DIY LED Music Visualizer mit WLED & LedFx

Projektbeschreibung

Für die Veranstaltungen des Novum Kollektivs brauchte es Licht, das auf die Musik reagiert – ohne teure Veranstaltungstechnik. Daraus entstand ein DIY LED Music Visualizer: ein adressierbarer LED-Streifen, der über zwei Open-Source-Projekte – WLED auf einem Mikrocontroller und LedFx auf dem Laptop – in Echtzeit auf Audio reagiert.

Der Reiz lag in der Kombination aus geringen Kosten und Erweiterbarkeit. Die Hardware ließ sich über gängige Versandhäuser beschaffen, der Aufbau brauchte nur wenige Komponenten, und die Software ist kostenlos. Gleichzeitig lässt sich das System um beliebig viele Geräte erweitern und für verschiedene Räume und Events neu konfigurieren.

Der adressierbare WS2812B-Streifen im Betrieb. Jeder Pixel lässt sich einzeln in Farbe und Helligkeit ansteuern.

Die Hardware

Ich habe mich bewusst für ein 5-Volt-System mit adressierbaren LEDs entschieden. Adressierbare Streifen besitzen in jeder LED einen kleinen integrierten Mikrocontroller, der das Datensignal über eine serielle Leitung empfängt. Das gängigste Protokoll ist WS2812B: Jeder Pixel besteht aus drei Sub-LEDs in Rot, Grün und Blau mit je acht Bit – also 256 Helligkeitsstufen pro Farbe. Der erste Pixel entnimmt die ersten 24 Bit des Datenstroms und gibt den Rest an den nächsten weiter (serielle Kaskadierung).

Genau diese Einzelansteuerung ist die Voraussetzung dafür, dass später Effekte wie Lauflichter oder Frequenzbänder überhaupt möglich werden.

Netzteil und der entscheidende Richtwert

Bei voller Helligkeit zieht jede Farbe rund 20 mA – ein weißer Pixel also etwa 60 mA. Dieser Wert ist der wichtigste Richtwert des ganzen Projekts: Bei 300 Pixeln ergeben sich daraus theoretisch 18 Ampere (300 × 60 mA = 18.000 mA). Entsprechend habe ich ein Netzteil mit 5 V und 20 A gewählt. Wichtig ist, dass das Netzteil exakt 5 Volt liefert, um die Bauteile nicht zu beschädigen.

Das Netzteil mit Schutzkontaktstecker. Für die Netzseite habe ich ein defektes Kaltgerätekabel wiederverwendet und das offene Ende mit Kabelschuhen versehen.

Controller: warum ESP8266 statt ESP32

Als Steuereinheit kam ein ESP8266 zum Einsatz. Der Vorteil gegenüber dem leistungsstärkeren ESP32 ist hier ganz praktisch: Der ESP8266 arbeitet mit 5 Volt und lässt sich damit direkt aus demselben Netzteil versorgen wie der Streifen – das Signal muss nicht aufwändig auf ein anderes Spannungsniveau konvertiert werden. Ein Bauteil weniger, eine Fehlerquelle weniger.

ESP8266 und Netzteil auf einer gemeinsamen Trägerplatte. Eine optionale 3D-gedruckte Halterung vereinfacht die Montage.

Verkabelung

Beim Verkabeln gibt es eine einfache, aber wichtige Faustregel: Dort, wo viel Strom fließt, müssen die Kabel dick und kurz sein. Der Widerstand des Kabels führt sonst zu Spannungsverlust, und bei bis zu 18 Ampere fällt das schnell ins Gewicht.

Zwischen Netzteil und Streifen verwende ich deshalb das dickere Kabel des Streifens, gekrimpt mit Kabelschuhen und über passende Stecker geführt. Für den ESP genügen dünne Signalkabel, da sein Stromverbrauch vernachlässigbar ist – benötigt werden nur drei Verbindungen: Vin, GND und das Signal auf GPIO 13.

Der Schaltplan des Aufbaus: Das Netzteil versorgt sowohl Streifen als auch ESP, das Signal läuft über GPIO 13 zum ersten Pixel.

