發(fā)光的樂(lè)器在黑暗中會(huì)是什么樣子

描述

描述

我想知道一個(gè)發(fā)光的樂(lè)器在黑暗中會(huì)是什么樣子。

為了考慮到照明模式和樂(lè)器聲音的某種依賴性，音頻頻譜分析似乎是一種合理的方法。

作為樂(lè)器，我選擇了尤克里里，因?yàn)橛袃r(jià)格合理的 DIY（自己動(dòng)手）建筑套件，而且我對(duì)如何安裝 LED 有一個(gè)粗略的想法。

在這里快速瀏覽一下結(jié)果：帶有 3 個(gè)光學(xué)元件的音樂(lè)會(huì)尤克里里琴（指板上的 2 個(gè) LED 燈條，音孔周?chē)?1 個(gè) LED 環(huán)）。

更新 1：同時(shí)我構(gòu)建了第二個(gè)（更大的）LED Ukulele 并添加了一些燃燒的火焰效果，見(jiàn)下文。

對(duì)未來(lái)的想法：

• 使用 LED 可以根據(jù)來(lái)自無(wú)線耦合的移動(dòng)設(shè)備的輸入顯示和弦甚至簡(jiǎn)單的獨(dú)奏線的握持模式。

硬件

尤克里里

這一切都始于購(gòu)買(mǎi)合適的DIY ukulele 構(gòu)建套件。以下方面對(duì)我來(lái)說(shuō)似乎最重要：

• 指板的“尺寸”。由于 LED PCB 和電線需要一定的安裝空間，所以我選擇了音樂(lè)會(huì)尤克里里（又名“23 英寸”。長(zhǎng)度約為 38 厘米。最常見(jiàn)的尤克里里，女高音尤克里里，對(duì)于這個(gè)來(lái)說(shuō)肯定太小了一種使用下面描述的電子硬件的項(xiàng)目。）。根據(jù)我的“理論研究”，我認(rèn)為指板的寬度在最小范圍內(nèi)約為 4 厘米，前 10-12 個(gè)品格之間的距離（我想用來(lái)顯示音頻頻譜分析的結(jié)果）也應(yīng)該對(duì)于最近的品格（即 10、11、12 品格），應(yīng)為 ~>1 cm。但是，如果我要重復(fù)這個(gè)項(xiàng)目，我可能會(huì)選擇下一個(gè)更大的 Ukulele，即 ，因?yàn)槭聦?shí)證明 - 可能是由于制造公差和我有限的工具集和工匠技能 - 我無(wú)法遵循我最初的計(jì)劃。我需要更多的建筑空間來(lái)安裝所有 LED PCB 或更小的 LED PCB。（我使用的 LED PCB 的直徑約為 9-10 毫米，高度約為 3 毫米）。

• 更新 1：同時(shí)我找到了一個(gè)合適的“更大”（即 23" aka 中音 ukelele DIY 套件。但事實(shí)證明，指板上端的寬度仍然太窄，無(wú)法將 4 個(gè) LED 排成一行。不過(guò)它是可以在每個(gè)品格 1 到 11 上安裝 4 個(gè) LED。

• 確保您購(gòu)買(mǎi)了帶有分離的琴頸和指板的 DIY ukulele 構(gòu)造套件（因?yàn)槟仨氃谥虚g放置 LED PCB）。相對(duì)于指板，請(qǐng)確保其厚度（通常為 4 毫米）與您選擇的 LED PCB 相匹配（在我的情況下，LED PCB 高度約為 3 毫米），以便提供足夠的安裝空間。也許獲得 6 毫米厚的指板也是減輕一些制造挑戰(zhàn)的好主意。

• 大多數(shù) DIY 構(gòu)造套件都帶有相當(dāng)差的調(diào)音釘。那些通常很容易失諧，因此您最終可能會(huì)得到一個(gè)很好的照明但聽(tīng)起來(lái)很糟糕的尤克里里琴。因此，將合適的調(diào)音釘與您的 DIY ukulele 構(gòu)建套件一起購(gòu)買(mǎi)可能是個(gè)好主意。我說(shuō)的合適是什么意思？尤克里里琴頭架上的調(diào)音釘基本上是直的，而其他的則旋轉(zhuǎn) 90°（使用蝸輪和小齒輪）。我更喜歡后者。兩種類型都顯示在下面的一張圖片中。注意：根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，用于調(diào)整主軸箱中的銷釘?shù)目椎闹睆經(jīng)]有標(biāo)準(zhǔn)。所以確保你得到匹配的。我很幸運(yùn)，因?yàn)槲壹依镉幸恍┡f的調(diào)音釘，它們很合身。

