Об'ємна цветомузикальний установка

Ю. Поздняков

Цветомузикальний установки (ЦМУ) забезпечують супровід музичних творів світловими ефектами. Подібні пристрої покращують сприйняття музичних творів і значно підвищують ступінь їх емоційно-психологічного впливу на слухача.

У розвитку світломузику можна виділити два основних напрямки. Перше передбачає відсутність жорсткого зв'язку між музичним твором і його колірною супроводом. Необхідною ланкою в процесі перетворили музики в колірній малюнок є «цветооператор» – людина з музичною освітою, виконуючий на ЦМУ партію світла, керуючись або задумом композитора, або на суто емоціоіальнимі законами аіаліза музичного твору. При цьому не виключається і атоматіческое управління колірним малюнком. Очевидно, що, незважаючи на високу естетичну насиченість такий аудіовізуальної програми, істотним недоліком подібних систем є їх велика складність і вартість, а також необхідність високої кваліфікації оператора.

Друге, набагато більш широко поширене напрямок, представлено пристроями, що автоматично аналізують музичний твір безпосередньо в процесі його відтворення за наперед заданим алгоритмом, мене відповідне чином світловий потік по яскравісної н спектральному складу. Перевагою ЦМУ цього типу є порівняно проста конструкція і, як наслідок, легкість її реалізації та масового повторення. Однак у таких установках виключається можливість повної відповідності характеру колірного супроводу стилю та утримання музичного твору.

За останній час за таким принципом створені й успішно функціонують багато зразків ЦМУ – від потужних стаціонарних установок для обслуговування масових культурно-видовищних заходів до невеликих кімнатних, розрахованих на обмежену аудиторію. У більшості випадків кінцеві пристрої ЦМУ відтворюють світловий малюнок у площині. При використанні ламп розжарювання практикується також розміщення їх у окремих плафонах – за кількістю квітів, восхроізводімих установкою. Таке рішення не дозволяє повністю використовувати можливості ЦМУ і знижує ефективність її емоційного впливу на людину.

Найчастіше кінцевий пристрій ЦМУ представляє собою плоский екран, на який за допомогою розташованих за ним електричних ламп з відбивачами проектується колірної малюнок. У кращих випадках на екрані можна спостерігати так званий ефект зміщення квітів, в результаті якого створюється ілюзія многоцветности при використанні випромінювачів всього трьох кольорів – червоного, синього, жовтого. При цьому колірної малюнок на екрані відрізняється трохи великою різноманітністю і мінливістю, у той час як за відсутності названого ефекту у слухача створюється враження одноманітності й повторюваності колірного малюнка. Отже, від розміщення джерел світла в просторі і властивостей самого екрану в великій мірі залежить ефективність колірного супроводу. У цій статті описується об'ємна цветомузикальний установка, яка, на відміну від звичайних, служить для створення об'ємного колірного малюнка, що перевершує плоский з емоційно-психологічним впливом на слухача.

Для створення об'ємного колірного малюнка використано кінцевий пристрій оригінальної конструкції, в ньому джерела світла розміщені не в площині за екраном, а в просторі. Своєрідним екраном служить сферичний плафон з молочного скла з підставкою-відбивачем. Для досягнення більшої різноманітності і багатства колірного малюнка в ЦМУ застосована замість широко поширеною триколірної системи чотириколірна (червоний, жовтий, синій, фіолетовий). В основі ЦМУ лежить принцип поділу звукового сигналу по частоті. Тому переважання того або іншого кольору в малюнку залежить від частотного спектру сигналу, що надходить на вхід установки. Випромінювання певного кольору є певною смузі частот вхідного сигналу, а яскравість цього кольору нелінійно залежить від рівня сигналу, тобто від гучності звуку. Звуковим сигналам нижніх частот звукового діапазону відповідає випромінювання світла з більшою довжиною хвилі, і навпаки. Спектр вхідного сигналу розподіляється між каналами ЦМУ приблизно наступним чином: червоний – до 400 Гц, жовтий – 400-3000 Гц, синій – 3000-6000 Гц, фіолетовий – більше 6000 Гц.

