[18호]스펙트럼 아날라이저 만들기!!

눈과 귀가 모두 즐거운 스펙트럼 아날라이저 만들기!! 글 | 이민주 객원기자 itstyle@itstyle.kr

작업할 때, 운동을 하거나 공부를 할 때 음악과 함께 하면 때로는 능률이 오르거나 집중하게 한다. 하지만 쉬는 시간 또는 음악만을 위해 시간을 투자하는 사람들은 음악을 감상하며 눈을 어디에 두어야 할까? 명상을 한다며 항상 눈을 감을 순 없는 노릇이다.
클럽이나 노래방에서 큰 음악과 함께 조명은 분위기를 한층 더 띄워준다. 가정에서 커다란 조명을 가져다 둘 수 없으니 소형화된 스팩트럼 아날라이저가 생기면 좋겠다는 생각을 했다.
단순 악세사리 역할은 물론이고 실용성을 높이기 위해 라인선택 기능을 추가하여 두가지 소스기기를 연결할 수 있도록 하였다.

1. 제작에 필요한 부품들과 공구이다.

2. LED ARRAY 삽입 화면부가 가장 중요하므로 먼저 제작할 것이다. 머릿속으로 LED의 배치를 구상하고 전면부 PCB에 LED를 부착한다. 좌·우 간격을 잘 생각하여 LED Array를 순서대로 끼운다. 극성이 있으므로 모두 같은 방향으로 배치한다.

3. 납땜
기판을 뒤집어 납땜한다. 부품이 빠지지 않게 손으로 고정한 상태에서 뒤집는다. 납땜은 모서리 한쪽을 먼저 납땜하고 손으로 살짝 누른 상태에서 납을 녹여 완전히 밀착한다. 대각선 위치의 핀에도 같은 방법으로 밀착하여 납땜한 후 나머지도 납땜한다.

4. 눈금 LED 삽입
LED Array는 10개지만 음압의 높이를 쉽게 가늠하도록 좌우에는 눈금 표시용 LED를 취향에 맞게 적절히 배치한다. 전원이 켜지면 항상 켜있는 LED이다.

5. 주파수 LED 삽입
LED Array 아래 10개의 정사각형 LED를 부착한다. 주파수 영역 표시용 LED로 사용될 것이고 남는 LED는 모드표시나 채널, 버튼 조광용으로 사용될 것이다. 일부 상태 표시 LED를 제외하면 눈금LED처럼 항상 켜있는 LED들이다.

6. 스위치 삽입
LED Array 아래 10개의 정사각형 LED를 부착한다. 주파수 영역 표시용 LED로 사용될 것이고 남는 LED는 모드표시나 채널, 버튼 조광용으로 사용될 것이다. 일부 상태 표시 LED를 제외하면 눈금LED처럼 항상 켜있는 LED들이다.

7. 몰렉스 삽입
기판 하단에는 기판 연결용 몰렉스를 삽입한다. 90도 타입 제품을 삽입해야 기판이 수직으로 고정된다.참고로 몰렉스가 기판에 차지하는 공간 때문에 완성된 제품의 디자인이 조금 아쉬웟다. 핀 헤더 나 케이블을 이용해 위 아래가 좀 더 슬림하게 만들어지면 좋을 것 같다.

8. 몰렉스 결합
삽입한 몰렉스에는 반대쪽 몰렉스도 삽입해 놓는다.

9A. 기판 절단

9B. 기판 구멍 뚫기
기판이 너무 길어지면 만들어지는 제품이 너무 커지므로 2층으로 구성할 예정이다.2층 기판으로 “BA7-80×100-단면”를 사용할 예정인데, 이 크기보다 약간 크게 만들 수 있도록 “BA8-80×130-단면”을 잘랐다. 서포터 홀도 같은 위치에 뚫는다.

10. 기판 수직으로 세우기
1층 기판에 전면부 기판을 수직으로 세워 삽입하여 납땜하고 몰렉스를 분리한다.

