Цветовая подсветка музыкального фонтана

[Andy13]

Задуман бытовой дворовОй цветомузыкальный мини-фонтан
что-то типа
только из двух, лежащих рядом сцепленных окружностей, диаметрами 0,8 и 1,2 метра.
может быть 1м и 1,5м...
Максимальная высота столба воды из центральной форсунки - 1-1,5 метра, окружающих - 60-80 см,
из форсунок по периметру (с наклоном под углом 40град. к центру) - 30-40 см.

Нужно организовать цветовую подсветку, "цветомузыку", используя цветные сверхъяркие светодиоды.

Вопрос в подборе самих светодиодов (параметры.. марка.. необходимое количество и размещение),
и схеме управления (традиционная, частотно-зависимая на аналоговых фильтрах,
или с цифровой обработкой музсигнала и ШИМ-управлением яркостью..)

Не для плагиата и нарушения авторских прав! просто как возможный пример-ориентир

[Nikolay_Po]

А еще и "динамический диапазон" высот струй "привязать" к д.диапазону музыки, "привязать" к ним яркостный д.диапазон цветосопровождения..
Хотелось бы использовать современные сверхъяркие цветные светодиоды вместо ламп накаливания...
а их характеристики "д.диапазон по яркости" мне не известен (можно было бы подобрать компрессор, как когда-то поступали с лампами накаливания..)

Динамический диапазон яркости самого светодиода стремиться к бесконечности. На практике, используя встроенный в микроконтроллер модуль ШИМ с разрешением 10бит можно получить динамический диапазон до 20*Lg(1024)=60.2дБ. Для этого хватит и быстродействия контроллера, и быстродействия светодиода.
Другое дело - динамический диапазон яркости в окружающих цвето-свето-водо-музыкальную установку условиях. Если бы установка работала в абсолютной темноте, Вы могли бы получить все 60дБ динамического диапазона по яркости. Но как только появляется внешее освещение (вечернее небо, фонари в саду), динамический диапазон светоизлучателя скрадывается этой засветкой. Кроме снижения динамического диапазона, засветка скажает кривую восприятия яркости человеческим зрением.
-=-
Существуют методики измерения и расчёта оптимальной регулировочной кривой излучателя света, позволяющие получить максимально линейное восприятие яркости и цвета в заданных условиях - с учётом цвета и яркости источника, с учётом оттенка и яркости внешней засветки. Яркость источника света и характеристии внешней засветки можно измерить спектрофотометером видимого диапазона. После чего при помощи ПО рассчитать зрительные стимулы в зависимости от сигнала управления, которые и подлежат линеаризации. В итоге, даже с учётом засветки, линейное изменение сигнала управления с применением корректирующей кривой будет давать линйеное изменение восприятия. Так же поступают и с музыкой - за нижнюю планку динамического диапазона берут фоновый шум, за верхнюю - мощность системы. Компрессия уровня звука при обработке учитывает нелинейность восприятия громкости человеком.

[Nikolay_Po]

Пошёл явный оффтопик. Может, разделить обсуждение на разные ветки?

я так понял, Вы - специалист в этой области..?
Можно к Вам несколько "светодиодных вопросов" ?

Да, я доморощенный специалист по "Управлению цветом". Моя деятельность (по совместительству с телеком и электроникой) - профилирование дисплеев компьютеров, бытовых, широкоформатных, интерьерных и других принтеров, консультации в области освещения, захвата изображения. Со светодиодами плотно работать не приходилось, но стараюсь следить за тенденциями в области.

Самый главный:
1. Я так прикинул, что "световой поток" при включении всех светодиодов, должен примерно соответствовать световому потоку от 75-100W лампы накаливания..
с учетом 5-ти цветов (красный, синий, зеленый, малиновый, желтый), и учитывая неравномерную чувствительность человека в цветовом диапазоне (красный, примерно в 4,5 раз хуже заметен чем зеленый.. и т.д.)
какое общее количество светодиодов по цветАм Вы бы посоветовали?

Три штуки (в зависимости от того, что можете достать, может быть и много больше).
Существуют такие сверхъяркие светодиоды, что их действительно хватит по 1 шт для нужного светового потока.
Вопрос: нужна подсветка из одной точки или она должна быть распределена по "объекту"? Если расперделена, то нужно ли что-нибудь вроде бегущего огня? Соответственно, от этого и будет зависеть количество и мощность светодиодов.
Если подсветка будет из одной точки, то нет необходимости в использовании промежуточных цветов. Достаточно лишь красного, зелёного и синего. Чтобы получить максимально широкий диапазон цветов (цветовой охват), стоит выбирать красные светоды с большей длинной волны (ближе к 680нм), синие - с меньшей (ближе к 400нм, "royal blue"). Зелёные - около 520нм. С помошью трёх таких каналов Вы сможете получить подавляющее большинство из возможных светодиодных оттенков. Соотношение количества светодиодов по каналам нужно подобрать такое, чтобы при сумме 100% всех трёх светодиодных каналов получить белый цвет. Количество светодиодов, не имея их на руках, можно прикинуть с точностью лишь +/- 50% - весьма велик разброс яркостей от номинальной.
Если идти другим путём и обязательно нужно 5 цветов (больше 3-х), то спектральную характеристику каждого типа (цвета) светодиода нужно взвесить фунциями спектральной чувствительности зрения. Тогда примерно можно будет определить необходимое количество светодиодов каждого цвета для равного эффекта.

