Einleitung

Lichteffekte, die sich im Takt der Musik bewegen, wirken oft aufwändig – tatsächlich lassen sie sich mit günstiger Hardware und zwei Open-Source-Projekten selbst bauen. Die Kombination heißt WLED und LedFx: WLED steuert die LEDs auf einem kleinen Mikrocontroller, LedFx verwandelt auf dem Computer ein Audiosignal in passende Lichtbefehle.

Dieser Artikel erklärt die Funktionsweise dahinter – von der einzelnen LED über die Streaming-Protokolle bis zur Effektkette. Wer den konkreten Bau nachvollziehen möchte, findet ihn im Projekt DIY LED Music Visualizer mit WLED & LedFx.

Adressierbare LEDs verstehen

Die wichtigste Entscheidung fällt schon beim Streifen. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen analogen, nicht-adressierbaren und adressierbaren LED-Streifen. Bei analogen Streifen leuchtet immer der ganze Streifen in derselben Farbe. Erst adressierbare Streifen erlauben Effekte, weil sich jeder Pixel einzeln ansteuern lässt.

Möglich macht das ein winziger Mikrocontroller in jeder LED. Das gängigste Protokoll ist WS2812B: Jeder Pixel besteht aus drei Sub-LEDs in Rot, Grün und Blau, jede mit acht Bit – also 256 Helligkeitsstufen pro Farbe. Über eine einzige Datenleitung läuft ein serieller Datenstrom: Der erste Pixel entnimmt die ersten 24 Bit, gibt den Rest weiter, der nächste entnimmt die nächsten 24 Bit, und so fort (serielle Kaskadierung).

Wichtig ist das Verständnis für den Stromverbrauch: Bei voller Helligkeit zieht jede Farbe rund 20 mA, ein weißer Pixel also etwa 60 mA. Bei 300 Pixeln sind das theoretisch 18 Ampere. Dieser Richtwert bestimmt die Wahl des Netzteils und ist der häufigste Grund, warum selbstgebaute Installationen flackern oder die Farben kippen.

Die Architektur: Wer macht was?

Der entscheidende Punkt für das Verständnis von WLED und LedFx ist die Arbeitsteilung zwischen zwei Geräten.

Die Signalkette: Das Audiosignal wird auf dem Laptop von LedFx analysiert, die Befehle gehen über den Router an den Mikrocontroller, WLED übersetzt sie in das LED-Protokoll.

Die Kette sieht so aus: Eine Audioquelle liefert den Ton. Der Laptop zeichnet ihn auf und übergibt ihn an LedFx, das die rechenintensive Analyse übernimmt und Lichtbefehle erzeugt. Diese gehen über den Router an den Mikrocontroller, auf dem WLED läuft. WLED übersetzt die Befehle in das serielle Protokoll des Streifens und gibt sie an die LEDs aus.

Spannend ist, wo die Audioanalyse passiert: nicht auf dem Mikrocontroller, sondern auf dem Computer. WLED kann zwar mit einem Mikrofon-Zusatzmodul selbst audioreaktiv arbeiten. Lagert man die Analyse stattdessen auf den Laptop aus, bleibt die Hardware einfach, die Effekte werden aufwändiger – und über das Netzwerk lassen sich mehrere Geräte gleichzeitig synchron ansteuern.

Wie LedFx mit WLED spricht

LedFx schickt keine fertige Animation, sondern für jedes Frame die Farbwerte aller Pixel über das Netzwerk. Dafür nutzt es etablierte Echtzeit-Protokolle aus der Veranstaltungstechnik – meist DDP (Distributed Display Protocol) oder E1.31/sACN, ein Standard zur Übertragung von DMX-Daten über das Netzwerk. WLED besitzt einen passenden Echtzeit- bzw. „Realtime"-Modus, der eingehende Pixeldaten sofort auf den Streifen legt und dabei die eigene Effekt-Engine überbrückt.

