Luce psichedelica a LED con ingresso microfonico, sensibilità regolabile e possibilità di pilotare lampade di potenza, può essere utile anche come segnalatore ottico per non udenti.
C’era una volta la centralina per luci psichedeliche: derivata dallo spettacolo, quindi dall’ambiente musicale, dalle discoteche e dai concerti di musica leggera; chi ha un po’ di decenni sulle spalle l’avrà certamente avuta in casa in versione domestica a due o tre canali, con faretti o comuni lampadine a incandescenza a bulbo.
Oggi sembra un vago ricordo, anche se per rispolverarne il fascino, qualche numero addietro (precisamente nel fascicolo 250) abbiamo proposto il progetto di una centralina dotata di tre faretti a LED ad alta efficienza.
Su questa falsariga nasce il circuito presentato e descritto in questo post, che svolge in piccolo una funzione analoga, ma solamente con un unico canale, quindi senza discriminare, per il comando delle luci, le bande di frequenza bassi-acuti o bassi-medi-acuti come nelle centraline canoniche.
Quello qui proposto è un gadget (in realtà può essere anche più utile di un gadget, come spiegheremo tra breve…) che fa pulsare due LED al ritmo della musica e dei suoni e rumori captati nell’ambiente circostante da una capsula microfonica electret-condenser.
Per dargli qualcosa in più, abbiamo aggiunto a questo circuito un Darlington che pilota un’uscita di potenza, grazie alla quale è possibile pilotare un faretto a LED che assorba non più di 2 ampere; con la stessa uscita è possibile pilotare anche un fotoaccoppiatore opto-TRIAC, magari con circuito di Zero-crossing Detection, col quale pilotare una lampadina a 220Vca a incandescenza, in funzione di faretto: un esempio di tale componente potrebbe essere il classico MOC3040 o l’NTE3097.
Va anche osservato che la particolare attivazione del circuito, tramite microfono incorporato, rende questo gadget un utile ausilio per i deboli di udito, giacché può essere utilizzato per rivelare il suono del telefono e del campanello e segnalarlo col lampeggio di una o più lampadine a LED poste anche in più stanze.
Schema elettrico
Ma lasciamo queste considerazioni e possibilità di hacking (torneremo sull’argomento a fine articolo…) e andiamo a vedere come è fatto questo circuito, il cui schema elettrico ne rivela la grande semplicità: infatti utilizza come componenti attivi un doppio operazionale molto comune e collaudato di tipo LM358, due transistor NPN, un diodo raddrizzatore e due LED.
Volendone tracciare una descrizione per blocchi, il nostro dispositivo è formato da un captatore acustico, un amplificatore BF a due stadi in cascata che ne eleva il livello abbastanza da mandare in conduzione un transistor, un potenziometro per adattare la sensibilità, un visualizzatore a due LED e un ulteriore transistor per il pilotaggio di carichi esterni a bassa tensione.
Scendiamo dunque nel dettaglio, iniziando dall’elemento di input di questo circuito, ossia la capsula microfonica electret, indispensabile a captare suoni e rumori nell’ambiente circostante; la capsula viene polarizzata in continua attraverso la resistenza R5, che fissa la tensione ai capi del componente in circa 4,5V se l’alimentazione del circuito è a 9volt.
Il contatto positivo della capsula MIC fornisce il segnale (dovuto alle variazioni di tensione che le armature del condensatore interno determinano in presenza di vibrazioni sonore che investono la membrana) al condensatore C3, il quale ha la funzione di tasferire la sola componente variabile (quindi il segnale ad audiofrequenza…) all’ingresso non-invertente dell’operazionale U1a, bloccando la componente continua che altrimenti influenzerebbe la polarizzazione dello stesso, cui provvede il partitore resistivo formato da R6 ed R10.
Quest’ultimo ha la funzione di portare, a riposo (quindi in assenza di segnale) la tensione di uscita dell’U1a ad un potenziale pari a metà di quello dell’alimentazione applicata al piedino 8 dell’U1: in questo modo il segnale audio potrà oscillare di pari misura sia verso il positivo che verso il potenziale di massa e sarà possibile ottenere la massima escursione del segnale in entrambe le semionde, quindi un’amplificazione simmetrica.
Stabilito ciò, vediamo che il primo operazionale, che è metà dell’integrato LM358 (U1, nello schema elettrico…) eleva il livello del segnale passatogli dal condensatore C3 di un fattore pari a R7/R8, ossia amplifica di 100 volte in tensione, quindi se la capsula electret fornisce un segnale di ampiezza pari a 5 mVeff. restituisce 0,5Veff.