2. Какую марку (фирму.. тип..) цветных сверхъярких светодиодов есть смысл выбрать?

Марку - ту, которую Вам проще купить.
Сначала определитесь - используете 3 канала (меньше выводов микроконтроллера, меньше модулей ШИМ) или 5 (сложнее электрическая схема, но возможны эффекты вроде бегущих огней).
Предложите варианты от доступных Вам поставщиков, может, смогу чего подсказать.
К сожалению, часто в магазинах известно лишь что это "светодиод сверхъяркий зелёный", а кто его производитель и каков его тип - установить крайне сложно. Придётся искать и заказывать в интернет-магазинах.

---------- Добавлено в 21:04 ---------- Предыдущее сообщение в 20:24 ----------

Для справки: лампа накаливания мощностью 100Вт в видимой части спектра даёт световой поток около 1300..1400 люменов.

[Andy13]

Если не нравится управление компом, тогда: http://www.devices-on-pic-and-avr.na...om_sd_card.htm

sael83, вот спасибище!! как раз то, что нужно! поковыряюсь-почитаю по сайту..
Потом с вопросами - сюда))

Пошёл явный оффтопик. Может, разделить обсуждение на разные ветки?

да я и сам уже поёживаюсь давно.. и несколько раз хотел писать вам в личку (можно?),
но подумал, может кому-то когда-то такая информация тоже будет интересна... пусть будет общедоступна ??
Я сам так долго бродил по инету в поисках такой инфы..
никто нигде (мне таких форумов не попалось на глаза) не пытался такое построить в бытовом мини-масштабе

Как лучше поступить, создать отдельную тему "Цветовая подсветка музыкального фонтана"
или продолжать писать здесь.. или через личную связь (если вы не против)?
вопрос к вам и модераторам... пока продолжать не буду, жду ответ

Offтопик:

Моя деятельность (по совместительству с телеком и электроникой) - профилирование дисплеев компьютеров

а моя - дизайнер-полиграфист и специалист по цветоделению для типографий..
сам профилирую мониторы-сканеры-цветопробный принтер в нашей "конторе")).
с 2мя образованиями - "телемастер" и "конструктор бытовой радиоаппаратуры"

Есть "кое-чего общего" в профдеятельности, вы не находите

[kret74]

Не забивайте голову динамикой света на светодиодах, они отработают любой импульс, компрессор им точно не нужен.
На практике 15 Ватт светодиодов очень интенсивно засвечивают 3 метра воды при погружении источника света на 70 см.
Как правило красный светодиод 1W даёт 30 Lm, зелёный 1W 60Lm, синий 1W 12Lm. Я использую светодиоды фирмы KTL(Зеленоград), на чьих кристаллах они их собирают не говорят, но результат всегда отменный.
Рекомендую не задаваться вопросом каких светодиодов брать больше, а предусмотреть возможность коррекции цветовых каналов, хотя если память мне не изменяет один пиксель светодиодного экрана содержит 2 красных 1 зелёный и 1 синий (может вру...лучше спросить у яндекса).
Как располагать светодиоды Вам лучше знать, я точно не дизайнер, но как вариант, сделать равномерную подсветку самой чаши и точечный прожектор на центральную струю, для этого делают кольцо из светодиодов. Для точечных прожекторов на светодиоды лучше ставить линзы порядка 10 градусов фокусировки. На рассеянный свет ставить линзы не надо.
Сами светодиоды бывают монохромные и RGB(красный-зелёный-синий), что удобнее зависит от габаритов( конструкции) светильников.

---------- Добавлено в 07:32 ---------- Предыдущее сообщение в 07:23 ----------

параметры светодиодов говорил на память, может где-то наврал, да и наука на месте не стоит, они каждый год повышают производительность светодиодов. Раньше для белого светодиода 60Lm/W было хорошо, сейчас 140Lm/W почти норма.
P.S.
При общей подсветке постарайтесь сделать так, что бы свет от светодиодов не был виден на прямую. а то будет бить по глазам, направить их лучше на светлое дно.

[kret74]

Вот фотка фонаря в действии, который я очень давно делал.
Ширина лестницы 6 метров, бассейн в помещении, день, окон было мало.