Die Stückliste blieb entsprechend überschaubar:

• Netzteil mit 220 V Eingangs- und 5 V / 20 A Ausgangsspannung
• ESP8266
• 5 m WS2812B-LED-Streifen mit 300 Pixeln
• Kaltgerätekabel, Kabelschuhe, passende Stecker und eine Buchsenleiste

Der aufgewickelte Streifen mit angeschlossenem Controller – kompakt genug, um ihn zu Veranstaltungen mitzunehmen.

Die Software ist die eigentliche Anlage

Wie schon bei anderen Projekten zeigte sich auch hier: Die Mechanik bzw. Elektronik war nur die halbe Miete. Damit aus dem Lichtelement ein Music Visualizer wird, braucht es eine ganze Signalkette aus Laptop, LedFx, Router, WLED und Streifen.

Die Signalkette: Das Audiosignal wird auf dem Laptop von LedFx analysiert, die Effektbefehle gehen über den Router an den ESP8266, und WLED übersetzt sie in das Protokoll für den Streifen.

Bemerkenswert ist die Arbeitsteilung: Die rechenintensive Audioanalyse passiert nicht auf dem Mikrocontroller, sondern auf dem Laptop. WLED selbst kann zwar audioreaktive Effekte, ich habe diese Funktion aber bewusst nicht genutzt. LedFx zerlegt das Audiosignal am Computer in Frequenzbänder und schickt nur noch fertige Lichtbefehle über das Netzwerk. Der ESP8266 muss dadurch nur empfangen und ausgeben – und über denselben Router lassen sich mehrere Geräte gleichzeitig synchron steuern.

WLED flashen und einrichten

Über install.wled.me lässt sich der ESP direkt im Browser mit der WLED-Firmware flashen. Anschließend habe ich in der Weboberfläche unter Config → LED Preferences zwei Dinge gesetzt: den Brightness Limiter auf 18.000 mA (damit das Netzteil nicht überlastet wird) und den GPIO auf 13. Unter WiFi Setup verbindet sich das Gerät mit demselben Netzwerk wie der Laptop, damit LedFx es findet. Optional habe ich eine mDNS eingerichtet, sodass das Gerät im Netzwerk unter http://wled1.local erreichbar ist.

LedFx konfigurieren

LedFx übernimmt die Audioverarbeitung. Nach dem Start öffnet sich die Oberfläche unter http://127.0.0.1:8888/. Der Setup-Assistent findet den ESP8266 automatisch im Netzwerk und lässt die Audioquelle auswählen. Danach erscheint das Gerät unter Devices, wo sich verschiedene Effekte ausprobieren lassen – einige audioreaktiv, andere nicht. Gelungene Einstellungen speichere ich als Presets, und über Scenes lassen sich mehrere Geräte und Effekte zu einem Gesamtbild zusammenfassen.

Die LedFx-Oberfläche: Hier laufen Audioanalyse, Effektauswahl und die Steuerung mehrerer Geräte zusammen.

Das Ergebnis

Im Betrieb wird aus Musik live ein Lichtbild. Zwei kurze Showcases zeigen das System in Aktion:

Was ich gelernt habe

Das Projekt hat mir gezeigt, wie weit man mit günstiger Hardware und guter Open-Source-Software kommt. Drei Dinge nehme ich besonders mit:

Strom ist die eigentliche Hürde, nicht das Leuchten. Der Richtwert von 60 mA pro Pixel, das passende Netzteil und kurze, dicke Leitungen entscheiden darüber, ob die Installation stabil und sicher läuft – die Effekte sind am Ende der einfachste Teil.

Aufgaben dorthin verlagern, wo sie hingehören. Die Audioanalyse auf den Laptop auszulagern und den ESP nur empfangen zu lassen, hält die Hardware simpel und macht das System über das Netzwerk beliebig erweiterbar.

Open Source senkt die Einstiegshürde drastisch. WLED und LedFx haben aus einem überschaubaren Materialbudget ein flexibles Werkzeug gemacht, das ich für unterschiedliche Veranstaltungen immer wieder neu einsetzen und anpassen konnte.

Eine ausführlichere Erklärung der Funktionsweise – von adressierbaren LEDs über die Streaming-Protokolle bis zur Effektkette – habe ich im begleitenden Artikel Musikreaktive LEDs mit WLED und LedFx festgehalten.