МУЗЫКАЛЬНАЯ ПАЛИТРА

О простейших устройствах для цветового сопровождения музыкальных программ наш журнал уже рассказывал (см. «М-К», 1990, № 5, «Сито» для тока»). Между тем данная область искусства, необычайным образом соединившаяся с электроникой, настолько многообразна и интересна, что мы решили рассказать о ней подробнее.

Появление цветомузыки предсказал еще в 1902 году английский физик А. Майкельсон. А ее зарождение связывают с именем выдающегося русского композитора А. Скрябина: в 1910 году он написал свою ныне всемирно известную симфоническую поэму «Прометей». В ее партитуру была включена партия нового инструмента — светового органа.

Что же такое цветомузыка? По замыслу А. Скрябина — это синтез музыки и света, при котором каждой ноте музыкального произведения соответствует строго определенная цветовая гамма. Такое сочетание способно вызвать у слушателя совершенно новые ощущения и переживания.

Сейчас цветомузыка успешно применяется в кино, театре, на телевидении. Особенно популярна она у. молодежи — трудно представить себе школьный вечер, дискотеку или выступление рок-группы без цветового сопровождения.

Множество энтузиастов-самодельщиков занимается разработкой и созданием различных цветомузыкальных установок (сокращенно ЦМУ). Существует даже специализированное конструкторское бюро «Прометей» при Казанском авиационном институте, которое вот уже в течение нескольких десятилетий успешно осваивает эту необычную область искусства.

Цветомузыка невозможна без электроники. Именно она и позволяет создать неповторимую палитру света. Однако между звуком и его красочной интерпретацией — длинный путь. Сначала звук превращается в электрический сигнал, усиливается, расшифровывается, затем происходит включение строго определенных по цвету светильников, и лишь после этого зритель имеет возможность не только услышать музыку, но и «увидеть» ее.

Рассказать в журнале все о цветомузыке, конечно же, невозможно. Поэтому остановимся лишь на одной ее области, особенно популярной в последние два десятилетия. Речь идет о ЦМУ для автоматического светового сопровождения музыкальных программ. Причем не о всех сразу, а только о самых простейших, используемых для динамической подсветки музыки, воспроизводимой через магнитофоны, радиоприемники, электрофоны и т. д.

Многим читателям, вероятно, не раз приходилось наблюдать, как работают ЦМУ. Подключаешь такое устройство, например, к проигрывателю, и на экране установки возникают разноцветные блики, мерцающие и переливающиеся в такт с музыкой. Как же удается получить этот эффект!

Чтобы осуществить простейшее автоматическое световое сопровождение музыкальной программы, спектр колебаний, воспроизводимых акустической системой, с помощью электрических фильтров разделяют на три полосы: высоких, средних и низких частот. Обычно первым соответствует синий цвет, вторым — зеленый, третьим — красный. При воспроизведении фонограммы добиваются с помощью электронного устройства различных сочетаний цветов и их яркостей на проекционном экране.

Функциональная схема цветомузыкальной установки, позволяющей получить этот несложный эффект, показана на рисунке 1. Разберемся, как она действует. А для этого представим, что мы соединили вход ЦМУ с выходом низкочастотного усилителя. При этом электрический сигнал будет поступать на входное устройство. Чаще всего оно выполняет роль усилителя или развязки, предотвращающей влияние ЦМУ на выходные каскады УЗЧ, а иногда и того и другого. Затем сигнал поступает в каналы, разделяющие весь частотный спектр на три полосы: высокочастотную, среднечастотную и низкочастотную. В том, как это происходит, нам помогут разобраться графики, представленные на рисунке 2.