[Nikolay_Po]

Рассуждения по свету:
Если (исходя из запроса) предположить, что 100Вт лампа накаливания обеспечивает силу света 100кд без отражателя, принимаем за целевую силу света подсветки фонтана 100кд для каждого из цветов.
Сколько нужно светодиодов? И каких?
Во-первых, рекомендую брать модули - светодиод на теплопроводящей подложке. Сами по себе мощные светодиоды - мелкие и их очень легко перегреть, расплавить корпус. Из-за малого размера теплоотводящей площадки сложно сделать качесвтенный теплоотвод. Поэтому, если не брать готовые светильники, лучше монтировать модули светодиод на подложке с выводами.

Например, красный цвет: первый попавшийся в наличии в "моём" интернет-магазине - КИПД140А-120-1К4-2 (паспорт на группу). У такого светодиодного модуля при токе 350мА и напряжении чуть менее 3В будет световой поток более 35 (положим, 40) люменов при угле излучения 120^о. Коническая форма луча с углом раскрыва 120^о есть телесный угол 3,14 стерадиан. Яркость светодиода будет 40лм/3.14ср=12.7кд. Итого, чтобы дать красный свет по яркости равный лампе накаливания, но без светофильтра, нужно 100кд/12.7кд=8шт таких светодиодов. 1270 руб только на красные светодиоды. Можно усомниться в корректности поставленной задачи.

Можно попробовать оценить требуемое количесвто светодиодов с другой стороны: с точки зрения яркости освещённых элементов конструкции фонтана. Чтобы качественно проработать цвет, прикинем такую освещённость, чтобы получить яркость светлых элементов конструкции 80кд (старые стандартные условия просмотра для яркости дисплея при работе с цветом). Яркость получится как у калиброванного ЭЛТ-дисплея компьютера . Оценка "снизу":

• Диаметр фонтана 1,5м. Допустим, освещаем дно, не считая стенок. Получается, площадь, которую нужно осветить, равна PI*(1,5м/2)²=1,78м².
• Коэффициент пропускания среды (вода) и коэффициент отражения дна вместе ориентировочно 0,75 (эмпирически, если дно нарочно светлое). Полагаем, что отражение диффузное, то есть, ширина диаграммы направленности отражённого света 180^о.
• Каждый квадратный метр поверхности должен излучать свет силой 80кд с шириной диаграммы направленности 180^о. 180^о раскрыва - это 2PI стерадиан, значит, отражённый световой поток будет равен 80кд*2PIср=502 люмена.
• С учётом коэффициента отражения, на дно должен попасть суммарный световой поток от всех светодиодов одного цвета равный 502лм/0,75=669лм.
• Светодиод (см. паспорт выше) имеет силу света от 35лм, допустим, 40лм. Значит, нужно 669лм/40лм=18шт таких светодиодов.

Чтож, в обоих оценках количества светодиодов получился один порядок. Это радует. В светотехнических расчётах такое получается не всегда - слишком много субъективных и эмпирических параметров, начиная с постановки задачи, вроде: "Хочу чтобы как лампа 75Вт". А для точных расчётов необходима масса измерений и приборы вплоть до гониометрического спектрофотометра.
Хочу сказать, что Andy13 угадал с ориентировочной яркостью. Ошибка в пределах 2-х раз в таком деле не существенна. Лампа 100Вт для его фонтана как раз дала бы уровень освещённости, при котором уже возможно полноценное восприятие цвета.

Попробую довести до конца первый вариант постановки задачи с эквивалентом лампы 100Вт:

• Красных светодиодов "КИПД140А-120-1К4-2" - 8шт, 1270руб.
• Зелёных светодиодов "КИПД140А-120-1Л-2" - 5шт, 750 руб.
• Синих светодиодов "КИПД140А-120-1С-2" - 18шт, 3060 руб.

Итого примерно 5000руб только на светодиодные модули без схемы питания и управления, без корпусов и герметизации. Зато полная свобода творчества.
Можно взять образцы светодиодов и замерить спектр и яркость их излучения спектрофотометром (X-Rite iOne достаточно). Загрузив спектры в ПО управления цветом, можно рассчитать цветовые координаты для каждого цвета светодиодов и точнее посчитать количество для обеспечения суммарного белого (так красивее будет для восприятия). Но это уже не бытовая задача.

P.S. Может, дешевле (или эффективнее) будет брать готовые светильники? И вполне может быть, что без потери общего впечатления, хватит и в 2..3 раза меньшего светового потока (лм). В общем, ориентир - порядка 300лм на цвет, а плюс/минус - на Ваше усмотрение.

[Nikolay_Po]

Посмотрел видео. У фонтана в примере подсвечиваются только струи. Я делал расчёт для освещения плоскости. Разные вещи.
По струям ничего не посчитать, можно только вывести эмпирические значения попробовав на практике с Вашими форсунками и струями из них.
Логичнее купить готовые светодиодные светильники с тремя каналами для подсветки фонтатнов. Остальное - определять практичкски.

[Andy13]

Посмотрел видео. У фонтана в примере подсвечиваются только струи. Я делал расчёт для освещения плоскости. Разные вещи.
По струям ничего не посчитать

Можно и нужно "посчитать".
Не исчерпывающе, как при цветокалибровке, а ориентировочно-прикидочно.
Вы зачем-то задались задачей "равномерно осветить площадь синтезированым белым цветом",
а в случае с фонтаном другой подход и принцип,
в фонтанах используют контраст тёмного окружения и цветовые акценты-всплески, вы видели.

В ютубе довольно много сюжетов по критерию "цветомузыкальный фонтан",
посмотрите их пожалуйста, если не трудно.. И не уходите пожалуйста из темы.

Я завтра попробую словесно описать всю конструкцию и поставить некоторое ориентировочное ТЗ.
думаю тогда разговор будет более предметный и продуктивный.

Огромная просьба к вам - вы могли бы замерить светлоту безоблачного неба в 20.00 по Киевскому времени?
(не знаю сейчас разницы Украины и России, я живу в Украине, средняя часть, географически)

Нужно численное значение именно светлоты июльского чистого безоблачного неба в 20.00
(предполагаемое время начала эксплуатации цветной подсветки).

[kret74]

Огромная просьба к вам - вы могли бы замерить светлоту безоблачного неба в 20.00 по Киевскому времени?
(не знаю сейчас разницы Украины и России, я живу в Украине, средняя часть, географически)

широты слишком разные....у нас в 20.00 солнце ещё стоит( в Москве то же, широта у нас одна), хотя Новороссийск вам самый раз.
Я фонтаны не подсвечивал ни разу, только бассейны и водопады. Выглядит хорошо. Рассеивание в воде очень большое, поэтому заливает светом воду очень хорошо. Очень удачно получатся ставить фонарь в место падения воды, зрелище вообще шикарное. бурлящая вода с воздухом, плюс смена цвета.... можно часами смотреть. Струи всё таки подсвечивать лучше немного со стороны и источник света должен быть над водой, иначе светится только начало струи, до конца не добивает, хотя конечно всё зависит от силы света.

[Andy13]

источник света должен быть над водой, иначе светится только начало струи, до конца не добивает, хотя конечно всё зависит от силы света.

вот видел фото одного из мест в Киеве


такой "свет" однозначно - не годится! и зачем такое вообще строить?! на чём "сэкономили"?!?
Неужели дополнительно еще 3-5шт светодиодов каждого цвета "разорили" бы строителей и при эксплуатации
(за электроэнергию)????

Струи всё таки подсвечивать лучше немного со стороны

да... мне вот попался на глаза рисунок фонтанной форсунки

насколько я понял, светильники находятся под водой, а над водой находятся сами сопла для струй...

Вот и подумал, применительно к моим габаритам, сами сопла сделать из ветеринарных игл для животных (ф 2мм), а в качестве подсветки использовать (блоками по 5шт одного цвета, в корусе каждого светильника) цветные сверхъяркие светодиоды 5мм с углом свечения 30градусов...

Это все эмпирически.. нигде не могу найти "циферную" информацию...
Мне вот для этого места - "город Первомайск (укр. м. Первомайськ, Миколаївська обл.) - см. в центре карты с координатами 48°02′58″ северной широты 30°50′46″ восточной долготы" светлота неба в 20.00 нужна.. чтобы знать на какую яркость нужна подсветка, чтоб она в 20.00 уже начинала быть заметной.
От этого будет зависеть выбор марки и количество светодиодов (по их яркости иногда инфа всё-таки попадается)


Если вся моя затея провалится (пугает сложность "динамизма струй" Форсунки для фонтанов New Spyra, да и габарит - не дворовой.. и цена - не "домашняя", думаю), то придется остановиться на обыкновенном погружном насосе ватт на 11-18ть и статичном фонтане с форсунками.. ну а "подсветку" можно будет сделать обыкновенной "цветомузыкой" только на цветных светодиодах...
Или, действительно, организовать мини-водопад...

Я фонтаны не подсвечивал ни разу, только бассейны и водопады. Выглядит хорошо. Рассеивание в воде очень большое, поэтому заливает светом воду очень хорошо. Очень удачно получатся ставить фонарь в место падения воды, зрелище вообще шикарное. бурлящая вода с воздухом, плюс смена цвета.... можно часами смотреть.

фокус света направлен куда? вверх (вертикально).. под углом.. вдоль поверхности (горизонтально) воды..???

У вас нет, случайно какого-нибудь фото??