11A. 어댑터잭 삽입 위한 구멍 뚫기

11B. 어댑터잭 삽입
커터 칼이나 아크릴 칼을 이용해 기판에 적절히 구멍을 뚫어 어댑터 잭을 삽입한다.

12. 오디어잭 삽입
오디오 잭을 삽입한다. 필자가 실수로 반대로 생각해 청색을 하나만 녹색 두개를 신청해서 반대로 사용하고 있지만, 표준으로는 녹색이 출력이고 청색이 입력이다. 이 제품은 입력 선택기능이 있다. 따라서 출력인 녹색 1개와 입력인 청색 2개가 필요하다.

13.TR ARRAY 삽입

14. HEF4069 삽입

15.LM3915 삽입

16.HEF4017 삽입

17.TLC555 삽입

각종 IC를 삽입한다.
이번 DIY는 하드웨어에 전부 의존하는데, 555는 클럭 발진, LM324는 BPF와 덧셈기, 4016은 BPF신호 선택기, 4017은 Dynamic구동과 함께 BPF 신호 선택, 4069는 버튼 스위치, LM3915는 레벨메터 출력, UDN2981AT는 LED구동 버퍼로 간략히 설명할 수 있다.

18. RELAY 삽입
릴레이를 삽입한다. 릴레이는 두 개가 있는데, ON시 모든 소자에 전원을 공급하기 위한 일종의 전원 스위치 역할을 하는 것과 다른 하나는 2개의 음향신호를 1개만 선택할 수 있는 역시 스위치의 역할을 하고 있다.

19. 저항 삽입
IC주변에 저항을 삽입한다. LED기판에도 저항을 연결한다. BPF회로 주변에는 저항이 많이 들어가는데 바뀌지 않도록 주의한다.
참고로 LM3915출력에는 전류제한기능이 있어 이것에 연결되는 레벨메터 LED에는 저항이 필요 없다.

20. 세라믹 콘덴서 삽입
BPF 주변과 바이패스에 많이 쓰이고 있으며 일부에는 스위치에도 쓰이고 있다.

21. 전해콘덴서 삽입
전해콘덴서는 BPF출력 단에서 교류성분을 제거하는데 사용되고 있고, -12V를 생성하는 역할과 함께 전원부에 쓰인다.

22. 2층 기판 연결위한 핀헤더 소켓 삽입
1층기판에만 부품을 배치하기에는 공간이 약간 협소하므로 2층기판을 만들 것인데, 핀 헤더를 이용하였다.

23. 핀헤더 핀 작업된 모습
릴레이의 부품의 높이를 고려하고 내부가 보이도록 만들 것이라 조금 높은 핀 헤더를 이용했다.

24A. 2층 기판 핀헤더 핀 삽입

24B. 2층 기판 핀헤더 핀 삽입
2층 기판에 부품을 꽂고 핀 헤더 핀을 삽입한다. 2층 기판에는 핀 헤더 핀을 이용해 접속할 예정인데, 우선 1층 기판에 핀 헤더 소켓을 삽입한다.

25. 주파수 대역, 버튼에 넣을 문자 인쇄
주파수 대역 표시용 LED와 상태표시 LED전면에 간단한 아이콘이나 주파수를 적을 예정이다. 하얀색 종이에 흰 글씨와 검정색 배경으로 글씨를 적어 인쇄한 후 뒷면에 양면테이프를 붙여 LED크기에 맞게 자른다.

26. 인쇄문자 부착
LED에 하나씩 문자를 붙인다.

27.기판 완성
만들어진 3장의 기판을 합친 모습이다.

28. 포맥스 가공
케이스로 측면과 전면은 아크릴로, 기판이 고정되는 하부는 포맥스를 이용할 것인데, 포맥스는 커터칼로 쉽게 잘린다.

29. 구멍 뚫기
기판 크기와 여유공간을 감안하고 위치를 표시하고 드릴로 구멍을 뚫으면 그곳이 서포터 자리가 된다.