Во все три канала проходят сигналы широкого частотного спектра (рис. 2а). В верхнем по схеме канале, установлен ВЧ-фильтр. Он пропускает только высокочастотные колебания (рис. 2б). Они усиливаются и поступают на лампу синего цвета, вызывая ее свечение с яркостью, зависящей от частоты и амплитуды сигнала. Чем они больше, тем больше яркость свечения лампы, и наоборот. Нижний по схеме канал имеет НЧ-фильтр, который пропускает только низкочастотные колебания (рис. 2г). При этом горит красная лампа. И наконец, в центральном по схеме канале установлен полосовой фильтр, выделяющий колебания, лежащие в середине частотного диапазона (рис. 2в). При их появлении зажигается зеленая лампа.

Таким образом, свечение той или иной лампы соответствует строго определенной полосе частот, воспроизводимых усилителем. А поскольку любое музыкальное произведение представляет собой гармонию звуков самой различной тональности, то их световая интерпретация выглядит как затейливое сочетание трех основных цветов, образующих при смешении новые красочные комбинации, разнообразные по составу и яркости. Такой результат достигается за счет того, что проекционный экран делают чаще всего из матового полупрозрачного материала, рассеивающего свет.

В последние пятнадцать-двадцать лет радиолюбителями и специалистами создано много разнообразных цветомузыкальных устройств — от самых простых до самых сложных. Выпускает такие установки и наша промышленность. Однако для начинающих радиолюбителей, большинство из которых еще только учится в школе, они не по карману. Поэтому мы предлагаем вам самостоятельно изготовить несложную установку для цветового сопровождения музыкальных программ.

Несмотря на свою простоту, она позволяет получить неплохой зрительный эффект, имеет достаточно высокую чувствительность. Такую установку можно подключать к катушечному или кассетному магнитофону, проигрывателю или электрофону, радиоприемнику или телевизору, а также к усилителю ансамбля электромузыкальных инструментов. Она украсит любой домашний праздник, школьный вечер или дискотеку.

Установка имеет следующие электрические параметры. Питание — от сети переменного тока напряжением 220 В. Нагрузкой ЦМУ служат сетевые накальные лампы с суммарной мощностью до 200 Вт в каждом канале (их три: высокочастотный, среднечастотный и низкочастотный). Максимальный ток, потребляемый цветомузыкальной установкой от сети, не превышает 2,7 А. Мощность входного сигнала должна быть не менее 300 мВт, поэтому устройство необходимо соединять с выходом источника звукового сигнала, рассчитанного на подключение дополнительных громкоговорителей.

А теперь познакомимся с принципиальной схемой установки (рис. 3). Каково назначение ее элементов? Трансформатор Т1 осуществляет гальваническую развязку между выходом усилителя звуковой частоты и входом ЦМУ, а также повышает амплитуду входного сигнала. Конденсаторы С1, С2 и дроссели L1, L2 образуют три фильтра: С1 — высокочастотный, L1C2 — среднечастотный, L2 — низкочастотный. Транзисторы VT1—VT3 вместе с резисторами R1—R3 составляют три усилительных каскада — по одному на каждый частотный канал. Симметричные тринисторы VS1 — VS3 выполняют роль электронных ключей, управляющих работой осветительных ламп EL1— EL9. Схема подключения симисторов обладает одной особенностью, упрощающей устройство. Как видно из рисунка, переход катод — управляющий электрод каждого симистора включен в коллекторную цепь соответствующего транзистора и выполняет роль ее нагрузки. Накальные лампы расположены за полупрозрачным экраном на лицевой панели установки и своим мерцанием в такт мелодии сопровождают ее цветовыми переливами различных оттенков. Трансформатор Т2, диодный блок VD1 и конденсатор С3 образуют сетевой источник питания, собранный по двухполупериодной схеме выпрямления переменного тока. Так как высокая стабильность питающего напряжения в данном устройстве не требуется, стало возможным отказаться от транзисторного стабилизатора, используемого нами в предыдущих конструкциях, и заменить его всего на один оксидный конденсатор большой емкости, что также несколько упростило конструкцию ЦМУ.

