Consultați Undele sonore utilizând lumina colorată (LED RGB): 10 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

De SteveMannEyeTap Inteligență umanistă Urmăriți mai multe de la autor:

Despre: Am crescut într-un moment în care tehnologiile erau transparente și ușor de înțeles, dar acum societatea evoluează spre nebunie și neînțelegere. Așa că am vrut să fac tehnologia umană. La vârsta de 12 ani, am … Mai multe despre SteveMann »

Aici puteți vedea unde sonore și puteți observa modelele de interferență realizate de doi sau mai mulți traductori, deoarece spațiul dintre ele este variat. (Cel mai la stânga, model de interferență cu două microfoane la 40 000 de cicluri pe secundă; dreapta sus, singur microfon la 3520 cps; jos dreapta, singur microfon la 7040cps).

Undele sonore conduc un LED color, iar culoarea este faza undei, iar luminozitatea este amplitudinea.

Un plotter X-Y este utilizat pentru a trasa undele sonore și pentru a efectua experimente asupra realității augmentate fenomenologice („Realitate reală” ™), prin intermediul unei mașini de imprimare a undelor secvențiale (SWIM).

MULȚUMIRI:

În primul rând aș dori să recunosc mulți oameni care au ajutat la acest proiect care a început ca un hobby al meu din copilărie, fotografierea undelor radio și a undelor sonore (https://wearcam.org/par). Mulțumesc multor studenți din trecut și din prezent, inclusiv Ryan, Max, Alex, Arkin, Sen și Jackson și alții din MannLab, inclusiv Kyle și Daniel. Mulțumim și lui Stephanie (vârsta de 12 ani) pentru observația că faza traductoarelor cu ultrasunete este aleatorie și pentru ajutor în conceperea unei metode de sortare a acestora pe faze în două grămezi: „Stephative” (Stephanie pozitivă) și „Stegative” '(Stephanie negativ). Mulțumim lui Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings și profesorului Wang (SYSU).

Pasul 1: Principiul utilizării culorilor pentru a reprezenta valurile

Ideea de bază este de a folosi culoarea pentru a reprezenta undele, cum ar fi undele sonore.

Aici vedem un exemplu simplu în care am folosit culoarea pentru a arăta unde electrice.

Acest lucru ne permite să vizualizăm, de exemplu, transformata Fourier sau orice alt semnal electric bazat pe unde, vizual.

Am folosit aceasta ca o copertă de carte pe care am proiectat-o [Advances in Machine Vision, 380pp, apr 1992], împreună cu câteva capitole contribuite la carte.

Pasul 2: Construiți convertorul sunet în culoare

Pentru a converti sunetul în culoare, trebuie să construim un convertor de sunet în culoare.

Sunetul provine de la ieșirea unui amplificator de blocare la care se face referire la frecvența undelor sonore, așa cum am explicat în unele din Instrucțiunile mele anterioare, precum și în unele dintre lucrările mele publicate.

Ieșirea amplificatorului de blocare este o ieșire complexă, care apare pe două terminale (mulți amplificatori folosesc conectori BNC pentru ieșirile lor), unul pentru „X” (componenta în fază care este partea reală) și unul pentru „Y” (componenta de cvadratură care este partea imaginară). Împreună, tensiunile prezente la X și Y denotă un număr complex, iar desenul de mai sus (stânga) descrie planul Argand pe care sunt afișate mărimi complexe cu valoare. Folosim un Arduino cu două intrări analogice și trei ieșiri analogice pentru a converti de la XY (număr complex) la RGB (roșu, verde, albastru), conform codului swimled.ino furnizat.

Le scoatem ca semnale de culoare RGB la o sursă de lumină LED. Rezultatul este de a înconjura o roată de culoare cu faza ca unghi, iar cu cantitatea de lumină este puterea semnalului (nivelul sonor). Acest lucru se realizează cu un număr complex la RGB color-mapper, după cum urmează:

Color-mapperul complex convertește dintr-o cantitate cu valoare complexă, obținută de obicei de la un receptor homodin sau un amplificator de blocare sau un detector coerent de fază într-o sursă de lumină colorată. De obicei, se produce mai multă lumină atunci când magnitudinea semnalului este mai mare. Faza afectează nuanța culorii.

