ステレオのレベルメーターを自作したい。

質問

ステレオなどで音量に合わせてLEDのバーの表示が伸びたり縮んだりするレベルメーターがありますよね？
あれを自作できないかと思っております。
条件としては

・スピーカーの音量（スピーカーへの電圧）の変化に応じて０～２０個のLEDが２０段階に点灯する。伸び縮みするように。

・感度はボリューム等で調整可能。

・出来るだけ簡単な回路構成でできる。

・２０個が難しければ１０個程度でも良いです。

要するに電圧の変化に応じてＬＥＤの点灯個数を変化させる回路を作りたいのです。
どのような回路を組めばよいでしょうか？
素人級なので出来る限り分かりやすく教えて下さい。
よろしくお願いします。

回答No.1

blueteeth7 · ベストアンサー

専用のＩＣがあります。

ただ、最近はほとんどマイコン処理になっていますので、「簡単に・・・」できるかどうか問題です。
（わたしにはあなたが、どれくらいの力を持っていらっしゃるか分かりませんので・・・）
昔のＩＣが入手できれば、製作はそれほど難しいとは思いません。

それともう少し補足します。
「それは表示のパターンをどうするか？」です。
オーディオ機器をご覧になるとわかるかと思うのですが、dB表示になっています。
それも連続（1,2,3,・・・）ではなく、-20dB,-10dB,-6dB,-3dB,0,+3dBという風に飛び飛びになっています。
表示を電圧リニヤーにするか、dBリニヤーにするか、上記のような飛び飛び表示にするか、いろんな選択肢があります。

どれを選びますか？
ご回答を受けて、ＩＣを探してきたいと思っています。

補足

早速の回答ありがとうございます。
表示パターンですか。特にこだわりはないです。
とりあえずレベルメーター風にＬＥＤのバーが点灯すれば良いです。
マイコンの知識はＰＩＣ（専ら１６Ｆ８４Ａ）でＬＥＤをある程度自由に点灯させる程度です。割り込みとかは勉強してますが使った事は有りません。
専用のＩＣを使用する場合はそれをマイコンで制御するんですか？１６Ｆ８４を少し（漠然とした表現ですが）扱える程度のレベルで出来ますでしょうか？
昔のＩＣを使う方法は回路も比較的簡単なのでしょうか？

レベルメーターといっても「正確さ」よりは「それっぽさ」を重視したいので音量（電圧）に合わせてレベルメーターっぽくＬＥＤが点灯すればＯＫです。
出来るだけ簡単な方法をお願いします。

回答No.12

blueteeth7

9→19となるだけですから、

　R1=19(Vc-VB)/(VB-VA) ：kΩ

　R2=19VA/(VB-VA)　：kΩ

です。（念のため検算しました）

お礼

ありがとうございます。
ただ９を１９に置き換えるだけだったのですね・・・
難しく考えすぎていました。

回答No.11

blueteeth7

いやー参った、参った！

昨日は、回路図を書くのに何回も行ったり来たりしている内に、とうとう誤って投稿ボタンを
押してしまって、とんでもない画を送ってしまいました。

訂正版の方ですが、ダイオードのカソード側がまともにＣにぶつかっていますが、これはもちろん
出口側に結線しますので、よろしく・・・。

３．電圧配分・・・ですが、もっと良い説明を思い付いたので補足（訂正？）します。

IC内部のコンパレータには1kΩの抵抗が入っていますので、IC1とIC2の間の抵抗は当然1kΩ
になります。（1digit=1kΩ）
つまり、データシートにある計算式「R1+9+R2」を「R1+9+1+9+R2」=「R1+19+R2」と置き換えればよいのです。
分子に来る値は、VA=R2で変わりませんが、VBの方は「R2+19」となります。

お礼

最後のご回答にお礼を書き込めばよかったのですが、別の内容を書いてしまいましたのでこちらにお礼を書き込みます。
分かりやすいご指導本当にありがとうございました。
とりあえずご指導に従い頑張ってみます。
締め切ってしまうのは非常にお名残惜しい気もします。
素人ですのでまたいろいろ質問を投稿すると思いますが、このカテゴリーでｍｏｔｏｋｉｃｈｉの名を見つけたらまた覗いてやってください。
本当にありがとうございましたｍ(_ _)ｍ。