Das erklärt auch, warum ein Router gebraucht wird: Er verbindet Laptop und Mikrocontroller im selben Netzwerk und macht aus einem Einzelgerät eine erweiterbare Installation.

WLED: die Firmware auf dem Controller

WLED ist eine Open-Source-Firmware für ESP8266- und ESP32-Mikrocontroller. Sie bringt eine Weboberfläche, viele eingebaute Effekte und eben jenen Echtzeit-Modus mit.

Das Flashen ist unkompliziert: Über install.wled.me lässt sich die Firmware direkt aus dem Browser installieren. Danach sind vor allem zwei Einstellungen wichtig. Unter Config → LED Preferences legt man den Brightness Limiter passend zum Netzteil fest (bei 300 Pixeln etwa 18.000 mA) – das schützt vor Überlast und Spannungsabfall. Außerdem stellt man den GPIO-Pin ein, an dem die Datenleitung hängt. Unter WiFi Setup muss sich das Gerät im selben Netzwerk wie der Computer anmelden, sonst findet LedFx es nicht. Praktisch ist eine mDNS-Adresse, über die das Gerät im Netzwerk z. B. unter http://wled1.local erreichbar wird.

LedFx: Audio zu Licht am Computer

LedFx ist die Gegenseite: Es nimmt ein Audiosignal entgegen, zerlegt es in Frequenzbänder und bildet daraus Effekte, die es an ein oder mehrere WLED-Geräte streamt.

Die LedFx-Oberfläche bündelt Audioquelle, Effektauswahl und die Steuerung mehrerer Geräte.

Nach der Installation öffnet sich die Oberfläche unter http://127.0.0.1:8888/. Ein Setup-Assistent findet kompatible Geräte automatisch im Netzwerk und lässt die Audioquelle wählen. Anschließend stehen unter Devices die einzelnen Streifen bereit. Dort probiert man Effekte aus – einige reagieren auf das Audiosignal, andere laufen unabhängig. Gelungene Einstellungen speichert man als Presets; über Scenes fasst man mehrere Geräte und Effekte zu einem Gesamtbild zusammen. Ein Expertenmodus schaltet zusätzliche Parameter frei.

Praxistipps und Stolpersteine

Aus dem eigenen Aufbau haben sich ein paar wiederkehrende Punkte ergeben:

• Strom zuerst denken. Das Netzteil muss exakt 5 V liefern und für die Gesamtlast dimensioniert sein. Bei langen Streifen lohnt sich zusätzliche Stromeinspeisung an mehreren Stellen, sonst werden die Pixel am Ende dunkler und gelblich.
• Leitungen kurz und dick. Auf der Stromseite fließen schnell zweistellige Ampere-Werte; dünne oder lange Kabel führen zu Spannungsverlust. Auf der Signalseite genügen dünne Kabel.
• Gemeinsame Masse. Controller und Streifen müssen sich GND teilen, damit das Datensignal eine saubere Referenz hat.
• Netzwerk ist Teil der Effektkette. Da die Pixeldaten in Echtzeit übers Netzwerk laufen, machen sich WLAN-Aussetzer als Ruckeln bemerkbar. Ein eigener Router oder die 2,4-GHz-Verbindung nah am Gerät hilft.
• Die richtige Audioquelle. Damit LedFx das hört, was läuft, muss die passende Quelle gewählt werden – je nach System ein Loopback- bzw. Mithör-Eingang statt des Mikrofons.

Wer einen analogen Streifen oder eine andere Spannung verwenden möchte, braucht einen etwas erweiterten Aufbau – die WLED-Dokumentation zu kompatiblen Streifen ist dafür ein guter Startpunkt.

Quellen & Weiterführendes

• WLED – Dokumentation: kno.wled.ge
• WLED – Web-Installer: install.wled.me
• LedFx – Projektseite: ledfx.app und Releases auf GitHub
• WLED – Kompatible LED-Streifen: kno.wled.ge/basics/compatible-led-strips
• Eigener Showcase: LedFx mit WLED (1) und LedFx mit WLED (2)