• 最后但并非最不重要的一點(diǎn)是，您可能還想獲得合適的琴弦，因?yàn)槟承?gòu)造套件附帶的琴弦相當(dāng)便宜，導(dǎo)致 - 再次 - 頻繁失諧和/或聲音不佳。

電子產(chǎn)品

由于可用空間有限（它是四弦琴，而不是吉他），我選擇了Arduino Nano 。它的內(nèi)存和速度應(yīng)該足以進(jìn)行音頻頻譜分析，并且它與用于控制我連接到 WS2812B 類型條帶的 LED PCB 的 FastLED 庫(kù)一起工作。

為了讓 Arduino Nano 發(fā)出四弦琴的聲音，我決定使用 Adafruit 的制動(dòng)板（Adafruit MAX4466 駐極體麥克風(fēng)），它使用寬帶駐極體麥克風(fēng)記錄聲音并允許調(diào)整增益。因此，可以調(diào)整 Arduino 的輸入聲級(jí)（因?yàn)槲也恢?ukulele 身體的聲音分布如何）。此外，包裝足夠小，可以滿足使用 ukulele 的有限建筑空間的要求。Aruino Nano 的 3.3 V 和 GND 之間的 470μF 電容器用于降低 3.3 V 電源線中的噪聲（否則會(huì)導(dǎo)致指板中每個(gè) LED 燈條中的第一個(gè)兩個(gè) LED 閃爍。只需在面包板測(cè)試設(shè)置中將其移除即可明白我在說(shuō)什么。）。

我還添加了一個(gè)電位器，可以調(diào)節(jié) LED 的亮度。這可能會(huì)派上用場(chǎng)，以將 LED 亮度調(diào)整到周?chē)墓饩€水平。在相當(dāng)黑暗的房間里，太亮的 LED 可能會(huì)令人不安。此外，如果您的電源耗盡或所有 LED 都以最大亮度點(diǎn)亮，電壓可能會(huì)下降到導(dǎo)致 Arduino 運(yùn)行不穩(wěn)定的水平。

添加了一個(gè)簡(jiǎn)單的按鈕，以方便選擇不同的閃電模式/操作模式。這可以通過(guò)軟件簡(jiǎn)單地改變（例如，添加或刪除新的組合）。如果在執(zhí)行代碼的設(shè)置部分期間按下按鈕（實(shí)際上只是在為電子設(shè)備供電之前按下它）所有 LED 將打開(kāi)和關(guān)閉一次，以提供一種快速檢查 LED 功能/連接到發(fā)光二極管。

典型的可用 LED 串（RGB，可單獨(dú)尋址）具有等間距的 LED。由于音柱之間的距離不斷變化，這對(duì)我的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)不是一個(gè)有用的方法。我偶然發(fā)現(xiàn)了 WS2812b 類型的單個(gè) LED （即 RGB LED，帶板載 WS2811 IC，見(jiàn)下圖），可以像典型的 WS2812B LED 燈串一樣使用 FastLED 庫(kù)輕松控制。確保這些 LED PCB 的高度適合您的指板厚度。不幸的是，我無(wú)法向賣(mài)家提供鏈接，因?yàn)樗辉偬峁┐祟?LED。:-(

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1 / 2 ?使用 WS2812B LED PCB（前視圖，在分離成單個(gè) LED PCB 之前）

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剩下的就是電線、焊料和耐心……（為什么要有耐心？30 個(gè) LED PCB，帶 6 個(gè)緊密間隔的焊料連接，每個(gè)都結(jié)合了有限的工具集和工匠技能……你會(huì)自己發(fā)現(xiàn)的…… )

制造第1 部分：為尤克里里添加 LED

對(duì)我來(lái)說(shuō)最關(guān)鍵和不確定的部分是我是否可以制造包含 LED PCB 的指板，所以...