Принципова схема ЦМУ наведена на рис. 1. Сигнал звукової частоти подається на вхід установки з екранованого кабелю. Оскільки ЦМУ підключається безпосередньо до гучномовця, її вхідний опір має бути значно більше опору котушки динамічної головки, щоб запобігти її шунтування і можливе внаслідок цього зниження гучності звучання і поява спотворень. Досить висока вхідний опір (порядку декількох десятків кОм) забезпечує емітерний повторювач, зібраний на транзисторі Т1. Змінний резистор R1 дозволяє плавно регулювати рівень сигналу, що подається на вхід ЦМУ.

./240820101200002152.jpg
Рис. 1. Принципова схема пристрою

Поділ спектру вхідного сигналу по каналах здійснюється частотними фільтрами, що стоять на входах канальних виборчих підсилювачів, що складаються кожний з двокаскадного передпідсилювача ПУ та підсилювача потужності УМ. Смуга пропускання Г-образного RС-фільтра (C2R4R7C4) визначається параметрами перерахованих елементів. Конкретні значення ємності конденсаторів фільтрів для кожної смуги наведені в таблиці.

Канал С2 С4
Червоний 30,0 мкФ 3,0 мкФ
Жовтий 0,05 мкФ 0,033 мкФ
Синій 0,033 мкФ 5-10 пФ
Фіолетовий 0,015 мкФ 5-10 пФ

Ємність конденсатора С4 в каналах синього та фіолетового кольору має невелике значення і утворюється за рахунок ємності монтажу.

Змінні резистори R7, що стоять на вході кожного підсилювача забезпечують плавне регулювання величини вхідного сигналу окремо по кожному з каналів, що дозволяє вибрати оптимальну насиченість кольору в каналах, а також забезпечити наявність постійного фону бажаного кольору. Попередні підсилювачі зібрані на транзисторах Т2 і Т3, а підсилювач потужності – на Т4. Колекторній навантаженням підсилювача потужності служать ланцюжки з паралельно-послідовно з'єднаних ламп розжарювання різних типів. Ланцюжки складаються з ламп, розрахованих на напругу 13,5 В і силу струму 0,16 А (Л1-Л3) і 6,3 В і 0,22 А (Л4-Л6).

Використання в одному каналі ламп, розрахованих на різні напруги, дозволяє отримати плавну зміну яскравості світіння при скачках сигналу. Характеристиками ламп розжарювання і способом їх включення визначаються також і динамічні якості об'ємного колірного малюнка. Поєднання ламп, наведене на рис. 1, забезпечує при малих значеннях вхідного сигналу відтворення колірного фону, одержуваного за рахунок слабкого напруження ламп з великою інерційністю (Л4-Л6) і разом з тим різке збільшення яскравості при сильних сплесках вхідного сигналу за рахунок ламп Л1-Л3, які при цьому спалахують із Перекалля. Небезпека перегорання ламп виключається завдяки короткочасність сплеску і незначності перевищення піковим напругою номінальної напруги ламп.

Можливі й інші схеми включення ламп навантаження; необхідно лише забезпечити відповідну величину еквівалентного опору ланцюжка ламп. Слід зазначити, що при збільшенні еквівалентного опору ланцюжки (і відповідно зниження споживаного струму) транзистори підсилювачів потужності УМ нагріваються менше за рахунок зниження корисної потужності, що виділяється у навантаженні. Оптимальне значення опору ланцюжка, при якому температура транзисторів лежить в допустимих межах, становить близько 35 Ом. Це відповідає еквівалентному опору показаної на рис. 1 ланцюжка ламп в нагрітому стані.

Харчується ЦМУ від освітлювальної мережі через стабілізований випрямляч, зібраний по бруківці схемою на діодах Д1-Д4 і транзисторах Т5-Т7. Стабілізація випрямленої напруги необхідна для сталої роботи установки і запобігання входу в насичення транзисторів підсилювача при сплесках вхідного сигналу. Стабілізатор забезпечує постійне, плавно регульоване напруга живлення 26-30 В при силі струму до 4-5 А і коефіцієнті стабілізації близько 5. Плавне регулювання вихідної напруги в невеликих межах здійснюється за допомогою змінного резистора R15.

Конструктивно ЦМУ виконана у вигляді двох окремих блоків; електронного блоку і випромінювача, які з'єднані між собою за допомогою гнучкого багатожильного кабелю з роз'ємом. Електронна частина установки розміщена в дерев'яному корпусі розмірами 185 XX 235 X 260 мм, оброблені шпоною з цінних порід дерева. Несучої конструкцій служить передня панель корпусу, виготовлена з дюралюмінію товщиною 4 мм.

