КАКОГО ЦВЕТА МУЗЫКА?

На основе закона последовательного контраста и с использованием интегрирующих блоков удалось создать необычайно красивую динамичную картину, основанную на иллюзорной игре полутонов взаимо-дополнительных цветовых сочетаний.

Кроме того, в автоматическую часть схемы светомузыкального устройства заложены алгоритмы, реализующие и другие программы.

Когда высота звука повышается, фон окрашивается сочетаниями зеленого, голубого и желтого цветов, а вся радужная гамма «рисунка» движется вверх.

Увеличение громкости звука отображается большей насыщенностью красного или комбинацией любых других цветов спектра. А когда наступает музыкальная пауза, свет становится синим (цвет «тишины» — эффект Пуркинье).

При низких звуках появляются темные цвета, находящиеся внизу, при высоких — светлые, находящиеся вверху экрана. Гармоничным музыкальным звукам соответствуют гармоничные цветовые сочетания. Динамичные, нарастающие или спадающие по высоте и громкости звуки проявляют себя в медленном (интегральном) изменении цветовых тонов «фона», ритмика и архитектоника музыкальных фраз — в пространственном быстром движении световых пятен «рисунка».

Структурная схема светомузыкального устройства показана на рисунке 2. С источника звука — микрофон, магнитофон, ЭМИ — сигнал одновременно поступает на системы «фона» и «рисунка». Первая состоит из элемента выделения сигнала с ручной регулировкой коэффициента передачи, интегратора, блока коммутации, источника света с красным светофильтром. Другой элемент выделения сигнала имеет обратную пропорциональную зависимость от громкости звука.

Рис. 2. Структурная схема светомузыкальной установки: 1 — источник звукового сигнала, 2 — элемент выделения сигнала, 3 — интегратор, 4 — блок коммутации, 5 — источник света, 6 — красный светофильтр, 7 — элемент выделения сигнала, обратно пропорционального громкости звука, 8 — синий светофильтр, 9 — элемент выделения основной частоты звука, 10 — составной светофильтр, 11 — фильтр низких частот, 12, 13 — фильтры средних частот, 14 — фильтр высоких частот, 15 — источник света, 16-19 — составные светофильтры.

Этот блок имеет свои интегратор, коммутатор и источник света с синим светофильтром.

Элемент выделения венозной частоты звука соединен через интегратор и коммутатор с источником света с составным светофильтром зеленого, голубого и желтого цветов.

Система «рисунка» состоит из фильтров низких и высоких частот с ручной регулировкой коэффициента передачи. На выходах фильтров включены источники света, снабженные составными светофильтрами: фиолетовый с красным, синий с зеленым, голубой с оранжевым, желтый со светло-голубым.

Лучи света от систем «рисунка» и «фона» падают на экраны: один из матового оргстекла, другой — объемный, выполненный из набора прозрачных цилиндров, прилегающих вплотную.

Коммутационные блоки в системе «фона» позволяют подключать источники света со светофильтрами в любой комбинации к любому интегрирующему блоку. Создавая цветомузыкальную композицию, светохудожник использует различные вероятностные связи. Например, звук становится громче, и насыщенность цветовых сочетаний зеленого, голубого, желтого цветов возрастает. Кроме того, коммутационный блок позволяет применить в данном инструменте вращающиеся оптико-механические, трафаретные формообразователи с проекцией светового потока на плоский экран.

Светомузыкальный инструмент состоит из светоизлучающего объемного экрана и электронной логической части, выполненной на полупроводниковых приборах, с системой ручного управления.

Если звука нет, напряжение на выходе блока 7 (рис. 2) максимально, и экран светится синим светом. Когда громкость звука начинает возрастать, постепенно увеличивается насыщенность красного цвета системы «фона» (работают блоки 2-6). Звуки низкого звучания характеризуются слабой подсветкой фона зеленоватых оттенков (связаны с работой частотных блоков 9, 3 — 5, 10). Одновременно фильтры низкой частоты 11, 15, 16 создают в нижней части экрана «рисунок» пространственной динамики с оттенками фиолетового и красного. Если рисунок мелодии соответствует возрастающим по высоте звукам, фон зеленого, голубого и желтого цветов в верхней части экрана становится гуще, и цветовая гамма «рисунка» движется вверх по экрану с одновременным подсветлением цветовых сочетаний. При этом, если громкость музыкальных фраз незначительна, на экране преобладают зеленые, голубые и желтые тона (система «фона»). Когда же с увеличением высоты одновременно возрастает и громкость звука, на экране появляются оттенки красного цвета, а интенсивность синего уменьшается.