...我首先在指板背面標(biāo)記 LED PCB 的位置。之后，我在標(biāo)記位置的中心鉆了一些凹坑，并且足夠深，以便它們可以容納來(lái)自/進(jìn)入指板后側(cè)的 LED PCB （在我的情況下約為 3 毫米）。這里更厚的（如上所述的 6 毫米指板）可以讓我選擇為焊料和電線提供一些安裝空間，但是，我只有 4 毫米厚的指板可用。

這時(shí)我也不得不意識(shí)到，特別是在指板的上部狹窄部分（品格 1 到 5），我無(wú)法達(dá)到必要的精度來(lái)將 4 個(gè) LED PCB 彼此相鄰放置（只有一個(gè)品格）。這就是為什么我最終在品格 1 到 5 中只有 2 個(gè) LED PCB，在品位 6 到 10 中只有 4 個(gè) LED PCB（總共 10 + 20 = 30 個(gè) LED PCB）。

接下來(lái)，我使用普通的手工藝品膠水將 LED PCB 粘貼到凹坑中。由于 LED PCB 有 6 個(gè)焊盤(pán)（2x GND、2x VCC、1x Din、1x Dout），我決定了下圖所示的方向。注意數(shù)據(jù)流向！由于每個(gè) LED PCB 分別有 2 個(gè)互連的 GND 和 VCC 焊盤(pán)，因此只有 1 個(gè) DataIn 和 1 個(gè) DataOut 焊盤(pán)，因此此處 LED PCB 的連接順序/方向/方向很重要。選擇的方向和對(duì)齊允許直接連接每個(gè) LED PCB 的 GND 和 VCC。

此外（由于上面提到的事實(shí)，我沒(méi)有成功在所有音品中安裝 4 個(gè) LED）我將 LED 分成 2 個(gè)單獨(dú)的光學(xué)元件/串。為了節(jié)省寶貴的安裝空間，第 2 串 LED 的 GND 和 VCC 直接連接到第 1 串 LED 的適當(dāng)位置（從而為第 2 串節(jié)省了單獨(dú)的 VCC 和 GND 線）。

現(xiàn)在必須將帶有 LED PCB 的指板安裝到琴頸上。如果能夠以完美的直線將 LED 與電線連接起來(lái)，則可以考慮將電纜銑入頸部的通道。我也嘗試過(guò)使用銅帶，但由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原因，我無(wú)法獲得足夠的電接觸。

但是，如下圖所示，在我的情況下，電線連接遠(yuǎn)不是直線排列的。此外，雖然凹坑可以很好地容納 LED PCB，但焊料卻伸出了這些凹坑。因此我決定使用一些大約 2 毫米厚的泡沫橡膠（“Moosgummi”）。我使用多用途膠水/手工藝品膠水將泡沫橡膠粘在指板和琴頸之間. 這是最精細(xì)的制造步驟之一，因?yàn)樗遣豢赡娴摹?/font>就像如果您只是使用 DIY 構(gòu)造套件制造四弦琴（不帶任何 LED），您必須以適當(dāng)?shù)膲毫嚎s這個(gè)三重堆棧（琴頸、泡沫、指板）一段時(shí)間。數(shù)字？不知道。傾聽(tīng)你內(nèi)心的工匠。如果您需要有關(guān)如何將各個(gè)部分組合在一起以最終制作出尤克里里琴的信息，還可以查看視頻教程。

我很高興看到在這個(gè)具有挑戰(zhàn)性的制造步驟之后我仍然可以控制所有的 LED。關(guān)于膠水：我建議在進(jìn)行上述不可逆制造步驟之前進(jìn)行一些測(cè)試。在我的情況下，木膠沒(méi)有起到作用。它沒(méi)有粘在橡膠泡沫上。我試過(guò)的另一種“辦公桌”膠水沒(méi)有粘在脖子上。最后我的妻子想出了合適的膠水。謝謝！還要確保您的膠水既不導(dǎo)電（這可能會(huì)使 LED PCB 或電纜的某些部分短路），也沒(méi)有可能損壞 LED PCB 的腐蝕性溶劑。起初我擔(dān)心泡沫橡膠可能會(huì)過(guò)多地抑制/抑制尤克里里琴弦的振動(dòng)，從而導(dǎo)致尤克里里發(fā)出無(wú)聲的聲音。這不是真的，至少在我的印象中不是這樣（盡管我沒(méi)有將它與基于相同的 DIY 構(gòu)造套件制造的第二個(gè)尤克里里琴進(jìn)行比較，沒(méi)有光學(xué)元件和/或泡沫橡膠）。