Поясним, как действует цветомузыкальная установка. После ее соединения с радиоприемником, магнитофоном или телевизором и включения питания тумблером Q1 электрический сигнал звуковой частоты широкого спектра поступает с выхода УНЧ на вход ЦМУ. Трансформатор Т1 повышает амплитуду входного сигнала в 2—6 раз, после чего он следует на входы фильтров. НЧ-фильтр свободно пропускает низкочастотную составляющую сигнала в диапазоне 20—300 Гц и задерживает составляющие более высоких частот. ВЧ-фильтр, наоборот, пропускает высокочастотный сигнал в интервале от 1000 до 20 000 Гц и «гасит» сигналы более низких частот. И наконец, фильтр средних частот пропускает сигналы, лежащие в середине частотного диапазона — от 300 до 1000 Гц. Так происходит разделение входных сигналов по трем каналам.

Далее они усиливаются транзисторами VT1—VT3 и через ограничительные резисторы R1—R3 поступают на управляющие электроды симисторов VS1—VS3. Последние открываются, и в нитях накала ламп EL1—EL9, включенных в анодные цепи симисторов, возникает электрический ток, вызывающий их зажигание.

А как поступить, если у вас не оказалось необходимых симисторов? В этом случае их можно заменить на обычные тринисторы. Правда, в результате немного изменится принципиальная схема цветомузыкальной установки. Во-первых, понадобятся четыре мощных выпрямительных диода; во-вторых, придется изменить полярность подключения источника питания — «плюс» соединить с общим проводом, а «минус» с потенциальным; и в-третьих, транзисторы со структурой n-p-n нужно будет заменить на p-n-p приборы. Какие изменения произойдут в схеме ЦМУ при такой доработке, ясно из рисунка 4.

Разобравшись в принципе действия ЦМУ, можно приступать к ее сборке. Большинство радиоэлементов устройства помещаются на монтажной плате размерами 125Х65 мм, выполненной из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита толщиной 1,5—2 мм. Чертеж такой платы со схемой расположения элементов показан на рисунке 5. Транзисторы и симисторы (или тринисторы — в зависимости от собранного вами варианта схемы) необходимо установить на алюминиевые теплорассеивающие радиаторы, которые, в свою очередь, закрепляются на монтажной плате. Их конструкция показана на рисунке 6. Полупроводниковые приборы соединяются с токопроводящими дорожками платы при помощи отрезков тонких многожильных проводов в хлорвиниловой изоляции.

Расскажем о деталях, которые можно применить в установке. Симисторы — КУ208В, КУ208Г или любые из серии ТС122-20, ТС122-25. Если вы собрали второй вариант ЦМУ, то для него подойдут обычные тринисторы КУ201К, КУ201Л, КУ202К— КУ202Н. Транзисторы — марки КТ601— КТ603, KT602(M), КТ608, КТ801, КТ805(М), КТ807, КТ815, КТ817, КТ819 с любыми буквенными индексами. Во втором варианте устройства можно применить любые транзисторы из серий П213— П217, П306, ГТ402, ГТ403, КТ814, КТ816, КТ818. Диодный блок — КЦ402, КЦ405, КЦ407, КЦ410 с любым буквенным индексом. Вместо него подойдут четыре маломощных диода типа Д7, Д206, Д226, Д237, включенные по мостовой схеме. Во втором варианте установки двухполупериодный выпрямитель VD2—VD5 нужно составить из четырех мощных диодов, например, Д233, Д245, Д246. Конденсаторы C1, С2 — малогабаритные керамические марки КМ5 или КМ6. Оксидный конденсатор С3 — типа К50-6, К50-16, К50-20 емкостью 500—4000мкФ на напряжение не ниже 16 В. Резисторы — любой марки сопротивлением 51—68 Ом и мощностью не менее 1 Вт (маломощные резисторы не подойдут, так как в процессе работы будут перегреваться и выходить из строя). Сетевые накальные лампы — мощностью по 20—60 Вт каждая. Предохранители должны быть рассчитаны на ток 1—3 А (в зависимости от суммарной мощности используемых вами ламп). Тумблер — любой сетевой, например, Т3-С, ТВ1 или ТВ2. Вилка ХР1 должна быть рассчитана на подключение к соответствующей розетке звуковоспроизводящего устройства. ХР2— стандартная сетевая вилка.