補足

長期に渡ってしまいホントすみません。
恐らくこれが（ようやく）最後の質問になるかと思います。

つまり、データシートにある計算式「R1+9+R2」を「R1+9+1+9+R2」=「R1+19+R2」と置き換えればよいのです。
分子に来る値は、VA=R2で変わりませんが、VBの方は「R2+19」となります。

との事ですが、データシートの計算式の値を置き換えてみたのですが、私の計算能力ではお恥ずかしながらＲ１＝○○ＫΩ　Ｒ２＝□□ＫΩの式にする事が出来ませんでした。
Ｒ１＝○○ＫΩ　Ｒ２＝□□ＫΩの式にするとどうなるのかだけ教えて下さい。
データシートにも２０点灯の応用例が載っているのならそれ用の計算式も載せてくれれば良いのに・・・。
なんて思うのはやはり私がド素人だからでしょうか。
すみません、よろしくお願いしますｍ(_ _)ｍ。

回答No.10

blueteeth7

２．の訂正

　ＳＰ端子ーーーＣーーー　　　　　　　　　　　　
　（レベルメータ 　｜　　　 ｜
　　　 　　 　入力） ｜　　　 R
　　　　　　　 　　　 ｜　　　 ｜　　　　　　　　　　
　　　　　　　　 　 　｜　　(VRの一端)
　　　　　　　　 　 　｜　　　 ｜
　　　　　　　　　 ↑Ｄ 　 VR(センター)ー　Vin（ICの16pin)　　
　　　　　　　　　 　 ｜　　　 ｜
　　　　　　　　　 　 ｜　　(VRの一端)
　　　　　　　　　　 ｜　　　 ｜　
　 　　　　　 　　　 ｜　　　 R
　　　　　　　 　　　｜　　　 ｜
　　　　ーーーーーーー GNDーーーーGND（ICの1pin)

回答No.9

blueteeth7

膨大な質問量なので、どこからお答えしたらよいかと迷っています。(^_^;)
大きく３つに分けてお答えしますので、もし抜けていたら再度質問してください。
（対面で話せば１０分もかからないことなのですが・・・）

１．信号をどこから取るか？
　スピーカー端子から取れば、もちろん音量の大小に関係します。
　プリアンプ出力（＝メインアンプ入力）から取れば、一定電圧が確保できるでしょうが、
電圧値は0.7Ｖ（0dBm）程度でしょう。
　メインアンプを開けて、中から配線を取り出すとしても、VRの前ではそれほど高い電圧には
なっていないと思います。
　結論としては、レベルメータ専用の「電圧アンプ」を設けるしかないと思います。

２．コンデンサとダイオードの接続
　コンデンサの容量は1μFを入れれば、20Hz以上を通過させられると思います。（概算です）
　コンデンサは直流の遮断が目的なので、回路に直列に入れます。
　お書きになった回路図は、上下がさかさまではないかと思うのですがいかがでしょうか？
　また、わたしが[Vin]と書いたのはICのVin端子（pin16）のことですから、右側に
もってこなければなりません。

このようになります。

　　ＳＰ端子ーーーＣーーー　　　　　　　　　　　　
　（レベルメータ 　｜　　　 ｜
　　　 　　 　入力） ｜　　　 R
　　　　　　　 　　　 ｜　　　 ｜　　　　　　　　　　
　　　　　　　　 　 　｜　　(VRの一端)
　　　　　　　　 　 　｜　　　 ｜
　　　　　　　　　 ↑Ｄ 　 VR(センター)ー　Vin（ICの16pin)　　
　　　　　　　　　 　｜　　　 ｜
　　　　　　　　　 　　｜　　(VRの一端)
　　　　 ｜　　　 ｜　
　 　　　　　 　　　 ｜　　　 R
　　　　　　　 　　　　　　　　 ｜　　　 ｜
　　　　ーーーーーーーーーー GNDーーーーGND（ICの1pin)