Luați în considerare aceste exemple (așa cum este subliniat în lucrarea de conferință IEEE "Rattletale"):

1. Un semnal real puternic pozitiv (adică când X = + 10 volți) este codificat ca roșu aprins. Un semnal real slab pozitiv, adică atunci când X = + 5 volți, este codificat ca un roșu slab.
2. Ieșirea zero (X = 0 și Y = 0) se prezintă ca neagră.
3. Un semnal real negativ puternic (adică X = -10 volți) este verde, în timp ce realul slab negativ (X = -5 volți) este verde slab.
4. Semnalele pozitive puternic imaginare (Y = 10v) sunt galbene strălucitoare, iar slab pozitive-imaginare (Y = 5v) sunt galbene slabe.
5. Semnalele imaginare negative sunt albastre (de exemplu, albastru strălucitor pentru Y = -10v și albastru slab pentru Y = -5v).
6. Mai general, cantitatea de lumină produsă este aproximativ proporțională cu o magnitudine, R_ {XY} = / sqrt {X ^ 2 + Y ^ 2}, iar culoarea pentru o fază, / Theta = / arctan (Y / X). Deci, un semnal pozitiv real și pozitiv imaginar (adică / Theta = 45 de grade) este slab portocaliu dacă este slab, portocaliu strălucitor de puternic (de exemplu, X = 7,07 volți, Y = 7,07 volți) și portocaliu strălucitor de foarte puternic, adică X = 10v și Y = 10v, caz în care componentele LED R (roșu) și G (verde) sunt aprinse. În mod similar, un semnal care este la fel de pozitiv imaginar real și negativ se redă ca violet sau violet, adică cu componentele LED R (roșu) și B (albastru) pe ambele conectate. Aceasta produce un violet slab sau violet strălucitor, în conformitate cu magnitudinea semnalului. [Link]

Ieșirile X = realitate augmentată și Y = imaginalitate mărită a oricărui detector coerent de fază, amplificator de blocare sau receptor homodin sunt, prin urmare, utilizate pentru a suprapune o realitate augmentată fenomenologic pe un câmp vizual sau vizual, arătând astfel un grad de răspuns acustic ca acoperire vizuală.

Mulțumiri speciale unuia dintre studenții mei, Jackson, care a ajutat la implementarea convertorului meu XY în RGB.

Cele de mai sus sunt o versiune simplificată, pe care am făcut-o pentru a ușura predarea și explicarea. Implementarea inițială pe care am făcut-o în anii '80 și începutul anilor '90 funcționează și mai bine, deoarece spațiează roata de culori într-un mod percepțional uniform. A se vedea fișierele Matlab „.m” atașate pe care le-am scris la începutul anilor 1990 pentru a implementa conversia îmbunătățită XY în RGB.

Pasul 3: Faceți un „cap de imprimare” RGB

„Capul de imprimare” este un LED RGB, cu 4 fire pentru conectarea acestuia la ieșirea convertorului XY în RGB.

Pur și simplu conectați 4 fire la LED, unul la comun și unul la fiecare dintre terminale pentru culori (roșu, verde și albastru).

Mulțumiri speciale fostului meu student, Alex, care a ajutat la realizarea unui cap de tipărire.

Pasul 4: Obțineți sau construiți un plotter XY sau alt sistem de poziționare 3D (linkul Fusion360 inclus)

Avem nevoie de un fel de dispozitiv de poziționare 3D. Prefer să obțin sau să construiesc ceva care se mișcă ușor în planul XY, dar nu necesit mișcare ușoară în a treia axă (Z), deoarece acest lucru este destul de rar (deoarece de obicei scanăm într-un raster). Astfel, ceea ce avem aici este în primul rând un plotter XY, dar are șine lungi, permițându-i să fie deplasat de-a lungul celei de-a treia axe atunci când este necesar.