При спаде звуковой насыщенности экран приобретает более теплые оттенки, а гамма «рисунка» движется вниз.

Если при постоянной громкости звуковая насыщенность приобретает волнообразный характер, движение цветовой гаммы по высоте экрана соответственно меняется.

Высшая точка мелодии, совпадающая с наибольшим динамическим развитием (кульминацией), характеризуется максимальной насыщенностью всех цветов спектра с одновременным пространственным движением цветовых пятен по экрану.

Интегрирующие блоки следят за динамической огибающей по высоте и громкости, определяя направление мелодического развития музыкального произведения.

Опыт эксплуатации светомузыкальной установки показал, что наибольший эстетический эффект достигается при исполнении танцевальной и лирической музыки, например, из репертуара ансамблей электромузыкальных инструментов под управлением В. Мещерина, «Поющие гитары» и др.

* * *

На входе схемы светомузыкального устройства включен трансформатор Tpl с семью вторичными обмотками (рис. 1). К одной из них подключен ламповый индикатор Л1, определяющий интенсивность звукового сигнала. Постоянное напряжение на анод Л1 подается через выпрямительный мост Д1 — Д4 непосредственно от сети 220 В. С той же обмотки напряжение поступает на выпрямительный мост Д9 — Д12. На его выходе появляется напряжение, пропорциональное среднему значению амплитуды звукового сигнала (рис. 2), и поступает на интегратор (рис. 3) — эмиттерный повторитель на транзисторе Т1 с RC элементами, включенными в цепи базы (Rl, R2, С1).

Питание на интегратор подается от трансформатора Tpl через выпрямительный мост Д1 — Д4 и сглаживающий фильтр R5, С2.

Нагрузкой транзистора Т1 служит резистор R4. Напряжение с эмиттера Т1 снимается через переменный резистор R3.

Динамическая характеристика интегрирующего блока представлена на рисунке 4. Когда на вход интегратора поступает прямоугольный импульс величиной 3 В, выходное напряжение, постепенно меняясь, достигает значения 5 В через 20 с. Если сопротивление резистора R2 максимально, той же величины напряжение достигает через 40 с.

Большое значение имеет и время спада выходного сигнала после исчезновения входного импульса τ¹.

Чтобы получить эффект взаимодополнительных цветовых сочетаний, величины постоянных времени выбирают в соответствии с диаграммой (см. «М-К» №4). Постоянную времени интегрирования изменяют с помощью сдвоенного переменного резистора R2, R3. Для этих же целей служит переменный резистор R6 (см. рис. 1).

На рисунке 5 представлена схема блока управления тиристорами (БУТ), выполненная на транзисторах Т1 — Т4. Т1 — каскад формирования пилообразного напряжения. На входе следующего каскада Т2 — формирователя прямоугольных импульсов — сравниваются управляющее и пилообразное напряжения. В результате на коллекторе Т2 образуются прямоугольные импульсы, ширина и положение которых определяются величиной управляющего напряжения. Эти импульсы усиливаются по мощности (ТЗ) и запускают ждущий блокинг-генератор на транзисторе Т4. С обмоток III и IV трансформатора Tpl импульсы поступают в цепи управляющих электродов тиристоров. На выходе БУТ установлены RC фильтры (см. рис. 1), уменьшающие влияние на каналы высокочастотных помех при работе тиристоров.

Последовательно с тиристорами включены лампы Л22 — Л43 красного цвета и дроссель Др1, предотвращающий возможность проникновения в сеть высокочастотных помех, возникающих при работе тиристоров.

С обмотки III колебания звуковой частоты поступают на блок выделения сигнала, обратно пропорционального среднему значению амплитуды звука. Этот блок представляет собой схему сравнения. На нее подается опорное напряжение с мостового выпрямителя Д19 — Д22 и сглаженный после фильтра R13, С7 звуковой сигнал. Оба эти напряжения направлены встречно.

Когда звуковой сигнал отсутствует, опорное напряжение величиной около 5 В поступает через схему интегратора на БУТ и далее на лампы Л44 — Л48 синего цвета. Тиристоры в это время полностью открыты, свечение ламп максимально.

По мере увеличения звукового сигнала яркость синего цвета уменьшается. Когда интенсивность звука достигает предела, уровень сигнала с блока сравнения равен 0 (опорное напряжение равно напряжению звукового сигнала). Тиристоры закрыты, и лампы синего цвета не горят.

На рисунке 6 изображена статическая характеристика блока выделения управляющего сигнала, обратно пропорционального среднему значению амплитуды звука. Как видно из графика, при амплитуде входного сигнала, равной 0, выходной сигнал составляет 5 В, а при входном сигнале 3 В выходной сигнал равен 0.