３．電圧配分
　　Vcを分圧して基準電圧を作ります。
　　　　　Ｖｃ
　　　　　｜
　　　　　R1
　　　　　｜　　　←V4　　IC2の上限電圧（20番目の点灯）
　　　　IC2(9kΩ）
　　　　　｜　　　←V3　　IC2の下限電圧（11番目の点灯）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　R2
　　　　　｜　　　←V2　　IC1の上限電圧（10番目の点灯）
　　　　IC1(9kΩ）
　　　　　｜　　　←V1　　IC1の下限電圧（最初の点灯）
　　　　　R3
　　　　　｜
　　　　　GND

ご質問と説明がちょうど逆になりました。(^_^;)
何か不明な点があれば、補足でどーぞ・・・

補足

ありがとうございます。
素人の私にもだいぶ扱い方が見えてきました。

１．信号をどこから取るか？

要するに、スピーカーへ出力する為の増幅回路とは別にレベルメーター専用の信号増幅回路を設ければ良いのですね？
信号は半波整流でよいとＮｏ９のご回答で書かれていたのでプリアンプ出力をオペアンプで増幅し、その出力された信号を小信号ダイオードで整流すれば良いのですね？
ところで整流というのは出力された波形のプラス（またはマイナス）部分のみを取り出すということでしょうか？
ただ、プリアンプの出力を探すのは素人には難しいかもしれませんね（＾＾;）。
とりあえず、スピーカー接続でやってみます。

２.コンデンサとダイオード

コンデンサは直列ですね。分かりました。１μＦを基準にしてみます。
ダイオードはコンデンサとＲの間とＧＮＤに接続すれば良いのですね？

３.電圧配分

Ｒ１とはＶＣＣとＩＣ２の(15)ピンの間の抵抗（データシートでは１０ＫΩ）
Ｒ２とはＩＣ２の(2)ピンとＩＣ１の(15)ピン間の抵抗（データシートでは１ＫΩ）
Ｒ３とはＩＣ１の(2)ピンとＧＮＤの間の抵抗（データシートでは１ＫΩ）
ＩＣ１、ＩＣ２の９ＫΩとはＩＣの内蔵抵抗ということでしょうか？
Ｒ１、２、３を調整することで「最初、１０番目、１１番目、２０番目の点灯」のタイミングを制御できるということですね？
とりあえずデータシートの値の抵抗（ＶＲ）を取り付けておいて、実際に動かしながら微調整する方法が良いでしょうか？

また色々と質問を増やして申し訳ありません。
よろしくお願いします。

回答No.8

blueteeth7

A5の補足書き込みに対しご回答いたします。

・使用するLEDバーは推奨電圧1.8V、最大電流20mAなのでLEDに取り付ける抵抗は12-1.8/10≒１kΩ位で良いでしょうか？

その通り。

・４ページ目の２０連続点灯の回路図の接続をするとTA7612APのNO.1の(3)のLEDから
順に(4)(5)(6)…と伸びるように点灯していくのでしょうか？

その通り。

・５ページにR1、R2の計算方法の公式が載っていますが・・・５ページの公式をそのまま
当てはめれば良いのでしょうか？

基本的にはその通り。
ただし、20点灯はIC No.2のR1,R2が直列に入ってくるので、これを直列に入れた
電圧配分を考える必要がある。
また、IC2側のR2(GND側)は、ちょうど1digit分の電圧値になるように配慮する必要がある。

・Vinは最大８Vとなっていますが、スピーカーの電圧がもし最大１２Vだとすると、
・・・その場合の抵抗値はどのように求めればよいですか？

Vin(16pin)を10kΩくらいのVRのセンターに接続し、一端をGND、一端をスピーカー（入力）につなぐ。
微調する必要があれば、VR両端とGND,Vcc間それぞれに抵抗を入れて分圧する。
この抵抗値は、希望調整範囲で決定する。
ICの入力抵抗は十分高いので、計算上無視してよい。

前回書き込みでも申し上げましたが、このICは直流ドライブです。
オーディオ入力でドライブするには整流する必要があります。
小信号のシリコンダイオード（耐圧を考慮）で、半波整流しただけでよいと思います。
平滑コンデンサはなくてもかまいませんが、入れれば時定数を持たせることができます。