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1 / 2 ?小型尤克里里的有線指板（后視圖）

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完成此操作后，四弦琴其余部分的組裝非常簡(jiǎn)單。教程、視頻等可以在 www. 這是我購(gòu)買(mǎi) DIY 工具包的地方，它們還鏈接到教程視頻：( https://www.kirstein.de/Konzert-Ukulelen/Classic-Cantabile-UC-240-DIY-Ukulele-Bausatz-Konzert.html?userInput =ukuele&ignoreForCache[]=userInput&queryFromSuggest=true&ignoreForCache[]=queryFromSuggest ）。

我還添加了第三個(gè)光學(xué)元件：環(huán)繞四弦琴音孔的 LED 環(huán)。這個(gè) LED 環(huán)具有相似的 LED 類型（可能還有 WS2812B，但不再 100% 確定了），因此可以通過(guò)與指板上的兩個(gè) LED 條相同的軟件例程進(jìn)行控制。詳情見(jiàn)下文軟件說(shuō)明。我的印象是這個(gè) LED 環(huán)確實(shí)對(duì)尤克里里的聲音有影響。這是有道理的，因?yàn)橄覙?lè)器的聲音——至少在我的理解中——很大程度上受到身體上下部分振動(dòng)的影響。目前我用雙面膠帶將 LED 環(huán)粘在機(jī)身上。如果只用例如 4 個(gè)螺釘而不是膠帶連接它，也許會(huì)改善這種情況。

制造第 2 部分：為尤克里里添加電子和電路

我選擇的安裝位置如下圖所示。我的邊界條件是：

• 修復(fù)/錯(cuò)誤修復(fù)硬件的可能性：因此所有組件都由螺釘固定（沒(méi)有膠合或夾緊等），以允許拆卸/拆卸。此外，每條電纜僅焊接了一端。另一端使用母跳線連接器連接到 Arduino Nano。

• Arduino 的 USB 連接器應(yīng)該可以方便地訪問(wèn)以用于未來(lái)的軟件更新。

• “大面積組件”，例如麥克風(fēng)分線器和 Arduino Nano，應(yīng)安裝并固定在尤克里里琴體上，不得傾斜（-> 要求使用曲率盡可能小的尤克里里琴體表面。）

• 在彈奏尤克里里時(shí)，燈光模式選擇按鈕應(yīng)易于操作。

• 在使用過(guò)程中，電線（例如，到 LED 元件或整個(gè)系統(tǒng)的電源的電源和數(shù)據(jù)）不應(yīng)位于“移動(dòng)部件”（即彈奏或撥弦手或?qū)⒂瓤死锢锴傧彝频街赴迳系氖郑┧诘奈恢谩?/font>

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1 / 3 ?各種元件的安裝位置。

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雖然對(duì)于某些元件，安裝孔可以簡(jiǎn)單地通過(guò)鉆孔來(lái)建立，但對(duì)于其他部件，必須使用鉆孔和鋸切的組合。

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1 / 2 ?有線 Arduino Nano 正在安裝到位...

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最后說(shuō)說(shuō)電源。通常，WS2812B LED 已經(jīng)在 3.5 和 5 V 之間的相當(dāng)?shù)偷碾妷合逻\(yùn)行。雖然 3.5 V 對(duì) Arduino 來(lái)說(shuō)太低而無(wú)法可靠運(yùn)行，但超過(guò)5.some V 會(huì)損壞 LED。由于我想使用可充電電池，我決定使用 4 節(jié) AA 尺寸的可充電鎳氫蓄電池。注意：如果有人放入不可充電電池（通常每個(gè)電池提供 1.5 V），電源可能會(huì)殺死您的 LED。（我個(gè)人非常不喜歡這種情況，因?yàn)榇蟛糠止ぷ鞫忌婕皩?LED 放入指板。對(duì)于簡(jiǎn)單的保護(hù)電路有什么想法嗎？）

