Creo que hay dos cuestiones aquí. Bueno, tres, pero lo dejaré para el final.
En primer lugar, R2 debe ser al menos 10 veces R1. Cuando la frecuencia de salida es lo suficientemente alta, la impedancia de C2 será muy baja, y la combinación de R1/R2/C2 se parecerá básicamente a R1 y R2 en paralelo, que no es lo que quieres.
En segundo lugar, dado que tu último elemento es C2, la salida al LED se parecerá (más o menos) a una fuente de tensión, y no quieres conducir un LED desde una fuente de tensión. Por lo demás, una vez que se alcanza el umbral de tensión de avance del LED, cualquier incremento adicional producirá un gran aumento de la luminosidad.
Por último, y esto es más difícil de explicar, un LED desnudo es lo que se llama una carga no lineal. Es decir, proporciona una resistencia aparente muy grande cuando está en polarización inversa, y una resistencia aparente muy pequeña cuando está en polarización directa por encima de su umbral. Esta resistencia cambiante se retroalimentará en su filtro y afectará a sus resultados.
Finalmente (y sí, son 4 de 3), este no es un buen enfoque para lo que estás tratando de hacer. Lo más importante es que tu curva de salida esperada es muy inexacta. Puede que sirva para una frecuencia de 100 Hz a 10 kHz, pero las secciones RC simples simplemente no tienen la selectividad que deseas. Por ejemplo, tu sección de paso bajo, R2/C2, cuando se toma por sí sola, tiene una ganancia de 0,822 a 11 kHz, 0,705 a 16 kHz y 0,623 a 20 kHz, por lo que puedes ver que no está haciendo mucho en este rango de frecuencias. El filtro en su conjunto tiene una respuesta de pico a unos 16 kHz, pero su punto de -3dB está un poco por debajo de los 3 kHz. Así que no es de extrañar que no obtengas los resultados que tu cifra te hacía esperar.
TLDR: Su filtro está funcionando como debería. Si lo que mejor selectividad, tendrá que utilizar un circuito mucho más sofisticado (multipolar con una mejor sección de LED).
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¿Por qué no digitalizas la entrada, ejecutas una FFT y utilizas el resultado para elegir qué LED encender? ¿Puedes explicar por qué crees que no puedes usar un filtro de paso de banda; incluyendo el esquema de tu circuito y los valores calculados de los componentes?
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Probaré tu sugerencia y publicaré los resultados. En cuanto al filtro de paso de banda, intenté utilizar uno pero la tensión de salida era insoportable, el LED se activaba con frecuencias muy por encima y por debajo de la frecuencia de corte.
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Posible duplicado de ¡Ayuda al diseño! -- Toca un tono puro en un micrófono y dependiendo de su frecuencia se encenderá un LED específico
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Podrías usar un comparador (posiblemente usando un rectificador ideal) después del filtro para que el LED sólo se encienda para las frecuencias dentro de la banda de paso estableciendo un umbral.
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Estás tratando de hacer algo similar a un analizador de espectro. Intenta buscar "esquema de analizador de espectro" y encontrarás algunos circuitos analógicos que muestran la complejidad de hacer filtros pasa-banda muy estrechos de esa manera. El enfoque digital puede ser más sencillo, al menos desde el punto de vista del hardware.
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Es necesario especificar la amplitud mínima de una señal que debe que se encienda un LED y la amplitud máxima de las señales que se verán. Sí, vas a necesitar altas tasas de rolloff. Un procesador que ejecute una FFT suena mejor.
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¿Las franjas de frecuencia son constantes de 100 Hz de ancho? Esto es consistente con la idea de FFT de Elliot. Un filtro analógico (200 - 300) Hz requiere un filtro con Q de 2,5. Un filtro para 500 - 600 Hz requiere un filtro con Q de 5,5. A medida que se sube en frecuencia, el Q del filtro es más difícil de conseguir.
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"Pensé en usar un filtro de paso de banda, pero no creo que funcione con rangos de frecuencia tan ajustados como estos". Amigo, es lo ÚNICO que funcionará - sólo que tienen que ser filtros de paso de banda mucho mejores de lo que estás acostumbrado. Nota - El "filtro de paso de banda" puede ser analógico o digital, software o hardware.
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Hace muchos años construí varios "órganos de color" analógicos de 3 canales. La entrada de música iluminaba tres bancos de bombillas navideñas de colores detrás de una pantalla difusora. Esto fue justo antes de que llegara el Disco en 1977.
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Incluso mejor que el "órgano de luz" era la pantalla de frecuencia vectorial RGB Quad en un gran televisor. produciendo 3 colores de espectro frecuencial de sonido cuadrafónico de 3 cañones escaneados vectoriales en 4 direcciones haciendo todo tipo de curvas Lissajous