Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Filter für Lichtorgel


von Harry M. (harrymo)


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Hallo zusammen,

nach einer endlosen Sucherei im Internet muss ich jetzt schon einen 
eigenen Thread aufmachen.
Kurz zum Hintergrund: Ich möchte einen Controller für LED-Streifen mit 
einem Arduino bauen, der zudem auch auf Musik reagiert, also quasi wie 
eine Lichtorgel, nur das es mir reicht, wenn sie im Takt der Musik bzw. 
bei Bassschlägen aufleuchtet.
Mir geht es nicht um das Aufleuchten, das bekomme ich schon hin mit dem 
Arduino, sondern darum, vom analogen Signal vernünftig die Höhen 
herauszufiltern, also um den Tiefpass.
Das Audiosignal wird mit einem Elektret-Mikrofon aufgenommen, das auf 
einem Board mit kleinem Verstärker aus China sitzt. (Generell wäre es 
mir schon recht, ein 'normales' Elektretmikrofon mit eigenem Verstärker 
auf eigener Platine zu benutzen, doch bin auch hier nach endloser 
Sucherei zum Verzweifeln gekommen, da ich mich (leider) davor scheue, 
Verstärkerschaltungen mit geschätzen 20+ Bauteilen aufzubauen.Sollte 
dennoch eine einfache Verstärkerschaltung existieren, dann würde ich 
mich auch über diese als Antwort freuen)

Nun zur eigentlichen Frage:
Anfänglich habe ich mit passiven RC-Tiefpässen rumprobiert, habe dann 
allerdings im Internet mehrmals gelesen, dass dies doch 'Murks' sei, und 
ein passiver Tiefpass ein gutes Endergebnis von vorneherein verhindert. 
Besser wären aktive Filter 2. Ordnung mit Operationsverstärkern.
- nach dem was ich gelesen habe liegt das daran, dass letzterer Filter 
eine größere Flankensteilheit besitzt, und deshalb die Trennung zwischen 
Durchlassband und Sperrband 'schärfer' ist, habe ich das richtig 
verstanden?
Nun ja, ich habe auch Schaltungen gefunden 
(https://www.mikrocontroller.net/attachment/204813/Bassfilter_Lichtorgel.GIF), 
doch erscheint mir der Filter auch hier sehr aufwändig? Ich weiß nicht, 
ob meine Scheu vor solch Aufwändigen Schaltungen nachvollziehbar ist, 
aber gibts da nichts einfacheres? Eine Schaltung, die vielleicht mit 1 
Operationsversärker auskommt?  Oder führt kein Weg daran vorbei, so eine 
'aufwändige Schaltung' aufzubauen?
Achja und ich habe leider keine negative Versorgungsspannung bei meinem 
Projekt, also man müsste auf eine virtuelle Masse ausweichen, was das 
ganze schon wieder verkompliziert.

Ich freue mich über jeden Ratschlag!
Viele Grüße!

: Bearbeitet durch User
von Thomas B. (thombde)


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Man kann den Aufwand unendlich hoch treiben, aber ein einfacher
Subwoofer Filter (passiv) reicht völlig aus.(Tiefpass)
Schaltung kann ich mal später nachliefern, aber es gibt auch zahlreiche 
Schalungen im Netz.

Gruß
Thomas


Edit:
Sorry ich noch mal :-)
Warum benötigst Du die hohe Flankensteilheit?
Ich kenne mich jetzt mit Arduino nicht so aus, aber wenn das über den 
ADC läuft kann man auch mit der Software noch einiges anstellen.

: Bearbeitet durch User
von dolf (Gast)


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Harry M. schrieb:
> Achja und ich habe leider keine negative Versorgungsspannung bei meinem
> Projekt

dann änder halt dein projekt entsprechend ab.
die neg spannung wird nur sehr gering belastet.
dafür gibt´s wandler.
und für die höhen brauchst nen hochpass für die mitten nen bandpass und 
für die tiefen nen tiefpass.
das sagt ja schon der name.
es hat sich bewährt die filter mit einem alc anzusteuern dann hat man am 
ende halbwegs konstante pegel auch wenn der eingangspegel stakr 
schwankt.
das funktioniert natürlich nur in gewissen grenzen....
und nen mic verstärker machst mit nen billigen opamp.

von Harry M. (harrymo)


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Danke schonmal für die Antworten!

