VUmetro

El VUmetro es un dispositivo que es capaz de medir el volumen de una señal, es decir, nos dice que tan fuerte está transmitiéndose una señal cualquiera, en el caso de una onda sonora, nos referimos a su volumen.





Para este proyecto, ocuparemos:
  • 1 condensador de 10 microFarads (C1)
  • 1 resistencia de 1 MegaOhm (R1)
  • 4 OpAmp LM741
  • 5 resistencias de 1 kOhm  (R2,R3,R4,R5,R6)
  • 4 resistencias de 510 Ohm (R7,R8,R9,R10)
  • 4 LED´s
Ahora, el esquemático es el siguiente


Figura 1



Iré explicando por partes cada sección

1. El cuadro 1 encierra un circuito que se llama filtro paso alto

Figura 2
La gracia de este circuito es que sólo deja pasar las frecuencias altas (como esos efectos de los equipos de música en que sólo dejan pasar los sonidos agudos), entre ellas la componente de frecuencia cero, o más conocida como componente continua.
Lo anterior puede no quedar claro del todo, por lo mismo en la figura 3, esto se ve de forma visual.


Figura 3

Si nos fijamos bien, vemos dos ondas sinusoidiales idénticas, sin embargo, la primera tiene una componente continua v cte (está centrada en v cte), en cambio la segunda (de abajo) está centrada en cero. Este efecto es exactamente lo que se logra al hacer pasar una señal de alta frecuencia por un filtro pasa altos, lo que se quiere es eliminar su componente continua, también llamda "Offset". El por qué queremos eliminar la componente continua lo veremos más adelante.

2.  El segundo bloque es un divisor de voltaje. si nos fijamos en la figura 1, tenemos el siguiente esquema

como hacia el OpAmp no circula corriente, entonces el circuito es un simple divisor de tensión o también conocido como divisor de voltaje. Si sacamos las cuentas, veremos que en cada punto irá un múltiplo de la tensión Vcc, por ejemplo en 1 irá Vcc - Vcc/5, luego en 2 irá Vcc - 2Vcc/5 y así sucesivamente. ¿Qué hubiese pasado si R2, R3, R4, R5, R6 hubiesen sido de 10 kOhms en vez de 1 kiloOhm? ¿Y si no fuesen iguales? Piénsenlo.

3. Bloque Comparador:  el OpAmp tiene 2 modos de modelarse, el típico es el que se ocupa cuando está retroalimentado

Y en este caso Vout es igual a Vin, sin embargo también está la configuración comparador, y es así


En este caso Vout = Vs+ si es que V+ > V-
                    Vout = Vs- si es que V+ < V-

Por lo tanto, para nuestro circuito, si el Voltaje proveniente del bloque 1 es mayor a la que sale del bloque 2, entonces Vout = Vcc, de lo contrario, Vout = GND = 0 volts.

4. LED: el símbolo que se muestra en el bloque 4 es un LED (Light-Emitting Diode).
Si Vout = Vcc, entonces el LED como se ve expuesto a una diferencia de potencial, se prende, de lo contrario se mantiene apagado, ya que si hay 0 volts en ambos extremos, es imposible que circule corriente.


Ahora que sabemos lo que hace cada bloque, creo que ya tienen una idea de como funciona el circuito. Si no, acá viene la explicación.
La señal que viene del audio, pasa por el filtro pasa-altos (bloque 1), el filtro la centra en cero volts. Luego esta entra al V+ de los 4 Opamps.
El divisor de voltaje (bloque 2), toma Vcc y lo segmenta en 4 voltajes (4Vcc/5, 3Vcc/5, 2Vcc/5, Vcc/5).
El comparador 1 (bloque 3), toma V audio previamente filtrada y lo compara con  4Vcc/5, y si V audio es mayor a 4Vcc/5 entonces Vout1 es Vcc, el comparador hace lo mismo pero con 3Vcc/5, el comparador 3 con 2Vcc/5 y el cuarto comparador con Vcc/5.
Finalmente una representación de lo que ocurre en el tiempo, es representado en la siguiente figura


como pueden ver, la señal en azul es la señal que sale del pasa-altos y las rayas horizontales son los voltajes del divisor de voltaje, a medida que la señal de audio crece en amplitud, los comparadores van arrojando que Vcc+ es mayor al voltaje comparado por consiguiente, el LED se prende.
¿Qué hubiese pasado si no hubiese bloque 1, es decir no hubiese filtro pasa altos? Pues bien, si observan la figura 3, verán que la señal sería V audio = Vcte + Vsin(wt), por lo tanto si Vcc no fuese muy grande, entonces V audio siempre sería mayor a  4Vcc/5, 3Vcc/5, 2Vcc/5, Vcc/5 y por lo tanto los LED´s estarían siempre prendidos, lo que claramente deja sin funcionalidad alguna a nuestro proyecto y daría como resultado muchos alumnos cabezeándose con qué cable está mal conectado o si algo podría estar quemado.
Como ven, el filtro pasa-altos no es algo completamente exótico sino que es muchísimamente más aplicado y común de lo que nosotros creíamos.

Si quieres llevar este proyecto al otro extremo entonces te recomiendo agregar más resistencias al divisor de tensión, en la misma cantidad de OpAmps, así obtendras un mayor rango de comparación, también si quieres obtener un efecto más Pro, te recomiendo reemplazar los LED´s por ampolletas de 220 Volts y las R7, R8, R9, R10 por Relays, así podrás darle un efecto algo más discotequero. En fin, hay muchas posibilidades, también podrías reemplazar la entrada de audio por un micrófono y podrías poner a prueba tus dotes de tenor, en fin, las posibilidades son ilimitadas.
Saludos.

1 comentario:

  1. Aqui tienes un programa escrito en Delphi que toma la señal input del PC y funciona como un vúmetro por si te interesa.
    http://delphimagic.blogspot.com.es/2012/10/vumetro.html

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