Análisis y modificación modulo vúmetro de 32 LEDs

Hola, les comparto este análisis sobre un módulo comercial ofrecido como indicador de audio de 32 Leds.
Como he comentado en otro artículo, me pareció interesante este proyecto para incorporar a mi colección un display a partir de un microcontrolador y verificar el funcionamiento de estos módulos económicos que ya vienen armados y listos para usar. De los que adquirí un par.
El que voy a utilizar es el siguiente: Modulo 32 Leds Vumetro Indicador Nivel Audio Stereo 5-30v

Foto VU ML.JPG
Figura 1: Módulo bajo análisis

Análisis del módulo medidor de audio

Podríamos llamar a esta sección “destripando al bicho”, pero la ciencia prevalece en la tarea de desentrañar sus misterios.
La primera impresión es buena, está bien construido, sólido y compacto. Trae un panel gris para el frente y el cable para el conector.
Consta de 4 barras de LEDs, pero de 8 segmentos no de 10 como es habitual. Punto extraño.
El procesador es un STC8H1K16 (de la familia del 8051) configurado con dos entradas analógicas y las 30 salidas a través de un sistema de multiplexado, tiene 32 patas en encapsulado LQFP32.
Además trae un regulador de 5V (acepta cualquier tensión de entre 9 y 20V), un LM358 como “rectificador ideal” con un diodo, dando sólo media onda. Otro punto feo.
Del circuito levantado en la Figura 2, se observa que el opamp se encarga de la rectificación, la ganancia está dictada por la proporción de resistencias y los tiempos de integración por los capacitores. De lo que destaco que el tiempo de carga está en los 60 ms y el de descarga en unos 800 ms. La frecuencia mínima esta dada por el capacitor de entrada y el potenciómetro de nivel y ronda los 60 Hz. La máxima Dios dirá, cuando lo mida.

rectificador original VU.jpg
Figura2: Etapa de entrada de cada canal
Les muestro en detalle los componentes en la plaqueta:


Detalles placa VU digital.jpg

Figura 3: Distribución de los componentes en el módulo.​


De las mediciones realizadas sobre el módulo extraje la siguiente tabla:

1668208719740.png
Tabla1: Sensibilidad de paso de cada LED​

De la Tabla 1 podemos reconocer que la escala es logarítmica porque el indicador es lineal en tensión (no en dB), o sea parecida a la escala de un vúmetro. Aunque es algo menor, porque la de un VU tiene 23 dB.
El Led inferior esta siempre encendido, es la luz piloto, no mide. Y los tres primeros encienden juntos y tienen histéresis, o sea necesitan más tensión para encender que para apagar, esto podría ser por una cuestión de no medir ruido o un bug de programación, así que mide más cuando baja, que cuando comienza a medir. (¿?)
Es evidentemente un indicador de valor pico y la integración trabaja en la bajada. De los modos de display con que cuenta, dos me parecieron más útiles, el de solo barra y el de barra y memoria de máximo, dejando encendido el último LED.
En el modo de memoria de máximo hay algo interesante, si bien el tiempo de descenso es de 800 ms, para memorizar el máximo se ha hecho de 3 segundos, dando la sensación de valor pico. Que en realidad casi lo es. Pero tiene un buen sobre impulso, por lo que puede mostrar valores mayores a los reales (de hasta 3 dB!).
El rango total apenas supera los 20 dB, aunque sería como un vúmetro, esto es un medidor de valor pico y en el mejor de los casos de valor medio, (nada que ver con la balística de un vúmetro, que se aproxima a los valores RMS), lo que lo identifica como un medidor con indicación imprecisa.
Otra “non grata” sorpresa fue su respuesta en frecuencia, de la que les muestro la curva en la Figura 3.

1668209072785.png

Figura 4: Respuesta en frecuencia​

De la Figura 4 podemos extraer que mide más en frecuencias medias, en graves cae y en agudos ni te cuento, arriba de 4KHz, cae estrepitosamente. Otro ítem aplazado.
Con respecto a la escala, es un medidor lineal con aproximadamente 11 mV por segmento, así que hacer una caratula en dB exige hacerla logarítmica. Realice una plantilla para hacerle la escala acorde a su medición, la calcule con Excel y luego dibuje e imprimí una adecuada con Corel Draw, como muestra la Figura 5.