С обмотки IV электрические колебания поступают на блок выделения управляющего сигнала, прямо пропорционального основной частоте звука (Tl, T2).

Каскад на транзисторе Т1 служит ограничителем частотных импульсов, которые затем через конденсатор С13 поступают на однокаскадный усилитель Т2. Далее импульсный сигнал с коллектора Т2 через конденсатор С14 поступает на цепочку Д29, Д30, С15, на выходе которой появляется напряжение, пропорциональное частоте поступающих импульсов.

На рисунке 7 представлена статическая характеристика этого блока. Выходной сигнал возрастает линейно при изменении частоты на входе от 50 до 3 тыс. Гц. На частоте 3500 Гц уровень управляющего сигнала имеет максимальное значение, равное 5 В.

С частотного блока сигнал поступает на интегрирующий блок и далее на БУТ, управляющий тиристорами Д31, Д32, в цепь которых включены лампы Л49 — Л72 зеленого, голубого и желтого цветов.

С обмоток V — VIII сигнал поступает на четыре канала усиления системы «рисунка». Вместе с пассивными LC фильтрами они предназначены для амплитудно-частотного анализа музыкальной фразы. Для регулировки уровней поступающих сигналов на входе LC фильтров включены потенциометры R36 — R39. Нагрузками усилителей являются лампы накаливания КМ-1.

Усилитель выполнен по типовой двухтактной бестрансформаторной схеме (рис. 8). При входном сигнале, равном 0,3 В, выходное напряжение усилителя составляет 6,5 В.

При налаживании схемы постоянный резистор R11 следует заменить на переменный сопротивлением 150 Ом, а затем подключить ее без нагрузки к источнику питания. Потребляемый ток при этом не должен превышать 20мА. Далее замеряют напряжение на коллекторе транзистора Т5: оно должно быть около 12,5 В. В противном случае его подбирают с помощью резистора R7. Затем к выходу усилителя подключают нагрузку и осциллограф, а на вход — звуковой генератор. На экране осциллографа наблюдают искажения формы сигнала. Их устраняют, регулируя переменный резистор R11. После этого замеряют величину сопротивления и вместо переменного впаивают соответствующий постоянный резистор.

Несимметрию ограничения обеих полуволн выходного напряжения (при большом сигнале на входе) исправляют подбором резистора R7.

После настройки к усилителю подключают фильтр и, подав сигнал на вход, проверяют работу канала в целом. Частоту настройки и полосу пропускания каждого канала устанавливают подбором величин индуктивностей и емкостей фильтров.

Ручное управление системой «фона» осуществляется с помощью переключателей В1 — ВЗ и переменных резисторов R8, R18, R31. В верхнем по схеме положении переключателей В1 — ВЗ блоки управления тиристорами оказываются подключенными к потенциометрам R8, R18, R31. Вращением движков меняем постоянные напряжения на входе БУТ, что и приводит к изменению интенсивности источников света системы «фона».

Рис. 1. Принципиальная схема светомузыкального устройства. Трансформаторы: Tpl — сердечник Ш12Х24, обмотка I содержит 70 витков провода ПЭВ 0,2, обмотки II — VIII имеют по 250 витков ПЭВ 0,08; Тр2 — сердечник Ш19Х38, обмотка I содержит 1510 витков провода ПЭВ 0,15 II — 228 витков ПЭВ 0,15, III — 50 витков ПЭВ 0,36, а обмотки IV — VI имеют по 76 витков ПЭВ 0,19; ТрЗ — сердечник Ш19X38, обмотка I содержит 1510 витков ПЭВ 0,17, II — 77 + 77 витков ПЭВ 0,8. Дроссели Др1 — ДрЗ намотаны на кольцах К30Х15Х7 из феррита М2000 и содержат по 105 витков провода ПЭВ 0,72.

Катушки фильтров имеют следующие данные: L1 содержит 4800 витков провода ПЭВ 0,08, L2, L3 имеют по 2700 витков, a L4, L5 — по 2200 витков провода ПЭВ 0,08 (каркас для катушек показан вторым цветом). Лампы накаливания: Л2 — Л21 КМ-1 на 6 В, 90 мА; Л22 — Л45, Л49 — Л72 СЦ-21 на ПО В, 8 Вт; Л46, Л47 криптоновые иа 220 В, 60 Вт; Л 48 криптоновая иа 220 В, 40 Вт. Постоянные резисторы — МЛТ-0,25, переменные — СП-1. Конденсаторы: С1, С5, С6, С9 — С23 МБМ; С2, СЗ, С4, С7, С8, С24, С25 — электролитические К50-3 или К.50-6.

