä.

Monimutkaisimpia kytkentöjä mitä ledikentällä voi toteuttaa, on kymmenellä ledillä ja eri värein toteutettu kytkentä. Kuva joka on etusivulla on juuri sellaisesta kytkennästä. Siinä käytetään hyväksi kaikkea mahdollista edellä mainituista metodeista. Valovoimakkuuksien tasaamiseksi kytkennässä on käytetty myös porraskytkentää, jossa plusjännite lähtee yhdestä pisteestä vastusketjulle, joka jakaa virran kaikille ledeille. Tässä kytkennässä pienimmän kynnysjännitteen ledien virta ei kasvakaan loputtomasti jännitteen noustessa, koska portaikkoon liittyy jännitteen kasvaessa yhä lisää ledejä ottamaan virtaa saman vastusportaikon kautta.

mic2led/MIC2LED_Rainbow.jpg?ver=221124_11

Väreinä punainen/keltainen/vihreä/sininen/valkoinen
- ensimmäisinä vilahtelevat punaiset ja viimeisenä valkoinen

Jotta erivärisiä ledejä käyttävä efekti ei tuottaisi pettymystä, tulisi ledien tehojen olla samaa luokkaa. Millikandeloiden tulisi olla ainakin "muutama tuhat" ja myös valaisukulman lähellä toisiaan. Jos vaikka samalla kandelamäärällä yhden ledin kulma on 10° ja toisen 20°, on 20° led kokonaisteholtaan (eli Lumeneina) neljä kertaa tehokkaampi! Jos 10° ja 20° valokeilan sisällä on kummassakin sama valontiheys (candelaluku), on jokaista pinta-alayksikköä kohti samalla teholla ja 20° avaruuskulmalla nelinkertaisen alueen valaiseva led kokonaisvalonteholtaan nelinkertainen.

Eikä todellakaan ole olemassa standardia kuten "superkirkas" tai "hyperkirkas", vaan arvot kyseisillä maininnoilla myydyissä ledeissä voivat olla ihan mitä tahansa. Tehokkaita ja samanlaatuisia ledejä käyttämällä efektit ovat näyttäviä ja paristojen kulutuksen voi asettaa suurempia etuvastuksia käyttämällä pienemmäksi.


Mikäli ledeillä tehdään yli 4V kynnysjännitteen kytkentöjä, pitää käyttöjännitteen olla 9V. Yksittäisten 2V ja 3V kynnysjännitteisten ledien kanssa voidaan käyttää alempaa 6V (4xAA) paristojännitettä. Huomaa että "1,5V" paristojen kapasiteetti on käytetty loppuun vasta sitten, kun niiden loppujännite on n. 1V. Siksi vaikka kytkentä näyttäisi toimivan kolmellakin paristolla (alussa 4,5V), ei niin kannata tehdä, koska paristoja ei pysty käyttämään lähellekään loppuun. Paristojen jännite hiipuu nopeasti samaan kuin ledien kynnysjännite (+ transistoriin tarvittava) ja loiste loppuu pian.

Ideaport
4
Osaluettelot ja sijoittelupiirrokset


Osaluettelo - mikrofonivahvistin/ledien ohjain
R15,6k Ohm 1/4W
R2, R415k Ohm 1/4W
R3, R54,7M Ohm 1/4W
R622k Ohm 1/4W
C1220µF >10V elko
C2, C3, C4330nF polko
C547nF polko
T1, T2BC547B transistori
T3BC337-40 transistori
D11N4148 diodi
TP5k Ohm trimmeripotentiometri
MicElektreettimikrofoni 1,5-3V


Osasijoittelukuva

mic2led/MIC2LED_C.jpg?ver=221218_19


Saat ledeistä ja etuvastuksista tiedot helpommin kysymällä, mutta seuraavassa on kuitenkin arvotaulukko 9V paristolle, kynnysjännitteen mukaan listattuna. Plus tarkoittaa sarjakytkentää.