入力はコンデンサで切った方がよいと思います。（容量は最低通過周波数で決定）
そうすると、直列にダイオードを入れる整流方式はまずいので、ダイオードは
入力（コンデンサOUT）とGND間に並列に入れる整流回路とします。

シリコンダイオードは0.7V以下は検出しません。
ショットキーバリヤーダイオードを使えば0.3Ｖくらいから動作しますが耐圧が低いとという欠点があります。

なお疑問の点があれば、補足でどうぞ・・・

補足

丁寧なご回答ありがとうございます。
「２０点灯はIC No.2のR1、R2が直列に…配慮する必要がある。」
の部分がいまいち分かりません。もっとド素人の私にわかりやすく教えて頂けると非常にありがたいです。
５ページの公式で抵抗値を計算する場合と比べて何をどのようにすれば２０点灯のR1R2の抵抗値が出るのでしょう？
すみません。本当にド素人なもんですから。

VinにVRを繋ぐのは理解できました。ＶＲの調整でスピーカーからVinに入る電圧を調整できるんでしょうか？

最後のコンデンサとダイオードですが、上記のVRと合わせるとこのような接続で良いでしょうか？

　　　GND
　　　↑
　　(VRの一端)
　　　↑　
Vin→VR(センター)　　　
　　　↓
　　(VRの一端)
　　　↓
　　コンデンサ→ダイオード→スピーカー（入力）
　　　　↓　　　　　↓
　　　　GND　　　　GND

コンデンサ、ダイオード共に並列に接続

コンデンサの容量の目安はどのくらいでしょうか？
ちなみにコンデンサは並列でOKでしょうか？

それから、疑問に思ったのですが、スピーカーからの入力に応じてレベルメーターを動作させるという事は、音量を小さくすると
レベルメーターも小さくしか動かず、２０個全てをフルに点灯させたい場合は音量を最大にしなければならないのでしょうか？
もしそうなら、スピーカーのような増幅された信号を入力にするよりアンプを通過する前の増幅されていない信号を入力にした方が良いのではないかと思いました。
実際にスピーカーから出る音の大きさ（いわゆるボリューム）に関わらず音声信号の強弱に対してリニアに動作するレベルメーターにしたいと思いますので。
素人考えなので間違いかもしれませんが・・・。

回答No.7

tadamaru2004

東芝ICを調べてみました。

TA7612P　 10点（モノラル） 　直流 　増設可　　表示 リニヤー 　　
TA7666P 　 5点x2（ステレオ） 交流 　増設可　　表示 ログ 5,5,3,3dB（例 -10,-5,0,＋3,＋6）
TA7667P 　 5点x2（ステレオ） 交流 　増設可 　表示 リニヤー（2,2,2,2dB）
TA7654P 　 5点 （モノラル） 　交流 　増設可　　表示 ログ 5,5,3,3dB （例 -10,-5,0,＋3,＋6）
TA7655P 　 5点 （モノラル） 　交流 　増設可 　 表示 リニヤー
　注　リニヤーは任意の設定ができるので、dB値を記載することは意味がないが，データシートに記載があったので転記した。参考程度に考えてほしい。

すべて増設できるので，１０，２０点の表示も可能です。
ただ申し訳ないのですが，入手確実なのが，TA7312P （\378 サトー電気），TA7666P（\273 サトー電気）のみです。
敬誠(株)（03-3836-1048）が東芝半導体を扱っていますので，こちらにお問い合わせをされたら，如何かと思います。

なお，これらはすべて廃止品種となっており，東芝ＨＰではデータシートが見つかりません。
どこかで探してくる必要があるかと思います。

ただ点けば良いということであれば，TA7666Pでもよろしいのではないかと思います。

お礼

ありがとうございます。
こんなにたくさんあるんですね。
今回は7612を使用する事にしました。
頑張ってみます。

回答No.6

uPC575

ｇｏｏのトップ画面で「キット　レベルメーター」と入力したら
こんなのがありました。

ＬＥＤの配列がちょっとオチャラケた感じですが、値段が魅力的です。

参考URL：

http://www.yorimichi.co.jp/U-2003.htm

お礼

ありがとうございます。
確かに面白いですね。
専用ＩＣを使用したキットですね。
他の方から教えていただいた専用ＩＣで挫折したらこのキットを購入しても良いかもしれませんね。