@Thomas: Wegen der Flankensteilheit, nun ja, brauchen ist relativ, ich 
habe nur im Netz gelesen, dass man unter Filter 2. Ordnung 'gar nicht 
erst anfangen braucht' (vgl 
http://www.urlaub-und-hobby.de/lichtorgel/lichtorgel2010lc.html). Wobei 
ich aber grade beim Herrausuchen der Seite nochmal nachgelesen habe, und 
das wohl auf eine 4-Kanal Lichtorgel bezogen war.
Also vielleicht versuche ich es doch nochmal mit einem einfachen 
RC-Filter. Sonst würde ich auf den dargestellten Tiefpass 2. Ordnung 
ausweichen, der vom Aufwand auch noch annehmbar ist.

@dolf:
Bezüglich des ALC: Auf den möchte ich verzichten, da ich die Erkennung 
eines Peaks eh softwareseitig mache und ich da mit verschiedenen Pegeln 
gut umgehen kann.
Und wegen dem Mic-Verstärker, kann ich das mit einer 
nicht-invertierenden Verstärkerschaltung machen? Ich hab das ganze jetzt 
mal aufgezeichnet, wobei ich den Tiefpass gleich mit in die Schaltung 
mit eingebaut habe. Funktioniert diese Schaltung grundsätzlich? Also 
Dimensionierung der Bauteile hab ich wie folgt berechnet:
R1= 2k
R2=1M
R3=3k
C1=100nF
C2=100nF

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

Harry M. schrieb:
> Bezüglich des ALC: Auf den möchte ich verzichten, da ich die Erkennung
> eines Peaks eh softwareseitig mache und ich da mit verschiedenen Pegeln
> gut umgehen kann.

Du magst vielleicht damit umgehen können, kann der ADC das auch? Der 
Dynamikbereich ist nur 40dB zwischen nichts und Maximum. Soll die 
Schaltung nur bei einer bestimmten Lautst5ärke funktionieren? Wie ist 
die Empfindlichkeit des Mikrofons in diesem Frequenzbereich und dessen 
Dynamik?

Es hängt auch stark von der Musikrichtung ab, man hat ja da heute das 
Gefühl, die Songs werden passend für sowas abgemischt: keine Dynamik und 
jede Menge "bumm bumm". Ist jetzt keine Kritik an irgendwelcher Musik, 
nur wenn ich mit sowas auf meine alten Tage nochmal bauen würde, müßte 
es mit verscheidensten Titeln funktionieren ohen jedesmal irgendwo dran 
drehen zu müssen und auch möglichst von Zimmerlautstärke bis Party.

Ich würde Tiefpass und einen Komparator kombinieren, der 
Vergleichseingang des Komparators bekommt eine Art gleitenden Mittelwert 
aus dem gefilterten Signal, so daß er auf die Bass-Spitzen anspricht, 
die über dem aktuellen Durchscnitt des Titels liegen. Das kann man dann 
durchaus auch dem AVR-Komparator überlassen.

Gruß aus Berlin
Michael

von dolf (Gast)


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Harry M. schrieb:
> Und wegen dem Mic-Verstärker, kann ich das mit einer
> nicht-invertierenden Verstärkerschaltung machen?

ja kann man.
den tp hängt man dann hintr den verstärker.
siehe schaltplan.
der verstärker ist für eine betriebsspannung gemacht.
zd1 ist je nach mic kapsel zu wählen.
wenn du für den tp opamp einen mit jfet oder mosfet eingängen verwendest 
dann bleiben die kondensatoren schön klein.
filter berechnung-->  http://sim.okawa-denshi.jp/en/OPstool.php

von Jakob (Gast)


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Mit gaaanz wenig Bauteilen geht es nicht.

Ich denke, 2 2-fach Op-Amp könnten es bei der
angepeilten Wumm-Bumm-Musik schaffen:

Op1-1: Mikrofon-Vorverstärker
Op1-2: Bandpass 100 Hz, Q = 2
Op2-1: Virtuelle Masse
Op2-2: Komparator mit Poti

2 OP + gut 1 Dutzend R + 5 C + 1 Transistor + 1 Poti
könnten reichen

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