U1a lavora in configurazione invertente, quindi inverte la polarità del segnale che amplifica, ma questo per i nostri scopi è irrilevante.
Dal piedino 1 dell’U1a, la componente audio amplificata passa, tramite il condensatore elettrolitico C4 (utilizzato anch’esso per bloccare la componente continua, in questo caso quella della polarizzazione dell’uscita dell’operazionale) agli estremi del trimmer R4, la cui funzione è consentire di dosare il livello del segnale in arrivo all’ingresso del secondo stadio amplificatore: quello facente capo a U2a. Questo operazionale, configurato come amplificatore non-invertente senza polarizzazione a riposo, lavora sulle sole semionde positive, perché quelle negative le taglia; ma d’altra parte a noi servono solo degli impulsi con cui pilotare il transistor T1, non avere una componente lineare.
Il guadagno in tensione (Gv) riferito appunto alle sole semionde positive (quelle negative saranno tagliate) è pari a:
Gv = (R9+R3) / R3
ed essendo le due resistenze di ugual valore, è pari a 2. Gli impulsi uscenti dal piedino 7 polarizzano la base del transistor T1, il quale, essendo un NPN, inizia a condurre non appena la tensione Vbe è positiva e supera il valore di soglia, dell’ordine di 0,7÷0,7V.
Per ogni impulso che supera tale soglia, nel collettore del transistor fluisce corrente, che percorre anche la serie di LED LD1 e LD2, la quale, opportunamente limitata dalla resistenza R1, determina l’emissione di luce bianca da parte dei diodi.
Mediante la resistenza R2, l’uscita dell’operazionale U1b pilota la base di un secondo transistor, questa volta un Darlington NPN integrato in Q1, che può pilotare un ulteriore gruppo di LED o faretto connesso tra il suo collettore e il positivo di alimentazione, ovvero tra i morsetti – e + OUT.
Completiamo l’analisi circuitale con il blocco di alimentazione. Esso parte dalla morsettiera +/- PWR e prevede un diodo di protezione dall’inversione di polarità (D1) posto in serie al ramo positivo, con l’anodo verso il +PWR; oltre a due condensatori di filtro (di cui uno elettrolitico) posti in parallelo alla linea con lo scopo di limitare disturbi captati dai fili di alimentazione ed eventuale ripple dell’alimentzione, laddove questa provenga da un alimentatore da rete, sia esso lineare o switching.
La corrente per l’uscita ausiliaria OUT è prelevata a monte del diodo di protezione, direttamente dal morsetto + della morsettiera PWR.
Bene, con lo schema elettrico e la teoria abbiamo terminato: ora passiamo alla pratica del nostro progetto.
Realizzazione pratica
Costruire questo semplice visualizzatore di suoni e rumori è molto semplice e così abbiamo voluto che fosse perché lo intendiamo anche come progetto didattico; quindi il circuito stampato è di semplice realizzazione (pur essendo a doppia faccia per risultare più compatto) e tutti i componenti richiesti sono a montaggio tradizionale, ossia a foro passante.
Iniziate il montaggio con le resistenze e il diodo al silicio D1, quindi inserite e stagnate lo zoccolo per l’integrato LM358 e il condensatore in poliestere C2; proseguite il montaggio con il transistor T1, la capsula electret MIC1 (ricordate che l’elettrodo negativo di quest’ultima è il terminale visivamente ed elettricamente connesso all’involucro e va a massa…) i due LED e i condensatori elettrolitici, quindi inserite e saldate le due morsettiere bipolari a passo 5mm per l’uscita OUT e l’alimentazione.
Completate il circuito inserendo, mantenendolo dritto in piedi, il BD677, che è il Darlington in contenitore SOT-32 (un TO-126 moderno, insomma, anche se non ha la superficie metallica sul retro) da posizionare con il lato scritte rivolto all’interno del PCB.
Per tutti i componenti polarizzati, ossia diodi al silicio e LED, transistor e condensatori elettrolitici, rispettate l’orientamento indicato nel piano di montaggio che trovate in queste pagine; ciò vale anche per l’integrato LM358, che introdurrete nello zoccolo facendo in modo che la sua tacca di riferimento sia orientata come indicato nel piano di montaggio e badando di non piegare alcun piedino sotto al corpo durante l’introduzione. Per i LED ricordate che il terminale che si trova dal lato dello smusso sul contenitore è il catodo.
Per l’utilizzo, ricordate che il trimmer R4 vi consente di adattare la sensibilità del circuito al livello sonoro e, per l’esattezza, ruotandone il cursore in senso orario (se avete realizzato il circuito stampato seguendo le nostre tracce) occorre un suono più intenso per accendere i LED e, viceversa, la massima sensibilita si ottiene con il cursore tutto ruotato in senso antiorario.