1668209477554.png

Escala VU original.jpg

Figura 5: Escala calculada​

Para que vean su funcionamiento paso un video de YouTube que subí en:
.

Modificación propuesta

Como me decepcioné algo con su funcionamiento, me propuse aplicar mi experiencia con medidores para mejorar la etapa rectificadora que es el punto mas débil del módulo, y vamos a ver qué pasa. :cool:
Entonces en una plaquetita armé el siguiente circuito:
Conversor RMS VU Digital.JPG
Figura 6: circuito implementado para la modificación RMS

adaptador RMS Plaquita.jpg
Figura 6b: Placa del Conversor RMS agregada​

Sin entrar en demasiados detalles, da el valor RMS con un tiempo de integracion de 400ms, como es de estilo. Para obtener la tensión negativa use un 7660, y lo conecté directamente a las entradas de los conversores A/D del micro. Para lo cual quité el diodo y el capacitor de cada canal, no hace falta más para aislar las entradas originales. Los 5V los tomé del propio regulador, de manera que sigue siendo alimentado con 9 a 12V.
Con lo que logré tener 11mV por dB, dándome una escala bastante lineal (en dB !!) como la que muestro en la figura 7:

Vumetro digital escala RMS.jpg

Figura 7: Escala en dB​

Su funcionamiento con este agregado, a mi criterio, es muy superior.

Pero me dije, si no se ve el funcionamiento dinámico, no se comprenderá la diferencia de la mejora propuesta, por lo que se me ocurrió para mostrarles cómo es su desempeño real, tomar mi teléfono y grabar algunos clips de muestra, por lo que les paso los siguientes videos:
  • Este muestra un tema musical conocido (Ana no duerme – Almendra), para ver cómo se comportan ambas versiones, y comparar su dinámica y la calidad de su representación del contenido musical.
  • Este muestra el desempeño con música incidental, con más rango dinámico. Aquí se ve cómo el valor medio tiene mucho más desplazamiento por su pendiente mas abrupta, fatigoso de ver, a mi criterio.
  • En este utilicé material percusivo, mostrando la respuesta de ambos ante impulsos y transitorios. Amén de la respuesta en frecuencia del módulo original para el que "no existen" los graves.
  • Por último, aplicando el método de identificación de medidores de audio, muestro cómo se comportan las dos versiones ante un tono continuo y uno entrecortado al 50%, pasando de un Factor de Cresta de 3 dB a uno de 6 dB, pero con la misma amplitud.

Este último video muestra fehacientemente cómo un medidor de pico siempre marca el máximo de amplitud, no la energía, la que cae 3 dB en una onda senoidal al ser el ciclo de trabajo del 50 %. Cómo muestra de lo que debe hacer un medidor de audio para dar una indicación valedera.

Conclusiones

Espero que vean que adquirir un módulo de medición , no siempre es una buena solución. Si uno no entiende lo que está midiendo, mide cualquier cosa y ese instrumento no sirve para nada serio. La escala se la tuve que hacer yo, porque no se provee ningún parámetro técnico. Entonces, aunque los microcontroladores sean el presente en medidores, deben estar bien programados y el que realiza el código, entender lo que está haciendo. Estos medidores chinos distan mucho de ser eficaces más allá de indicar la presencia de señal y alguna idea de su amplitud, pero no son útiles para alguna aplicación... digamos más profesional.

Por otro lado esta pequeña modificación ( o alguna otra que puedan imaginar), les da más utilidad al convertir su display en algo coherente, con algún parámetro identificable por un operador que lo utilizaría para hacer ajustes de nivel.
Tanto me gusto el resultado que armé un medidor autónomo, aprovechando algunas partes que tenía desperdigas por allí y quedó bonito, artesanal, hasta diría con un aspecto comercial… :giggle:

Proto 22 inclinado.jpg

Hasta el próximo loco proyecto, mis electrónicos amigos!
 

Adjuntos

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