回答No.5

blueteeth7

東芝のTA7612APです。
サトー電気（http://WWW.satodenki.com）で販売しているのを確認しました。
http://www.audio-q.com/ic/TA7612AP.pdf

10点リニヤー表示ですが、２０点表示の回路が応用回路例にあります。
DC入力onlyですので、オーディオ用レベルメータに使用するときは整流回路が要ります。

参考URL：

http://www.audio-q.com/ic/TA7612AP.pdf

補足

ありがとうございます。早速データシートを見てみました。
この方法なら何とかできるかもです。
データシートをもとに自分なりに調べてみました。
動作電圧は標準が１２VなのでVCCには１２Vを加えれば良いですね（使用予定の電源も丁度１２Vです）。
・使用するLEDバーは推奨電圧1.8V、最大電流20mAなので(10mA流すとする)LEDに取り付ける抵抗は12-1.8/10≒１kΩ位で良いでしょうか？
・４ページ目の２０連続点灯の回路図の接続をするとTA7612APのNO.1の(3)のLEDから順に(4)(5)(6)…と伸びるように点灯していくのでしょうか？
・５ページにR1、R2の計算方法の公式が載っていますが、４ページの２０連続点灯のような接続の場合はVinの範囲に応じた外付け抵抗の値はどのように計算するのでしょうか？
５ページの公式をそのまま当てはめれば良いのでしょうか？
・Vinは最大８Vとなっていますが、スピーカーの電圧がもし最大１２Vだとすると、直接繋ぐとスピーカーの電圧が８Vを超えたらICが故障する可能性がありますよね？
抵抗を入れて最大８Vに抑えれば解決できるのでしょうか？その場合の抵抗値はどのように求めればよいですか？

回答No.4

Teleskope

オーディオのレベルメーターですね、夏休み工作で同じような相談に付き合いました。LEDが左右各10個、AVR（tuny26）１個でした。16F84にはADコンバータがないので、別のPICにするかAVRにするかですね。どちらでも 割り込み（タイマ割り込み）による処理になります。
　構成は、左右のオーディオ信号を各々ダイオードで半波整流したのをAD入力につなぐだけ、LEDの方は5個×4相のダイナミック点灯、小さな音は最下位のLEDをアナログ的に輝度変調してました。ICはAVR１個、他は抵抗コンデンサとLED駆動用のトランジスタ数個でした。こんな構成でもできますので参考までに。
もしPIC16F84のアプリで簡易なADコンバータがあれば（あったような気がします）できるかもです。

お礼

ありがとうございます。
最初は私もマイコン（できれば１６Ｆ８４）で出来ないかと考えたのですが、やっぱりＡＤコンバータがないとダメですよね。今回は専用ＩＣを教えていただいたのでそちらを使用してみます。

回答No.3

noname#11466

ＯＰアンプを駆使して、積分回路とコンパレータの多段接続で作ることは出来ます。
でも結構面倒だし配線も部品点数も多くなります。
（ＬＭ３２４を使うとしても何個も必要）

その場合は専用ＩＣで作るとシンプルで簡単です。
２０個並べるとなると東芝のＩＣが一つで１０個、多段接続できるので２０個並べることが出来ますけど、いま売っているかわかりません。（TA7612AP）

あとサンヨーが１２個までですけど、ピークホールド付の専用ＩＣを出しています。こちらは確認したらまだ現行品で存在します。（LB1412)
多分ピークホールドの所を工夫すれば、多段に出来ると思います。(RESET端子があるので、上のドライバのＬＥＤがつくときにはRESETかけてホールドされないようにするなど）

では。

お礼

ありがとうございます。
今回は他の方からも教えていただいたＴＡ７６１２ＡＰにチャレンジしてみます。
ＯＰアンプその他の組み合わせでも出来るんですね。
もっと色んな知識が身についたら専用ＩＣに頼らずそういう回路を設計してみても面白いかもしれませんね。