Pogledajte zvučne valove pomoću obojenog svjetla (RGB LED): 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

Autor SteveMannEyeTap Humanistička inteligencijaSlijedi Više od autora:

O: Odrastao sam u vrijeme kada su tehnologije bile transparentne i lako razumljive, ali sada se društvo razvija prema ludilu i nerazumljivosti. Pa sam htio učiniti tehnologiju ljudskom. Sa 12 godina sam … Više o SteveMannu »

Ovdje možete vidjeti zvučne valove i promatrati smetnje koje stvaraju dva ili više pretvarača kako se razmak između njih mijenja. (Krajnje lijevo, obrazac smetnji s dva mikrofona pri 40 000 ciklusa u sekundi; gore desno, pojedinačni mikrofon pri 3520 cps; dolje desno, jedan mikrofon pri 7040 cps).

Zvučni valovi pokreću LED u boji, a boja je faza vala, a svjetlina je amplituda.

X-Y ploter koristi se za iscrtavanje zvučnih valova i provođenje eksperimenata na fenomenološkoj proširenoj stvarnosti ("Real Reality" ™), pomoću mašine za utiskivanje sekvencijalnih valova (SWIM).

ZAHVALNICE:

Prvo bih želio zahvaliti mnogim ljudima koji su pomogli u ovom projektu koji je započeo kao hobi iz djetinjstva, fotografirajući radiovalove i zvučne valove (https://wearcam.org/par). Hvala mnogim prošlim i sadašnjim studentima, uključujući Ryana, Maxa, Alexa, Arkina, Sena i Jacksona, i drugima u MannLabu, uključujući Kylea i Daniela. Hvala i Stephanie (12 godina) na zapažanju da je faza ultrazvučnih pretvarača nasumična, te na pomoći u osmišljavanju metode njihovog razvrstavanja po fazama u dvije hrpe: `` Stephative '' (Stephanie pozitivna) i `Stegative ' '(Stephanie negativna). Zahvaljujući Arkinu, Visionertech -u, Shenzhen Investment Holdings -u i profesoru Wang -u (SYSU).

Korak 1: Princip korištenja boja za predstavljanje valova

Osnovna ideja je korištenje boje za predstavljanje valova, poput zvučnih valova.

Ovdje vidimo jednostavan primjer u kojem sam koristio boju za prikaz električnih valova.

To nam omogućuje vizualnu vizualizaciju, na primjer, Fourierove transformacije ili bilo kojeg drugog električnog signala zasnovanog na valovima.

Koristio sam ovo kao naslovnicu knjige koju sam dizajnirao [Napredak u mašinskom vidu, 380pp, april 1992.], zajedno s nekim priloženim poglavljima u knjizi.

Korak 2: Izgradite pretvarač zvuka u boju

Da bismo pretvorili zvuk u boju, moramo izgraditi pretvarač zvuka u boju.

Zvuk dolazi iz izlaza pojačala sa zaključavanjem koji se odnosi na frekvenciju zvučnih valova, kako je objašnjeno u nekim mojim prethodnim Instructables, kao i u nekim mojim objavljenim radovima.

Izlaz zaključanog pojačala je kompleksno vrijedan izlaz, koji se pojavljuje na dva terminala (mnoga pojačala koriste BNC konektore za svoje izlaze), jedno za "X" (fazna komponenta koja je pravi dio) i jedno za "Y" (kvadraturna komponenta koja je imaginarni dio). Naponi prisutni na X i Y označavaju kompleksan broj, a gornji crtež (lijevo) prikazuje Argand ravninu na kojoj su složene vrijednosti prikazane u boji. Koristimo Arduino s dva analogna ulaza i tri analogna izlaza za pretvaranje iz XY (složeni broj) u RGB (crvena, zelena, plava boja), prema isporučenom kodu swimled.ino.

Iznosimo ih kao RGB signale u boji LED izvoru svjetla. Rezultat je obilazak kotača u boji s fazom kao kutom, a s kvalitetom svjetla jačina signala (nivo zvuka). To se radi s kompleksnim brojem za RGB preslikavanje boja, kako slijedi:

Kompleksni preslikač boja pretvara se iz složene vrijednosti, obično se emituje iz homodinskog prijemnika ili zaključanog pojačala ili fazno koherentnog detektora u izvor svjetlosti u boji. Obično se više svjetla proizvodi kada je veličina signala veća. Faza utječe na nijansu boje.

