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Spectrum 28 bandes — Tour d'acrylique — Spec de design

Date : 2026-11-04 Statut : approuvé par Yan le 2026-11-04 ; livrables générés dans out/ (voir docs/superpowers/plans/2026-11-04-spectrum-28-bandes.md) Dossier : D:\Yetii\spectrum\

1. Objectif

Construire un analyseur de spectre audio 28 bandes × 20 niveaux (560 pixels) dans le style du projet de référence « PROJECT 28 Band Spectrum Analyzer V3 » (tour d'acrylique de 120 cm, pixels en acrylique clair éclairés par la tranche), mais adapté à ce qu'on a déjà :

Le câblage LED suit exactement le schéma du contrôleur : 28 colonnes de 20 LED WS2812B en serpentin sur une seule ligne DATA (colonne 1 monte, colonne 2 descend, etc.).

Référence visuelle : la vidéo PLATINUM « 14 Band Spectrum Analyzer Part.3 | Acrylic Tower » (https://www.youtube.com/watch?v=GtKIkkLkrwU). C'est la même construction que celle choisie ici : blocs clairs enfilés sur deux tiges par colonne, écrous borgnes en haut, ruban LED collé au dos de chaque colonne entre les deux tiges, fils qui descendent dans la base par une fente à côté des trous de tiges, base noire. Différences : ils utilisent des écrous et rondelles comme entretoises (on prend des rondelles seulement, qui glissent au lieu de se visser), des rubans souples (on prend des barrettes PCB rigides) et une base en MDF/acrylique noir (on a l'aluminium).

2. Décisions validées

Sujet Décision
Pixel Bloc individuel d'acrylique clair 1½ × ½ × 2½ po, coupé à la scie dans les bandes existantes
Structure 2 tiges filetées ¼-20 par colonne qui traversent chaque bloc, LED au centre entre les tiges (approche « colonnes enfilées »)
Entretoises 4 rondelles plates métal ¼ po SAE empilées entre chaque bloc sur chaque tige (pas vertical nominal 19,3 mm, figé après mesure du lot de rondelles)
Base Boîte en aluminium faite des 4 barres ⅛ × 5 po, section de contrôle à droite, pas de panneau arrière
LED 28 barrettes PCB identiques (1 par colonne), 20 × WS2812B-5050 au pas vertical réel p (nominal 19,3 mm), commandées chez PCBWay, soudées par Yan
Fixation des barrettes Collées au dos de chaque colonne avec du ruban mousse double face de 2 mm, comme le ruban LED de la vidéo PLATINUM ; aucun rail ni panneau
Distribution Backplane PCB en 4 segments dans la base (liens du bas + 5 V/GND à chaque barrette)
Alimentation Adaptateur 5 V externe (20-30 A), connecteur XT60 sur la base, pas de 120 V dans la base

3. Géométrie

Toutes les cotes sont en mm, avec l'équivalent impérial quand c'est une cote d'atelier.

3.1 Pixel et pas

Cote Valeur
Bloc (largeur × hauteur × profondeur) 38,1 × 12,7 × 63,5 (1½ × ½ × 2½ po)
Fente entre blocs d'une rangée 7,94 (5/16 po)
Pas horizontal (colonne) 46,04 (1 13/16 po)
Entretoise entre rangées 4 rondelles ¼ po SAE (OD 5/8 po) par tige = 4 × t ; nominal 4 × 1,65 = 6,6
Pas vertical (rangée) p = 12,7 + 4 × t ; nominal 19,3. t = épaisseur moyenne mesurée sur le lot réel de rondelles (pile de 40 rondelles au vernier ÷ 40), à mesurer avant de dessiner le PCB
Trous dans le bloc 2 × Ø 7,14 (9/32 po), axe vertical, à 9,525 (⅜ po) de chaque face latérale et à 31,75 (1¼ po) de la face avant
Entraxe des 2 tiges d'une colonne 19,05 (¾ po)
Zone libre au centre pour la LED 19,05 − 7,14 = 11,9 entre les trous, bloc de 38,1 de large

Le bloc est symétrique en largeur et en profondeur : il n'y a aucune orientation à respecter lors de la coupe, du perçage ou de l'enfilage.