Отдельно расскажем о трансформаторах и дросселях.

В качестве входного трансформатора Т1 можно использовать согласующий или выходной трансформатор от старых транзисторных или ламповых радиоприемников. Соотношение количества витков между двумя обмотками должно быть в пределах 1/6—1/2. Обмотку с меньшим количеством витков подключают к выходу низкочастотного усилителя. Если такого трансформатора не нашлось, подойдет маломощный унифицированный TA1, ТА2, ТА5 или ТА7. Сетевой трансформатор Т2 — малогабаритный, мощностью 5—25 Вт с напряжением вторичной обмотки 9—12 В (например, TA1, ТА2, ТА11 — ТА13, ТА18 или любой из серии ТПП).

Конструкция дросселей показана на рисунке 7. В качестве сердечников в них используются отрезки ферритового стержня марки 400НН или 600НН диаметром 8—10 мм и длиной 23—25 мм. Дроссель L1 содержит 600 витков провода ПЭВ, ПЭЛ или ПЭЛШО диаметром 0,1—0,15 мм, а дроссель L2—1000 витков того же провода. Они наматываются поверх бумажных каркасов с боковинами, предохраняющими провод от «соскальзывания» с катушки. Та часть сердечника, которая выступает за пределы каркаса, вставляется в специальное отверстие в монтажной плате и фиксируется клеем «Момент», БФ-2 или эпоксидной смолой.

Все элементы ЦМУ разместите в корпусе размером 600X600X220 мм, сделанном из фанеры толщиной 5—10 мм.

Для экрана подойдет матовое или рифленое оргстекло. Можно также использовать прозрачный плексиглас, положив на него с внутренней стороны лист кальки или пергаментной бумаги. Баллоны ламп необходимо покрасить цветными лаками. Лампы EL1—EL3 в синий цвет, EL4—EL6 в зеленый и EL7—EL9 в красный. Их установите напротив центральной части экрана, расположив так, как это показано на рисунке 8.

Лампы лучше всего закрепить на листе фанеры размером 580X580 мм и толщиной 4—6 мм. Он устанавливается внутри корпуса в вертикальном положении при помощи крепежных скоб. Монтажную плату и трансформаторы расположите на дне корпуса. Держатель предохранителя и тумблер закрепите на задней стенке. Ее желательно сделать съемной, чтобы в случае необходимости иметь доступ к «внутренностям» установки. В задней стенке просверлите два отверстия — одно для сетевого шнура, а второе для проводов, соединяющих ЦМУ и звуковоспроизводящее устройство. Все монтажные соединения внутри цветомузыкальной установки выполните тонкими многожильными проводами в хлорвиниловой изоляции. Корпус покройте нитрокраской или оклейте пленкой «под дерево».

Собранное устройство не нуждается в налаживании. Если в монтаже не допущено ошибок и применены исправные детали, оно начнет работать сразу же после включения.

В завершение о небольшой доработке, которую можно сделать в ЦМУ: установить дополнительную лампу для создания небольшого светового фона во время воспроизведения фонограмм и в паузах между ними. Для этой цели подойдет обычная сетевая накальная лампа мощностью 20—40 Вт, подключенная параллельно сетевым выводам трансформатора Т2. Если она будет создавать слишком яркий световой фон, то последовательно с лампой можно включить маломощный выпрямительный диод (например, Д7, Д226, Д237). Полярность его соединения значения не имеет. Лампу покрасьте желтым лаком и расположите ее напротив центральной части экрана.

В. ЯНЦЕВ