Quindi dopo aver alimentato il circuito, anche semplicemente con una pila a secco da 9 volt inserita in una presa a strappo (ricordate di stringere il filo rosso di quest’ultima nel morsetto +PWR e il nero nel morsetto -) fate qualche prova, ad esempio mettendo il microfono a una decina di centimetri da un apparecchio radio o da uno smartphone che sta riproducendo della musica, poi regolate il trimmer fino a veder lampeggiare a ritmo di musica o suono che sia i due LED.
Per il giusto set-up del circuito, rammentate che ruotando il cursore in senso orario si riduce la sensibilità, mentre andando in senso antiorario i LED si illumineranno con suoni anche più deboli.
Elenco Componenti:
R1: 330 ohm R2: 100 ohm R3, R6, R7, R9, R10: 100 kohm R4: Trimmer 10 kohm MV R5: 10 kohm R8: 1 kohm C1: 10 µF 63 VL elettrolitico C2: 100 nF ceramico C3: 100 nF 63 VL poliestere C4, C5: 1 µF 63 VL elettrolitico U1: LM358 D1: 1N4007 T1: BC547 Q1: BD677A LD1, LD2: LED bianco 5 mm MIC1: Capsula micorofonica preamplificata ø 10 mm Varie: - Zoccolo 4+4 - Morsetto 2 poli passo 5 mm (2 pz.) - Circuito stampato FK009 (36x42 mm)
Note per l’Utilizzo
Come accennato a inizio articolo, il circuito si presta a vari utilizzi: così com’è, può fare da gadget per pulsare a ritmo di musica o da avvisatore visivo di eventi acustici come il suono del campanello o del telefono; in questi utilizzi, è opportuno tenere il microfono vicino (basta un metro) al campanello o al telefono, sia esso fisso o cellulare, ma alzando la sensibilità al massimo è possibile che il rilevamento avvenga anche a un paio di metri.
La segnalazione fornita dai LED può essere rafforzata utilizzando l’uscita ausiliaria, cui collegare una lampadina a 12Vcc, un foto-triac (del tipo già suggerito qualche pagina indietro) che piloti una lampada a 220 volt o un faretto a LED (ma anche una strip adatta a funzionare a 12V), magari da ripetere in più stanze collegando i corpi illuminanti in parallelo all’uscita OUT, restando nei 2 ampere di assorbimento massimo previsti.
Se vi serve più potenza potete anche pensare di pilotare un relé da 12 volt che controlli il circuito delle lampade; in tal caso la bobina va alimentata con la morsettiera OUT, in parallelo alla quale collegherete un diodo 1N4002 con il catodo (il terminale vicino alla fascetta colorata) posto sul +.
La Fig. 1 propone lo schema di cablaggio del circuito nel caso vogliamo realizzare un avvisatore o segnalatore ottico della presenza di suoni nell’ambiente, utile sia agli audiolesi o ipoudenti, sia in tutte quelle situazioni in cui ad esempio il campanello della porta o del citofono, ovvero il telefono, si trovino in un locale differente o in posizione tale da essere confusi con il rumore ambientale.
In casi del genere il circuito va posto nelle vicinanze della suoneria o del campanello del caso, mentre la lampadina dovrà essere posta nell’ambiente dove la vediamo meglio, in posizione adeguata e collegata mediante un cavetto bipolare di sezione adeguata (2×0,75 mm sono sufficienti).
Fig. 1 Come pilotare una lampada con il circuito, ad esempio per creare un avvisatore visivo del suono del telefono o del campanello della porta. La lampadina può anche essere a LED
Notate che mantenendo il medesimo schema di cablaggio proposto nella Fig. 1 è possibile sostituire la lampadina a incandescenza con una combinazione di LED, come ad esempio una serie di 4 LED bianchi aventi una resistenza di limitazione (in serie) di 56 ohm 1/4W, oppure multipli di questa serie, come tre rami analoghi posti in parallelo e collegati all’uscita +/-OUT; resta inteso che l’anodo dei LED va rivolto verso il terminale + della morsettiera OUT, altrimenti i diodi non si accenderanno.
Potete anche utilizzare LED di altro colore, adeguando la resistenza serie (R) che andrà calcolata con la formula:
R = (Vpwr – Vled) / 20
dove Vpwr è la tensione di alimentazione del circuito e Vled la somma delle cadute sui diodi, rammentando che per quelli rossi la tensione di lavoro è 1,8V circa, per i gialli 2V e per i verdi circa 2,2V.
Se ne mettete più in serie, Vled è la somma.