На ній розміщені органи включення, регулювання і налаштування установки, гніздо запобіжника і індикаторна лампа включення напруги мережі. З внутрішньої сторони до панелі кріпляться друковані плати підсилювачів, плата діодів випрямляча, плата стабілізатора, трансформатор харчування і конденсатори фільтру джерела живлення. Транзистори Т3, Т4 підсилювачів, а також регулює транзистор стабілізатора Т5 встановлені на дискових радіаторах і поміщені на окремій платі потужних транзисторів.

Плата потужних транзисторів розміщена у вікні у задній частині корпусу радіаторами назовні. Таке розташування радіаторів дозволяє істотно зменшити тепловий опір радіатор – середа.

Випромінювач є найважливішою частиною ЦМУ, визначальною в значній мірі естетичні якості об'ємного колірного малюнка. Конструкція випромінювача показана на рис. 2. Плафон 1 (сфера діаметром 244 мм з матового скла), широко використовуваний для захисту освітлювальних ламп в прбізводственних та побутових приміщеннях, кріпиться до основи 11 зсередини за допомогою гвинта 2 (М6) н хрестоподібно розташованих притискних пластин 3, 9. Гвинти 4, 10 (М3) служать стопорами і значно полегшують процес складання вузла. Гвинт 4 ввінчен безпосередньо в основу утримувача 7, а гвинт 10 кріпиться до пластині 9 з допомогою гайки 8 (М3). Ручка 12 для перенесення випромінювача (у перевернутому положенні) пригвинчені до основи 11 двома гвинтами 13 (М3). Зовнішня поверхня основи відполірована і хромована. Завдяки відображенню світла від плафона 1 створюється додаткова гра квітів у нижній частині випромінювача.

./240820101200002153.jpg Рис. 2. Конструкція

Істотний позитивний ефект дає покриття внутрішньої поверхні плафона 1 зернистим світлозаломлюючу матеріалом, наприклад крихтою сталініта на клею. Це дозволяє отримати оригінальний «іскристий» об'ємний колірної малюнок; проте рівномірне покриття плафона зсередини пов'язано зі значними технологічними труднощами. Менш помітний ефект дає покриття аналогічним матеріалом поверхні кожної з ламп 6.

Лампи розжарювання 6 за допомогою ізоляційних втулок 5 жорстко закріплені в отворах виготовленого з жерсті утримувача 7, зовнішня поверхня якого обклеєна шаром м'ятою алюмінієвої фольга з цілі підвищення відбивної здатності. Спеціальна форма утримувача 7 і застосування фольги дозволяють досягти високої рівномірності светоізлучеіня в усіх напрямках. Особливу увагу слід звернути на розміщення ламп 6 по поверхні утримувача в залежності від їх кольору. Найбільш логічним і природним представляється розміщення, показане на рис 2. Насиченість забарвлення ламп в межах кожного кільця знижується знизу вгору, а відтінок кольору фарби зміщується у бік більш коротких хвиль (наприклад, від вишневого до рожевого в червоному каналі, від синьо-зеленого до блакитного в синьому каналі і т. д., що штучно розширює відтворну колірну гаму. Описана компонування джерел світла дозволяє досягти високої пластичності та виразності об'ємного колірного малюнка.

В установці можуть бути застосовані широко поширені елементи – резистори МЛТ, УЛМ, ВС, конденсатори МБМ, ЕМ, К50-6, ЕГЦ. Перемеяние резистори-СП, СПО. Лампи розжарювання-МН 13,5 х0, 16 і МН 6,3 X0, 22, індикаторна неонова лампочка – ТН-0, 2 або ТН-0, 3. Силовий траясформатор намотаний на магнітопроводі Ш25 X 40. Первинна обмотка містить 965 витків дроту ПЕЛ або ПЗВ діаметром 0,4 мм, вторинна -140 витків такого ж дроту діаметром 0,95 мм. Як вмикача В1 харчування ЦМУ можна використовувати тумблер ТП1-2 або малогабаритний тумблер МТ-1.