Рис. 3. Принципиальная схема интегратора. Трансформатор Tp1: сердечник Ш12Х18, обмотка I содержит 3880 витков провода ПЭВ 0,08, обмотка II — 360 витков ПЭВ 0,1. Постоянные резисторы — МЛТ-0,25, переменные — СП-1; конденсаторы — электролитические К50-6.

Рис. 5. Принципиальная схема блока управления тиристорами (БУТ). Трансформатор Tpl намотан на кольце К30Х15Х7 из феррита М2000; обмотки I — IV содержат по 80 витков провода ПЭВ-1 0,23. Постоянные резисторы — МЛТ-0,25. Конденсаторы: С1 — К.50-6; С2, СЗ — МБМ.

Рис. 8. Принципиальная схема канального усилителя системы «рисунка». R13 — термистор ЛШТ-12; R16, R17 — проволочные резисторы, остальные — МЛТ-0,25. Конденсаторы: С1 — С4, С6 — К50-3; С5-КЛС или КСО.

* * *

Светомузыкальное устройство состоит из электронной системы управления и объемного экрана, соединенных многожильным кабелем (рис. 1).

Блок электронного управления размещен в деревянном корпусе. На его переднюю стенку наложена фальш-панель из тонкого дюралюминия, на которую фотолитографическим способом нанесены пояснительные надписи (рис. 2). Панель условно разделена на два сектора: «фон» и «рисунок».

Регуляторы ручного управления выполнены в виде вращающихся дисков. В левой части панели вырезано окно под электронно-лучевой индикатор.

На задней стенке корпуса находятся разъемы для подключения силового кабеля, источника сигнала и сети.

Объемный П-образный экран размером 1000X360X260 мм состоит из двух частей: светящейся и декоративной.

Декоративный экран спереди выполнен из полированных тонкостенных трубок Ø10Х1 мм, расточенных в верхней части под Ø9,2+0,05 мм на глубину 25 мм.

Боковые панели — из листового дюралюминия толщиной 10 мм. На их внешней поверхности выфрезерованы вертикальные канавки сечением 1X0,5 мм, а сверху в торец просверлены отверстия Ø9,2 мм глубиной 25 мм.

Тонкостенные трубки и боковые панели закреплены на основании, изготовленном из листового дюралюминия толщиной 10 мм.

Светящийся экран набран из прозрачных стеклянных стержней Ø9 мм. Они вставлены в соответствующие отверстия декоративного экрана.

Спереди весь экран слегка вогнут (R = 880 мм). Это придает ему определенную стройность, легкость и объемность.

Сверху конструкция скреплена крышкой, выполненной из дерева и металла. Снизу основания установлены декоративные ножки.

Внутри светоизлучателя расположен П-образный каркас, изготовленный из листовой стали толщиной 1 мм. На нем закреплены 72 патрона «Миньон» под электролампы СЦ-21 на ПО В, 8 Вт, а также 48 патронов ДК.Л под лампы КМ-1 на 6В х 90 мА (см. вкладку).

Для создания мягких оттенков различных полутонов между лампами и стеклянными стержнями помещен экран из молочного органического стекла. А чтобы удобно было заменять лампы, каркас может поворачиваться на шарнирах, закрепленных на боковых панелях.

Задняя стенка — съемная. Она изготовлена из листа дюралюминия Д16Т толщиной 1 мм.

Подсветка экрана синим цветом осуществляется фонарем (рис. 3), находящимся в основании. Фонарь выполнен из жести. В нем установлены три электропатрона Е-27 с лампами 40 Вт на 220 В. Они закрыты синим светофильтром. В фонаре есть вентиляционные отверстия, просверленные в таком месте, чтобы не засвечивать экран.

Рис. 1. Конструкция светомузыкального устройства: 1 — силовой кабель. 2 — основание, 3 — декоративные трубки, 4 — стеклянные стержни, 5 — крышка, 6 — ножка (4 шт.), 7 — блок электронного управления, 8 — сетевой шнур, 9 — розетка для подключения источника сигнала, 10 — каркас с лампами, 11 — экран (оргстекло молочного цвета), 12 — боковая панель.

Рис. 2. Лицевая панель блока электронного управления: 1 — регулятор уровня входного сигнала, 2 — сетевой выключатель, 3 — электроннолучевой индикатор, 4 — регуляторы времени интегрирования в автоматическом режиме, 5 — регуляторы интенсивности света в автоматическом режиме, 6 — переключатели ручного Р и автоматического А режимов, 7 — регуляторы интенсивности света в режиме Р.

Чертежи для печати

Источник: "Моделист-Конструктор" 1977, №4, 5, 6
Scan: Владимир Петрушенко