關(guān)于電流消耗：假設(shè)所有 3 個(gè) LED 元件以中等（~0.5）亮度和“半白”（即各種顏色的混合）完全點(diǎn)亮，單個(gè)全白點(diǎn)亮 WS2812B LED 消耗 60 mA，電流約為（10 + 20 個(gè) LED) * ( 0.5 x 60 mA) * 0.5 ~ 450 mA 是必需的，可由所選電池供電。提高亮度（使用電位計(jì)）會(huì)導(dǎo)致功耗顯著增加，有時(shí)（我假設(shè)）Arduino Nano 運(yùn)行不穩(wěn)定（由于電壓降）和“奇怪”或“卡住”的照明模式。

電源將通過(guò)一些鉤環(huán)緊固件（“Klettverschluss”）連接到尤克里里琴體的背面，以實(shí)現(xiàn)真正的移動(dòng)應(yīng)用。

這就是硬件。其他任何東西都是軟件。

軟件

在嘗試重現(xiàn) Antoine Rochebois 項(xiàng)目時(shí)，我學(xué)到了很多關(guān)于 FFT 和 WS2812B LED 控制的知識(shí)（https://create.arduino.cc/projecthub/AntoineKia/interactive-led-table-for-50-650b83?ref=platform&ref_id=424_trending___&offset= 84 ) 使用 Arduino Uno。

所以我基本上是把東西插在一起，修改了一些部分，添加了幾行代碼。下面代碼中的注釋?xiě)?yīng)該包含所有必要的解釋。

一般的

對(duì)于每個(gè) LED 燈條/環(huán)，使用一個(gè)單獨(dú)的陣列（以便于訪問(wèn)和編程）。

每個(gè) LED 燈條/環(huán)的控制（色調(diào)、飽和度和值）由單獨(dú)的子程序完成 - 這些子程序僅在相關(guān)變量的名稱（陣列名稱、陣列中的 LED 數(shù)量等）上有所不同。這可以通過(guò)僅使用 1 個(gè)子程序/函數(shù)來(lái)改進(jìn)，該子程序/函數(shù)被稱為 w/適當(dāng)?shù)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>參數(shù)集。但是，我在編程方面經(jīng)驗(yàn)不足，尤其是在將數(shù)組移交給函數(shù)時(shí)。幸運(yùn)的是，由于 LED 的數(shù)量有限，這不是必需的。

設(shè)置

在設(shè)置例程中，每個(gè) LED 都會(huì)點(diǎn)亮一次，以檢查它們是否仍在工作。

主要的

在主要部分，首先收集音頻數(shù)據(jù)，然后是 FFT。

之后，通過(guò)評(píng)估電位器設(shè)置來(lái)確定 LED 亮度。這以及音頻數(shù)據(jù)收集是在 Arduino 中所謂的 ADC自由運(yùn)行模式下通過(guò)直接訪問(wèn)微處理器的寄存器來(lái)完成的。

接下來(lái)，根據(jù)按下按鈕的次數(shù)確定閃電模式。（如果沒(méi)有按下按鈕，則所有光學(xué)元件都關(guān)閉?。?/font>

最后將相應(yīng)的值寫(xiě)入 LED 陣列，并通過(guò)調(diào)用 FastLED.show() 顯示所有內(nèi)容。

最后的一些評(píng)論

雖然我仍然喜歡四弦琴在演奏時(shí)不斷變化的照明，但我的印象是這種模式并不是 FFT 的結(jié)果。然而，這可能是將音頻頻譜從 20 Hz - 20 kHz 分別映射到僅 2 個(gè)（品格 1 到 5）或 4 個(gè)（品格 6 到 10）LED 箱的結(jié)果。此外，每個(gè) LED 箱的高度非常有限，只有 5 個(gè) LED。另一方面，尤克里里產(chǎn)生的聲音（尤其是在項(xiàng)目特定修改之后）可能是真的，與正弦波相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致寬帶 FFT 響應(yīng)很難看到播放的低頻或高頻的任何差異。或者，麥克風(fēng)制動(dòng)板與四弦琴的剛性機(jī)械耦合可能會(huì)為預(yù)期的音頻輸入增加一些“機(jī)械”噪聲/振動(dòng)/頻率。

盡管如此，我在項(xiàng)目中學(xué)到了一些東西，結(jié)果仍然讓我滿意。歡迎提出建設(shè)性意見(jiàn)和改進(jìn)建議！

希望您喜歡閱讀本教程，如果您進(jìn)行類似的項(xiàng)目，它會(huì)對(duì)您有所幫助

祝你好運(yùn)，有很多見(jiàn)識(shí)，特別有趣！

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