Елементи випромінювача виготовляють на токарному верстаті з вуглецевої сталі. Притискні пластини 3, 9 і ручки 12 вирізують з листової сталі товщиною 2-3 мм. Держатель 7 – з тонкої жерсті на оправці, виточеної з будь-якого матеріалу. Роз'єм для кабелю, що з'єднує випромінювач з корпусом-стандартний, будь-якого типу з кількістю контактів не менше 5; наприклад, вилка 2РМ18КПН7Ш1Е1 і розетка 2РМ18БП7Г1Е1. Корпус використовується готовий, від вимірювальних приладів, або виготовляється самостійно з багатошарової фанери або сухої деревини. Можна також використовувати пластмаси.

Елементи схем основних функціональних вузлів ЦМУ змонтовані на друкованих платах з фольгованого склотекстоліти товщиною 1,5-2 мм. Чотири плати канальних підсилювачів розмірами 90 X 76 мм і плата стабілізатора розмірами 37 X 75 мм виконані методом тралення в розчині треххлорного заліза. Вид друкованої плати підсилювача з боку провідників із зазначенням распололженія елементів показано на рис. 3. На одній із плат підсилювача розташовані також елементи вхідної ланцюга (Т1, С, R2, R3). На інших трьох платах місця, призначені для установки цих елементів, залишаються вільними. Плати підсилювачів кріпляться до передньої панелі на монтажних стійках одна над іншою. Плата стабілізатора містить невелику кількість елементів і тому тут не приведена. Плата потужних транзисторів розмірами 110 X 210 мм також не наведено) виконана з гетинаксу товщиною 2 мм і розміщена у вікні задньої стінки футляра (100 XX 200 мм). Всі електричні з'єднання між платами підсилювачів і стабілізатора виконані кольоровим, монтажним проводом, а плата потужних транзисторів з'єднується з ними многопроводним кабелем. Гніздо «Вхід» сполучене з вхідною ланцюгом екранованим проводом.

./240820101200002154.jpg а) ./240820101200002155.jpg б)
Рис. 3. Монтажна плата:
а – розташування елементів; б – конфігурація друкованих провідників

Після закінчення монтажних робіт проведена перевірка правильності монтажу, працездатності установки і її окремих вузлів. Налагодження слід починати зі стаблізірованного джерела живлення, де перевіряють режими роботи полупроводвікових приладів і вимірюють коефіцієнт стабілізації. Для цього ЦМУ включають в мережу через лабораторний автотрансформатор (ЛАТР) і, змінюючи напругу мережі в межах від +10 До -15%, вимірюють вихідна напруга стабілізатора.

Подальше налаштування проводиться за допомогою генератора звукової частоти будь-якого типу, сигнал з якого подається на вхідні гнізда ЦМУ. Підбором резисторів R5, R6 в базових колах транзисторів Т2 перших каскадів передпідсилювачів (див. рис. 1) домагаються того, щоб при відсутності сигналу на вході ЦМУ лампи Л1-Л6 не горіли, але загорялися при виникненні мінімального сигналу. Потім, змінюючи частоту генератора в межах відтворюваних звукових частот, підбором конденсаторів фільтрів С2 і С4 налаштовують фільтри так, щоб смуги пропускання сусідніх каналів кілька перекривалися. Це забезпечить проходження сигналів проміжних між двома каналами частот одночасно по обидвох каналах і відповідно велику насиченість колірного малюнка.

Динамічність об'ємного колірного малюнка значною мірою визначається ємностями конденсаторів С4, С5. Якщо передбачається кольорове супровід творів класичної музики, доцільно збільшити ємність конденсатора С5 до 50-100 мкФ. Якщо ж ЦМУ буде використовуватися в основному для кольоровідтворення швидких і ритмічних мелодій сучасної естрадної музики, рекомендується використовувати конденсатор С5 з ємністю, зазначеної на схемі. Цікавий ефект дає збільшення ємності конденсатора С5 в підсилювачі лише одного з каналів, наприклад червоного. При цьому на об'ємному екрані випромінювача спостерігаються плавні переходи червоного кольору, досить точно передають ритмічну основу музикальний твори, тоді як при малої ємності конденсатора С5 цветовоспроизведением ритмічних мелодій викликає подразнюючу мигтіння червоного кольору.

Після налаштування смуг пропускання частотних фільтрів і підбору конденсатора С5 установка перевіряється в роботі шляхом подачі на вхід звукового сігіала від будь-якого звуковідтворювального пристрої (магнітофона, програвача, радіоприймача). Необхідно також перевірити теплові режими роботи потужних транзисторів при тривалій роботі ЦМУ.

ВРЛ № 67, с. 67-76.