3.2 Tour

Cote Valeur
Largeur des 28 colonnes (face à face des blocs extrêmes) 27 × 46,04 + 38,1 = 1281,2 (50,44 po)
Hauteur de la pile (dessus de la base → dessous de la barre du haut) 20 × 12,7 + 21 × 4t ; nominal 392,6 (15,46 po)
Centre de la rangée n au-dessus de la base z_n = 4t + 6,35 + (n − 1) × p ; nominal : rangée 1 : 12,95 ; rangée 20 : 379,65
Centre de la colonne c (depuis le bord gauche de la zone tour) X_c = 44,05 + (c − 1) × 46,04 → colonne 1 : 44,05 ; colonne 28 : 1287,13
Tiges de la colonne c X_c ± 9,525 → première tige à 34,52, dernière à 1296,65
Zone tour sur la base (marges de 25 de chaque côté) 1331,2 (52,4 po)

Position en profondeur sur la plaque de base de 127 (5 po), depuis le bord avant :

Élément y (mm)
Face avant des blocs 20
Axe des tiges 51,75
Face arrière des blocs 83,5
Ruban mousse double face 2 mm (deux bandes le long des bords de la barrette) 83,5 → 85,5
Face composants (LED) des barrettes 85,5 (dôme de LED de 1,6 mm → ~0,4 mm des blocs)
Face arrière des barrettes 87,1 ; connecteurs JST coudés jusqu'à ~94
Trous de passage des câbles du bas (Ø 12,7) 93
Barre du haut (⅛ × 3 po) 20 → 96,2 : couvre blocs, barrettes, connecteurs et liens du haut

4. Blocs : coupe et perçage

4.1 Rendement

Lame de ⅛ po. Une bande de 96 po donne 59 blocs de 1½ po. 560 blocs + 30 de rechange = 590 = 10 bandes. Il reste ~26 bandes de surplus.

4.2 Coupe

4.3 Perçage (gabarit 180°)

5. Structure

5.1 Colonnes

5.2 Barre du haut

5.3 Fixation des barrettes au dos des colonnes

5.4 Base en aluminium

Utilisation des 4 barres ⅛ × 5 × ~60 po :

Barre Usage
1 Plaque du dessus (5 po) : 56 trous de tiges, 28 trous de câbles, trous des contrôles
2 Plaque du dessous (5 po) : vissée (démontable), pieds en caoutchouc
3 Refendue : 3 po → barre du haut (coupée à 1331) ; 2 po → réserve
4 Refendue en 2 × 2½ po → face avant et face arrière

6. Électronique

6.1 Schéma de principe

Adaptateur 5 V 20-30 A ──XT60──► bloc de distribution 5 V/GND dans la base
   ├─ 18 AWG ─► jack DC de la carte PLATINUM (vérifier polarité, centre + attendu)
   ├─ 16 AWG ─► backplane segment 1 (colonnes 1-7)
   ├─ 16 AWG ─► backplane segment 2 (colonnes 8-14)
   ├─ 16 AWG ─► backplane segment 3 (colonnes 15-21)
   └─ 16 AWG ─► backplane segment 4 (colonnes 22-28)

Carte PLATINUM, borne LEDS ──(DATA + GND seulement, 5 V non branché)──► IN du segment 1
Segment k : 7 prises JST-XH 3 broches (5 V / DATA / GND) vers les 7 barrettes, par câble de 15 cm
Barrette colonne impaire : DATA entre en bas, sort en haut ─► lien JST 5 cm ─► haut de la colonne paire
Barrette colonne paire (tournée de 180°) : DATA entre en haut, sort en bas ─► backplane ─► colonne impaire suivante
Segment 2 OUT ─► segment 3 IN (lien colonne 14 → 15) ; segment 4 OUT = fin de chaîne