Etuvastukset kynnysjännitteen mukaisesti:
2V - esim. Punainen, Keltainen, jotkut Vihreät:220 Ohm
3V - esim. Sininen, Valkoinen (tai 2V + diodi):180 Ohm
4V - esim. Punainen+Punainen (tai 3V + diodi):150 Ohm
5V - esim. Punainen+Valkoinen (tai 4V + diodi):120 Ohm
6V - esim. Sininen+Valkoinen (tai 5V + diodi):100 Ohm

Lisäksi tarvitaan:


Ideaport
5

Kytkentäkaavio
- mikrofonivahvistin/ledien ohjain

mic2led/MIC2LED_Sch.jpg?ver=221221_10




Jos trimmerin sijasta halutaan käyttää akselilla varustettua potentiometria jonnekin muualle vapaammin sijoittaen, on potentiometrin johtimien kytkentämalli seuraavassa kuvassa:


mic2led/MIC2LED_Potentiometri.jpg?ver=230118_19




www.ideaport.fi


22.7.2024

Markku Kauppinen

../Ideaport_logo.jpg?ver=250521_15


Ideaport
6

Kuvia piirilevylle tehdystä jalustasta, jota on tarkoitus käyttää lasiesineiden alla. Kytkentänä on monivärinen "sateenkaari"-efekti, jossa kaikki ledien paikat on täytetty.

Jalustan pintalevyn koko on 130mm x 130mm (/18mm). Aukko ledeille kulkee tässä mallissa edestä taakse. Ledit tulevat syvemmälle, jotta eivät näkyisi suoraan silmälle. Jos lasiesineen kuten pullon pohja on pienempi kuin lediaukko, voidaan pulloa tuoda etualalle peittämään aukkoa. Kytkin ja potentiometri sijoitetaan taakse pois näkyviltä.

mic2led/MIC2LED_JalustaLevy.jpg?ver=230118_19


Jalustan etureuna ja sivut ovat 18mm vahvuisia. Syvyys >26mm, mutta etureuna ja takareuna vain 24mm. Näin jätetään rakoa pöytää vasten ja ääntä pääsee mikrofoniin jalustan sisälle. Parimilliset raot riittävät alle ja ne ovat tällöin melkein näkymättömät.

mic2led/MIC2LED_Jalusta_AlahelmanAanirako.jpg?ver=230118_19


Potentiometri ja kytkin tulevat taakse ohuempaan seinämään. Johto paristolta menee kytkimen keskimmäiseen juotoskorvaan.

mic2led/MIC2LED_Jalusta_PotentiometriJaKytkin.jpg?ver=230118_19


Kuva piirilevyn kannattimista, jotka ovat ohutta 18mm levyistä soiroa. Ensin mitataan sopivaksi kuvassa keskimmäisenä oleva lyhyin kannake siten, että ledit sijoittuvat valoraon keskelle. Pala liimataan kiinni. Sitten paikoitetaan jompi kumpi kulmakannattimista ja liimataan kiinni. Sitten vasta kolmas.

mic2led/MIC2LED_Jalusta_PiirilevynKannattimet.jpg?ver=230411_12


Ideaport
7

Kuva paristonepparin johtimen vedonpoistosta. Kuvassa näkyy myös piirilevyn kulman kuumaliimaus puisen kannattimen päälle.

mic2led/MIC2LED_Jalusta_Vedonpoisto.jpg?ver=230118_19


Kuva mustaksi sävytetystä jalustasta valmiina.

mic2led/MIC2LED_Jalusta_Maalattuna.jpg?ver=230118_19


Ylläolevassa kuvassa näkyy keskellä yksi "ylimääräinen" led, joka tuli lisättyä myöhemmin. Sama led seisoo alla olevassa kuvassa keskellä. Kyseessä on jatkuvasti väriä vaihtava RGB-led. Led on kytketty vapaalle piirilevyalueelle omalla (1,5k) etuvastuksellaan, joka näkyy ledistä oikealla pystyssä. Jatkuvasti väriä vaihtavan RGB-ledin ansiosta lasiesineessä on hienoista eloa myös musiikkitaukojen aikana.

mic2led/MIC2LED_RGB.jpg?ver=230119_10

Edellisestä kuvasta jäi puuttumaan RGB-ledille tarvittava musta miinusjohdin. Se tarvitaan RGB-ledin katodin (kuvassa vasemmalla) ja miinusjännitteen välille. Miinus on piirilevyn alareunassa kulkeva johde.
RGB-led on kytketty toimimaan yhdessä tai erikseen on-off-on kytkimen ja diodin avulla. Kytkimeen juotetaan kiinni diodi seuraavan kuvan mukaisesti. RGB-ledin punainen plusjohdin juotetaan kiinni vasemmalle- eli katodilankaan ja varsinainen äänivilkun käyttöjännitejohdin oikealle anodilankaan. Plus paristolta tulee keskelle.

mic2led/MIC2LED_Kytkn_Diodi.jpg?ver=230119_10


Video väriloistosta: