偶然心血来潮,想要做一个声音可视化的系列专题。这个专题的难度有点高,涉及面也比较广泛,相关的FFT和FHT等算法也相当复杂,不过还是打算从最简单的开始,实际动手做做试验,耐心尝试一下各种方案,逐步积累些有用的音乐频谱可视化的资料,也会争取成型一些实用好玩的音乐可视器项目。
造物记
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(01)---LED节奏灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311363.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(02)---OLED频谱灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311365.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(03)---RGB律动灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311366.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(04)---WS2812条灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311377.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(05)---WS2812柱跳灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311378.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(06)---点阵频谱灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311379.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(07)---大方格频谱灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311429.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(08)---四位32段点阵屏
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311463.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(09)---X Music Spectrum
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311482.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(10)---WS2812硬板屏
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311491.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(11)---WS2812幻彩灯带
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311745.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(12)---米管快速节奏灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311746.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(13)---有机棒立柱灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311759.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(11)---WS2812幻彩灯带
WS2812B
是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源。其外型与一个5050LED灯珠相同,每个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路,还包含有高精度的内部振荡器和12V高压可编程定电流控制部分,有效保证了像素点光的颜色高度一致。数据协议采用单线归零码的通讯方式,像素点在上电复位以后,DIN端接受从控制器传输过来的数据,首先送过来的24bit数据被第一个像素点提取后,送到像素点内部的数据锁存器,剩余的数据经过内部整形处理电路整形放大后通过DO端口开始转发输出给下一个级联的像素点,每经过一个像素点的传输,信号减少24bit。像素点采用自动整形转发技术,使得该像素点的级联个数不受信号传送的限制,仅仅受限信号传输速度要求。
主要特点
1、智能反接保护,电源反接不会损坏IC。
2、IC控制电路与LED点光源公用一个电源。
3、控制电路与RGB芯片集成在一个5050封装的元器件中,构成一个完整的外控像素点。
4、内置信号整形电路,任何一个像素点收到信号后经过波形整形再输出,保证线路波形畸变不会累加。
5、内置上电复位和掉电复位电路。
6、每个像素点的三基色颜色可实现256级亮度显示,完成16777216种颜色的全真色彩显示,扫描频率不低于400Hz/s。
7、串行级联接口,能通过一根信号线完成数据的接收与解码。
8、任意两点传传输距离在不超过5米时无需增加任何电路。
9、当刷新速率30帧/秒时,级联数不小于1024点。
10、数据发送速度可达800Kbps。
11、光的颜色高度一致,性价比高。
应用领域
具有低电压驱动,环保节能,亮度高,散射角度大,一致性好,超低功率,超长寿命等优点。将控制电路集成于LED上面,电路变得更加简单,体积小,安装更加简便。主要应用领域,LED全彩发光字灯串,LED全彩模组, LED全彩软灯条硬灯条,LED护栏管。LED点光源,LED像素屏,LED异形屏,各种电子产品,电器设备跑马灯等。
WS2812B灯带电原理图
WS2812B是集控制电路和发光电路于一体的LED光源元件,其控制IC为WS2812B,发光元件是5050RGBLED,电压为5V,每个单位的峰值电流为60ma,灯带为三线制,VCC GND DIN分别为电源+、电源-、信号,当使用外部电源时,外部电源-需要与单片机的GND相连。
MAX9814是一款低成本,高质量的麦克风放大器,具有自动增益控制(AGC)和低噪声麦克风偏置。该器件具有一个低噪声前置放大器,可变增益放大器(VGA),输出放大器,麦克风偏置电压发生器和AGC控制电路。
低噪声前置放大器具有固定的12dB增益,而VGA增益则根据输出电压和AGC阈值自动从20dB调整至0dB。输出放大器提供8dB,18dB和28dB的可选增益。在没有压缩的情况下,放大器的级联会导致总增益为40dB,50dB或60dB。三级数字输入对输出放大器的增益进行编程。外部电阻分压器控制AGC阈值,单个电容器设定启动/释放时间。三级数字输入可设定起效时间与释放时间的比率。AGC的保持时间固定为30ms。低噪声麦克风偏置电压发生器可以使大多数驻极体麦克风偏置。
MAX9814采用节省空间的14引脚TDFN封装。该器件的额定温度范围为-40°C至+ 85°C。
MAX9814麦克风放大器模块
MAX9814是一款低成本高性能麦克风放大器,具有自动增益控制(AGC)和低噪声麦克风偏置。器件具有低噪声前端放大器、可变增益放大(VGA)、输出放大器、麦克风偏置电压发生器和AGC控制电路。
●自动增益控制(AGC)
●3种增益设置(40dB、50dB、60dB)
●可编程动作时间
●可编程动作和释放时间比
●电源电压范围2.7V~5.5V
●低THD:0.04% (典型值)
●低功耗关断模式
●内置2V低噪声麦克风偏置
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(11)---WS2812幻彩LED灯带
实验程序一:简易测量声级
模块接线:
MAX9814 Arduino
VCC 5V
GND GND
OUT A0
/*
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(11)---WS2812幻彩LED灯带
实验程序一:简易测量声级
模块接线:
MAX9814 Arduino
VCC 5V
GND GND
OUT A0
*/
const int sampleWindow = 50; // 以mS为单位的采样窗口宽度(50 mS = 20Hz)
unsigned int sample;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(A0, INPUT);
}
void loop() {
unsigned long startMillis = millis(); // 样本窗口的开始
unsigned int peakToPeak = 0; // 峰峰值
unsigned int signalMax = 100;
unsigned int signalMin = 1024;
// collect data for 50 mS
while (millis() - startMillis < sampleWindow)
{
sample = analogRead(A0);
if (sample < 1024) // 抛出错误的读数
{
if (sample > signalMax)
{
signalMax = sample; // 只保存最大级别
}
else if (sample < signalMin)
{
signalMin = sample; // 仅保存最低级别
}
}
}
peakToPeak = signalMax - signalMin; // max-min =峰峰值幅度
double volts = (peakToPeak * 5.0) / 256; // 转换为伏特
Serial.println(volts);
}
打开Arduino IDE——工具——串口绘图器,查看实验波形
实际测量环境噪音与手敲桌面的声音波形
播放歌曲的实测波形
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(11)---WS2812幻彩LED灯带
实验程序二:阙值触发的节奏灯
/*
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(11)---WS2812幻彩LED灯带
实验程序二:阙值触发的节奏灯
*/
#include<FastLED.h>
#define LED_PIN 6
#define NUM_LEDS 24
CRGB leds[NUM_LEDS];
uint8_t hue = 0;
int soundsensor = 7;
void setup() {
delay(2000);
Serial.begin(9600);
FastLED.addLeds<WS2812B, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
FastLED.setBrightness(50);
pinMode(soundsensor, INPUT);
}
void loop() {
int sensval = digitalRead(soundsensor);
if (sensval == 1) {
Serial.println("ON");
leds[0] = CRGB :: Red;
fill_solid(leds, NUM_LEDS, CRGB :: Blue);
rainbow_moving();
FastLED.show();
delay(10);
}
else {
leds[0] = CRGB :: Black;
fill_solid(leds, NUM_LEDS, CRGB :: Black);
FastLED.show();
delay(10);
}
}
void rainbow_moving() {
for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
leds[i] = CHSV(hue + (i * 10), 255, 255);
}
EVERY_N_MILLISECONDS(10) {
hue++;
}
}
实验场景图 动态图
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(11)---WS2812幻彩LED灯带
实验程序三:Adafruit_NeoPixel音乐反应式LED灯带
/*
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(11)---WS2812幻彩LED灯带
实验程序三:Adafruit_NeoPixel音乐反应式LED灯带
*/
#include <Adafruit_NeoPixel.h>
#define MIC A0 // 麦克风与A0相连接
#define LED_PIN 6 // LED are connected to D6
#define N_PIXELS 24 // Number of LED
#define N 100 //样本数
#define fadeDelay 10 // 淡出量
#define noiseLevel 80 // 降噪下限
Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(N_PIXELS, LED_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
int samples[N]; // 存储样本
int periodFactor = 0; // 用于周期计算
int t1 = -1;
int T;
int slope;
byte periodChanged = 0;
void setup() {
// Serial.begin(9600);
strip.begin();
ledsOff();
delay(500);
displayColor(Wheel(100));
strip.show();
delay(500);
}
void loop() {
Samples();
}
void Samples() {
for (int i = 0; i < N; i++) {
samples[i] = analogRead(0);
if (i > 0) {
slope = samples[i] - samples[i - 1];
}
else {
slope = samples[i] - samples[N - 1];
}
if (abs(slope) > noiseLevel) {
if (slope < 0) {
calculatePeriod(i);
if (periodChanged == 1) {
displayColor(getColor(T));
}
}
}
else {
ledsOff();
}
periodFactor += 1;
delay(1);
}
}
void calculatePeriod(int i) {
if (t1 == -1) {
t1 = i;
}
else {
int period = periodFactor * (i - t1);
periodChanged = T == period ? 0 : 1;
T = period;
// Serial.println(T);
t1 = i;
periodFactor = 0;
}
}
uint32_t getColor(int period) {
if (period == -1)
return Wheel(0);
else if (period > 400)
return Wheel(5);
else
return Wheel(map(-1 * period, -400, -1, 50, 255));
}
void fadeOut()
{
for (int i = 0; i < 5; i++) {
strip.setBrightness(110 - i * 20);
strip.show(); // Update strip
delay(fadeDelay);
periodFactor += fadeDelay;
}
}
void fadeIn() {
strip.setBrightness(100);
strip.show();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
//strip.setBrightness(20*i + 30);
//strip.show();
delay(fadeDelay);
periodFactor += fadeDelay;
}
}
void ledsOff() {
fadeOut();
for (int i = 0; i < N_PIXELS; i++) {
strip.setPixelColor(i, 0, 0, 0);
}
}
void displayColor(uint32_t color) {
for (int i = 0; i < N_PIXELS; i++) {
strip.setPixelColor(i, color);
}
fadeIn();
}
uint32_t Wheel(byte WheelPos) {
// Serial.println(WheelPos);
if (WheelPos < 85) {
return strip.Color(WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3, 0);
}
else if (WheelPos < 170) {
WheelPos -= 85;
return strip.Color(255 - WheelPos * 3, 0, WheelPos * 3);
}
else {
WheelPos -= 170;
return strip.Color(0, WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3);
}
}
实验场景图 动态图
实验的视频记录(《西部世界》主题曲2分7秒)
https://v.youku.com/v_show/id_XNTg4NzAwNzUwMA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(11)---WS2812幻彩LED灯带
实验程序四:MegunoLink音乐反应式24颗LED灯带
/*
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(11)---WS2812幻彩LED灯带
实验程序四:MegunoLink音乐反应式24颗LED灯带
*/
#include<FastLED.h>
#include<MegunoLink.h>
#include<Filter.h>
// define necessary parameters
#define N_PIXELS 24
#define MIC_PIN A0
#define LED_PIN D6 // labeled "D6" on the board
// the following parameters can be tweaked according to your audio levels
#define NOISE 50
#define TOP (N_PIXELS+2) // allow the max level to be slightly off scale
#define LED_TYPE WS2811
#define BRIGHTNESS 18 // a little dim for recording purposes
#define COLOR_ORDER GRB
// declare the LED array
CRGB leds[N_PIXELS];
// define the variables needed for the audio levels
int lvl = 0, minLvl = 0, maxLvl = 600; // tweak the min and max as needed
// instantiate the filter class for smoothing the raw audio signal
ExponentialFilter<long> ADCFilter(5,0);
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(115200);
// initialize the LED object
FastLED.addLeds<LED_TYPE,LED_PIN,COLOR_ORDER>(leds,N_PIXELS).setCorrection(TypicalLEDStrip);
FastLED.setBrightness(BRIGHTNESS);
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
// read the audio signal and filter it
int n, height;
n = analogRead(MIC_PIN);
// remove the MX9614 bias of 1.25VDC
n = abs(1023 - n);
// hard limit noise/hum
n = (n <= NOISE) ? 0 : abs(n - NOISE);
// apply the exponential filter to smooth the raw signal
ADCFilter.Filter(n);
lvl = ADCFilter.Current();
// // plot the raw versus filtered signals
// Serial.print(n);
// Serial.print(" ");
// Serial.println(lvl);
// calculate the number of pixels as a percentage of the range
// TO-DO: can be done dynamically by using a running average of min/max audio levels
height = TOP * (lvl - minLvl) / (long)(maxLvl - minLvl);
if(height < 0L) height = 0;
else if(height > TOP) height = TOP;
// turn the LEDs corresponding to the level on/off
for(uint8_t i = 0; i < N_PIXELS; i++) {
// turn off LEDs above the current level
if(i >= height) leds[i] = CRGB(0,0,0);
// otherwise, turn them on!
else leds[i] = Wheel( map( i, 0, N_PIXELS-1, 30, 150 ) );
}
FastLED.show();
}
CRGB Wheel(byte WheelPos) {
// return a color value based on an input value between 0 and 255
if(WheelPos < 85)
return CRGB(WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3, 0);
else if(WheelPos < 170) {
WheelPos -= 85;
return CRGB(255 - WheelPos * 3, 0, WheelPos * 3);
} else {
WheelPos -= 170;
return CRGB(0, WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3);
}
}
实验场景图 动态图
实验的视频记录
https://v.youku.com/v_show/id_XNTg4NzE0NDMxNg==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1
实验的视频记录(1分49秒)
https://v.youku.com/v_show/id_XNTg5MzA2OTI0MA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.3
实验的视频记录(50秒)
https://v.youku.com/v_show/id_XNTg5MzA4Mzc4OA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1
三春牛-创客2023.01.29
赞
三春牛-创客2023.01.29
厉害
feng05392022.10.11
很酷炫啊
驴友花雕2022.10.12
谢谢鼓励