6.2 Barrette LED (28 + 2 de rechange, commande 30)

Paramètre Valeur
Dimensions (19 × p + 23) × 20 ; nominal 390 × 20. FR4 1,6 mm, 2 couches, cuivre 1 oz, masque noir, sérigraphie blanche, HASL sans plomb. Bandes de 6 mm libres de composants le long des deux bords pour le ruban double face
LED 20 × WS2812B-5050 (variante 5 V standard 4 pads), face avant, centres à 11,5 + k × p (k = 0…19), symétriques par rapport au milieu de la barrette. p = pas vertical réel mesuré (§3.1), nominal 19,3
Découplage 1 × 100 nF 0805 par LED, face avant
Entrée 1 × 330 Ω 0805 en série sur DATA IN, près du connecteur IN
Connecteurs 2 × JST-XH 3 broches coudés (S3B-XH-A), face arrière, un à chaque bout, câble sortant dans l'axe ; IN = bout avec la résistance, OUT = autre bout
Fixation Collée au dos de la colonne (§5.3) ; aucun trou de montage
Pistes 5 V et GND ≥ 2,0 mm sur toute la longueur ; courant max par barrette 1,2 A
Montage Bout IN en bas pour les colonnes impaires, en haut pour les colonnes paires (barrette tournée de 180° dans son plan, LED toujours vers l'avant). Bas de la barrette à z = z_1 − 11,5 (nominal 1,45) → LED 1 au centre de la rangée 1

6.3 Backplane (4 segments identiques, commande 5)

Paramètre Valeur
Dimensions 321,3 × 30, 2 couches, 1 oz, masque noir
Prises 7 × JST-XH 3 broches verticales (B3B-XH-A) à X = 22,52 + k × 46,04 ; alignées sous les trous Ø ½ po de la plaque
Chaîne JST-XH 3 broches IN et OUT aux extrémités
Patron A/B 8 cavaliers à souder. Patron A (segments 1 et 3) : IN→D1, D2↔D3, D4↔D5, D6↔D7. Patron B (segments 2 et 4) : D1↔D2, D3↔D4, D5↔D6, D7→OUT
Alimentation Bornier à vis 5,08 mm 2 pôles (16 AWG), plans 5 V/GND pleins, 1 × 1000 µF / 10 V sur l'entrée ; charge max 8,4 A par segment
Tampon optionnel Empreinte SN74AHCT1G125 (SOT-23-5) sur le chemin IN→D1, contournable par cavalier, au cas où le signal 3,3 V de l'ESP32 serait marginal
Fixation 4 trous Ø 3,2, entretoises M3 sur la plaque du dessous de la base

6.4 Câbles et connectique

6.5 Alimentation

6.6 Test de sens et de signal (avant toute commande)

  1. Brancher un bout de ruban WS2812B quelconque (≥ 40 LED si possible) sur la borne LEDS de la carte : 5 V, DATA, GND.
  2. Alimenter la carte, jouer une toune avec des basses marquées au jack ou au micro.
  3. Observer : la LED 0 (première du ruban) et les LED 0-19 forment la colonne 1 ; les LED 20-39 la colonne 2 en sens inverse. Noter si la colonne 1 réagit aux basses ou aux aigus, et si la barre monte à partir de la LED 0.
  4. Si la colonne 1 = basses : la chaîne part à gauche (colonne 1 à gauche vue de face), segments 1 et 3 en patron A, 2 et 4 en patron B. Si la colonne 1 = aigus et qu'on veut les basses à gauche : la chaîne part à droite ; même matériel, on inverse l'ordre des segments et des patrons et on tourne les segments de 180° (leurs prises sont symétriques). Aucun PCB à modifier.
  5. Vérifier qu'aucune LED ne scintille (signal propre). Si ça scintille : le tampon 74AHCT sur le backplane règle ça.

6.7 Soudure des barrettes (par Yan)

7. Nomenclature (hors ce qu'on a déjà)

Prix approximatifs en CAD, à confirmer au moment de l'achat.

Poste Qté Prix approx.
Tiges filetées ¼-20 × 36 po zinguées 28 110 $
Écrous nylock ¼-20 56 10 $
Écrous borgnes ¼-20 56 25 $
Rondelles plates ¼ po SAE zinguées, un seul lot (~5 kg) 5000 100-200 $
Cornière aluminium ½ × ½ × 1/16 × 6 pi 2 25 $
Rivets pop 3/16 alu, vis M4/#6 lot 20 $
Ruban mousse double face 2 mm (VHB ou équivalent), ~25 m en 6 mm 1-2 rouleaux 30-50 $
Mèches 9/32 et 5/16 (plastique), ½ po étagée, lame 80 dents — 60 $
PCB barrettes (30) + backplane (5) + stencil + transport 1 commande 150-220 $
LED WS2812B-5050 (630), condensateurs, résistances, JST, borniers, 74AHCT lot 80-120 $
Câbles JST-XH pré-sertis (45) lot 30 $
Pâte Sn-Bi, flux — 30 $
Adaptateur 5 V 30 A + XT60 + porte-fusible 1 60-90 $
Peinture noire mate, pieds caoutchouc, visserie — 30 $
Total ≈ 800-1 000 $

8. Ordre de construction et tests

  1. Mesurer les 4 barres d'aluminium ; fixer L et la zone de contrôle (§5.4).
  2. Acheter les 5000 rondelles ¼ SAE (un lot), mesurer une pile de 40 au vernier → t et p (§3.1). Rien ne se dessine avant ça.
  3. Test de sens et de signal avec un ruban (§6.6).
  4. Finaliser et commander les PCB, stencil et composants (délai 2-3 semaines).
  5. Couper et percer 60 blocs ; enfiler 3 colonnes d'essai sur 6 tiges avec les rondelles ; valider mèche 9/32 vs 5/16, le gabarit 180° et mesurer la hauteur réelle de 20 rangées (doit tomber à ±1 mm de 19 × p).
  6. Couper et percer les 500 autres blocs (+ rechange).
  7. Base : coller le gabarit papier 1:1, percer plaque du dessus + barre du haut serrées ensemble (56 trous), les 28 trous de câbles, les trous de contrôle ; refendre les barres 3 et 4 ; assembler la boîte ; XT60 et distribution.
  8. Souder 3 barrettes, test sur la carte ; souder les 25 autres ; monter les backplanes, souder les cavaliers A/B.
  9. Monter les 56 tiges, enfiler les 28 colonnes (4 rondelles, bloc, 4 rondelles…), poser la barre du haut, serrer.
  10. Coller les barrettes au dos des colonnes (bout IN en bas pour les impaires, en haut pour les paires), brancher les câbles du bas et les liens du haut.
  11. Test complet : 5 V, chaîne, 560 pixels, alignement visuel, réglage des pots.
  12. Optionnel, à décider sur 3 blocs d'essai avant l'étape 6 : poncer le dessus et le dessous des blocs (papier 220-320) pour le look givré uniforme de la vidéo.

9. Livrables à produire (plan d'implémentation)

  1. Gabarit papier 1:1 des 56 trous de tiges + 28 trous de câbles (PDF tuilé lettre, repères d'alignement) et dessin coté de la plaque du dessus et de la barre du haut.
  2. Dessin du gabarit de perçage des blocs et du bloc coté.
  3. Vues cotées de l'assemblage (face, côté, dessus) et de la base (faces, zone de contrôle).
  4. Projet KiCad « barrette-28b » (schéma, PCB, empreintes), Gerbers + perçage + stencil, BOM/CPL.
  5. Projet KiCad « backplane-28b », Gerbers + perçage, BOM.
  6. BOM globale avec liens d'achat et quantités.
  7. Guide d'assemblage illustré + checklist de tests.
  8. Note de contexte pour le projet Yetii (ce spec + suivi).

10. Risques et points à vérifier

Risque Mitigation
Tiges qui coincent à l'enfilage (trous 9/32) Essai sur 60 blocs ; repli sur 5/16
Épaisseur des rondelles différente du nominal → LED décalées en haut des colonnes Un seul lot, mesure d'une pile de 40 avant le PCB, vérification de la hauteur sur les 3 colonnes d'essai
Fissure de l'acrylique au perçage Mèche à plastique ou réaffûtée, martyr, basse vitesse, ne pas forcer, paroi de 5,9 mm conservée
Barres d'aluminium plus courtes que 60 po Règle de longueur §5.4 ; mesurer d'abord
Signal DATA 3,3 V marginal / câble de 1,4 m Résistance 330 Ω, tampon 74AHCT optionnel, test §6.6
LED abîmées par l'air chaud Pâte Sn-Bi basse température + plaque chauffante
Adaptateur sous-dimensionné 30 A recommandé, fusible, limiter la luminosité au pot BRIGHTNESS
Trous des pots/interrupteur mal placés Mesurer la carte réelle avant de percer la zone de contrôle
Barrette qui décolle VHB ou mousse acrylique de qualité, surfaces nettoyées à l'alcool, 24 h de prise avant de manipuler ; au pire, 2 vis M3 dans les blocs — à éviter

11. Hors périmètre

Source : SPEC-DESIGN.md