Plotterul scanează spațiul, mutând un traductor, împreună cu o sursă de lumină (LED RGB), prin spațiu, în timp ce declanșatorul unei camere este deschis pentru durata corectă a expunerii pentru a capta fiecare cadru al imaginii vizuale (unul sau mai multe cadre, de ex. pentru o imagine statică sau un fișier de film).

XY-PLOTTER (fișier Fusion 360). Mecanica este simplă; orice plotter XYZ sau XY va face. Iată plotterul pe care îl folosim, 2-dimensional SWIM (Sequential Wave Imprinting Machine): https://a360.co/2KkslB3 Plotterul se mișcă ușor în planul XY și se mișcă într-un mod mai greoi în Z, astfel încât să măturăm scoateți imagini în 2D și apoi avansați încet pe axa Z. Link-ul este către un fișier Fusion 360. Folosim Fusion 360, deoarece este bazat pe cloud și ne permite să colaborăm între MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto și MannLab Shenzhen, pe 3 fusuri orare. Solidworks este inutil pentru asta! (Nu mai folosim Solidworks, deoarece am avut prea multe probleme cu versiunea de bifurcare pe fusuri orare, deoarece obișnuiam să petrecem mult timp strângând diferite editări ale fișierelor Solidworks. Este esențial să păstrăm totul într-un singur loc, iar Fusion 360 face asta foarte bine.)

Pasul 5: Conectați-vă la un amplificator de blocare

Aparatul măsoară undele sonore în raport cu o anumită frecvență de referință.

Undele sonore sunt măsurate pe tot spațiul, prin intermediul unui mecanism care mișcă un microfon sau difuzor în spațiu.

Putem vedea modelul de interferență dintre două difuzoare mișcând un microfon prin spațiu, împreună cu LED-ul RGB, expunând în același timp suportul fotografic la sursa de lumină în mișcare.

Alternativ, putem muta un difuzor prin spațiu pentru a fotografia capacitatea de ascultare a unei game de microfoane. Acest lucru creează o formă de măturat erori care detectează capacitatea senzorilor (microfoane) de a simți.

Detectarea senzorilor și detectarea capacității lor de a simți se numește metaveglare și este descrisă în detaliu în următoarea lucrare de cercetare:

CONECTAREA LUI:

Imaginile din acest instructabil au fost realizate prin conectarea unui generator de semnal la un difuzor, precum și la intrarea de referință a unui amplificator de blocare, în timp ce mișcați un LED RGB împreună cu difuzorul. Un Arduino a fost folosit pentru a sincroniza o cameră foto cu LED-ul în mișcare.

Amplificatorul de blocare specific folosit aici este SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™, care este conceput special pentru realitatea augmentată, deși îți poți construi propriul amplificator de blocare (un hobby al meu din copilărie era fotografierea undelor sonore și a undelor radio, așa că au construit un număr de amplificatoare de blocare în acest scop, așa cum este descris în

wearcam.org/par).

Puteți schimba rolul difuzoarelor și microfonului. În acest fel puteți măsura undele sonore sau undele meta sonore.

Bine ați venit în lumea realității fenomenologice. Pentru mai multe informații, consultați și

Pasul 6: fotografiați și împărtășiți rezultatele

Pentru un ghid rapid despre cum să fotografiez undele, consultați câteva dintre instructabilele mele anterioare, cum ar fi:

www.instructables.com/id/Seeing-Sound-Wave…

și

www.instructables.com/id/Abakography-Long-…

Distrează-te și dă clic pe „Am reușit” pentru a-ți împărtăși rezultatele și voi fi bucuros să îți ofer ajutor și sfaturi constructive despre cum să te distrezi cu realitatea fenomenologică.

Pasul 7: Realizați experimente științifice

Aici putem vedea, de exemplu, o comparație între o matrice de microfoane cu 6 elemente și o matrice de microfoane cu 5 elemente.

Putem vedea că atunci când există un număr impar de elemente, obținem un lob central mai frumos care se întâmplă mai devreme și, astfel, uneori „mai puțin este mai mult” (de exemplu, 5 microfoane sunt uneori mai bune decât șase, atunci când încercăm să facem formarea fasciculului).

Pasul 8: Încercați-l sub apă

Locul doi în Concursul Culorile Curcubeului