30. 서포터 삽입
드릴로 구멍을 뚫은 자리에 0.5mm 금속 서포터와 너트를 체결한다.

31. 뒷면 가공
뒷면 역시 위치를 잡고 구멍을 낸다. DC 잭의 경우 직사각형 모양이므로 칼로 구멍을 낸 뒤 끌 같은 것으로 깔끔하게 처리한다.

32. 아크릴 가공
아크릴은 아크릴 전용 칼로 자른다.

33. 버튼 구멍 뚫기
전면부의 경우 3개의 버튼이 있고 이곳의 구멍도 뚫는다.

34. 아크릴 부착
측면과 상부는 투명 아크릴을 이용했는데, 순간접착제를 이용해 부착한다.

35. 케이스에 조립
만들어진 케이스에 기판을 넣고 조립하여 완성.

36A. 조립 완료한 모습, 전면

36B. 조립 완료한 모습, 후면
이렇게 해서 완성된 앞(위), 뒤(아래) 모습이다.

37.시험하기
펑션제너레이터를 이용하여 정상적으로 대역이 표시되는지 확인하자.

38. 사용방법1
이 제품은 릴레이를 통해 음향신호를 선택할 수 있으므로 두 개의 소스에 동시에 연결할 수 있다.
예를 들면 LINE 1에는 PC를 연결해놓고 LINE 2는 MP3나 휴대폰에 연결할 수 있도록 해놓는다면 복잡한 선 교체 없이 가볍게 버튼을 눌러 소스기기를 선택할 수 있다.
선택된 채널 LED가 점등된다.

39A. 사용방법2

39B. 사용방법2
LM3915 자체 기능에는 BAR모드와 DOT모드 2가지 표시방법이 있다. 역시 버튼을 눌러 선택할 수 있다.
선택된 표시방법 LED가 점등된다.

사용하지 않을 때에는 전원을 끌 수 있는데 채널 Line선택 릴레이도 같이 꺼지므로 1번 채널만 출력되게 된다.
전원을 껐을 때에는 약 20mA정도(대부분 Stand by LED) 소모하고 전원을 켰을 때에는 많은 LED가 켜지면서 약 200~350mA정도 소모한다.

·작동원리

3개의 스위치는 누를 때 마다 4069의 상태가 변화하여 스위치의 상태를 기억한다.
전원을 켜면 4069의 출력으로 Relay가 우선 작동해 메인 전원이 공급되고, 자기유지 회로를 통해 4069출력 대신 TR Array를 통해 작동하여 4069의 부담을 줄여준다.
555에서 4kHz정도 빠른(인간의 입장에서) 속도로 발진하게 되면 LM324N에서 사용할 -12V를 만들기 위해 차지펌프 원리를 이용하여 -12V(실제로는 -10V 정도)를 생성한다.
잡음이나 안정도가 떨어지지만 어차피 음 영역은 사용하지 않아 저렴하게 구성하기에는 전혀 무관하다.
LM324N에서는 좌/우 두 개의 신호를 합치는 역할과 증폭, BPF부분을 담당하고 있다.
555출력은 4017로도 공급되는데, Q0~Q9까지 순서대로 빠른 속도로 이동하게 해준다.
이것은 LED 다이내믹 신호를 만들어 DN2981AT를 거쳐 LED 세로줄을 제어하면서 동시에 HEF4016 아날로그 스위치를 통해 10개의 BPF출력을 1개만 선택할 수 있게 해준다.
선택된 BPF출력은 LM3915를 통해 그래프로 표현되는데, HEF4017이 만약 1kHz 대역을 선택했다면 동시에 1kHz에 해당하는 BPF출력과 1kHz에 해당하는 LED 세로줄을 ON시켜주므로 대역에 맞추어 스팩트럼으로 표현되는 것이다.

음향기기(소스기기) 연결이 번거로웠던 사람이라면, 시각 효과를 좋아하는 사람들, 음악에 취미가 있는 사람들은 하나쯤 만들어보자.

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