Razmotrite ove primjere (kako je navedeno u IEEE konferencijskom radu "Rattletale"):

1. Snažan pozitivan pravi signal (tj. Kada je X =+10 volti) kodiran je svijetlocrveno. Slabo pozitivan pravi signal, tj. Kada je X =+5 volti, kodiran je kao prigušeno crveno.
2. Nulti izlaz (X = 0 i Y = 0) predstavlja se kao crn.
3. Jaki negativni stvarni signal (tj. X = -10 volti) je zelene boje, dok je slabo negativan stvarni signal (X = -5 volti) prigušeno zelene boje.
4. Jako zamišljeni pozitivni signali (Y = 10v) su svijetložuti, a slabo pozitivno zamišljeni (Y = 5v) su tamno žuti.
5. Negativno zamišljeni signali su plavi (npr. Svijetlo plava za Y = -10v i prigušeno plava za Y = -5v).
6. Općenito, količina proizvedene svjetlosti približno je proporcionalna veličini, R_ {XY} = / sqrt {X^2+Y^2}, a boja u fazi, / Theta = / arctan (Y/X). Dakle, signal podjednako pozitivan stvarni i pozitivni imaginarni (tj. / Theta = 45 stepeni) je prigušeno narandžaste boje ako je slab, jarko narandžaste jake (npr. X = 7,07 volti, Y = 7,07 volti), a najsvjetlija narančasta jako jake, tj. X = 10v i Y = 10v, u tom slučaju su R (crvena) i G (zelena) LED dioda pune. Slično, signal koji je jednako pozitivan stvarni i negativan imaginarni prikazuje se kao ljubičast ili ljubičast, tj. Sa R (crvenom) i B (plavom) LED komponentom koje su uključene zajedno. Ovo proizvodi prigušeno ljubičastu ili svijetlo ljubičastu boju, u skladu s veličinom signala. [Link]

Izlazi X = proširena stvarnost i Y = povećana imaginacija bilo kojeg fazno koherentnog detektora, zaključanog pojačala ili homodinskog prijemnika stoga se koriste za preklapanje fenomenološki povećane stvarnosti na vidno polje ili vidno polje, pokazujući tako stupanj akustički odziv kao vizuelni prekrivač.

Posebno se zahvaljujem jednom od mojih učenika, Jacksonu, koji mi je pomogao u implementaciji mog pretvarača XY u RGB.

Gore navedeno je pojednostavljena verzija, koju sam učinio kako bih olakšao podučavanje i objašnjenje. Originalna implementacija koju sam uradio 1980 -ih i ranih 1990 -ih funkcionira još bolje, jer raspoređuje krug boja na perceptivno ujednačen način. Pogledajte priložene Matlab ".m" datoteke koje sam napisao početkom 1990 -ih radi implementacije poboljšane konverzije XY u RGB.

Korak 3: Napravite RGB "glavu za štampanje"

"Glava za ispis" je RGB LED, sa 4 žice za povezivanje na izlaz XY u RGB pretvarača.

Jednostavno spojite 4 žice na LED, jednu na zajedničku, a jednu na svaki od terminala za boje (crvenu, zelenu i plavu).

Posebno zahvaljujem svom bivšem studentu, Alexu, koji mi je pomogao oko sastavljanja glave za štampanje.

Korak 4: Nabavite ili izgradite XY ploter ili drugi 3D sistem za pozicioniranje (uključena je Fusion360 veza)

Potrebna nam je neka vrsta 3D uređaja za pozicioniranje. Više volim nabaviti ili izgraditi nešto što se lako kreće u ravnini XY, ali ne zahtijevam lako kretanje po trećoj (Z) osi, jer je to prilično rijetko (budući da obično skeniramo u rasteru). Dakle, ovdje imamo prvenstveno XY ploter, ali on ima dugačke šine koje mu omogućuju pomicanje po trećoj osi kada je to potrebno.

Kater skenira prostor pomicanjem sonde, zajedno sa izvorom svjetla (RGB LED), kroz prostor, dok je zatvarač kamere otvoren za pravilno trajanje ekspozicije kako bi snimio svaki kadar vizualne slike (jedan ili više kadrova, npr. za datoteku fotografije ili filma).

XY-PLOTTER (datoteka Fusion 360). Mehanika je jednostavna; bilo koji XYZ ili XY ploter će raditi. Evo plotera koji koristimo, dvodimenzionalni SWIM (stroj za utiskivanje sekvencijalnih valova): https://a360.co/2KkslB3 Ploter se lako kreće u XY ravnini i kreće se nezgodnije u Z, tako da pomeramo izlažite slike u 2D -u, a zatim polako napredujte prema Z osi. Veza je do datoteke Fusion 360. Koristimo Fusion 360 jer je zasnovan na oblaku i omogućava nam suradnju između MannLab Silicijske doline, MannLab Toronto i MannLab Shenzhen, u 3 vremenske zone. Solidworks je beskoristan za to! (Više ne koristimo Solidworks jer smo imali previše problema s forkiranjem verzija u vremenskim zonama jer smo provodili puno vremena skupljajući različita uređivanja datoteka Solidworks. Bitno je držati sve na jednom mjestu, a Fusion 360 to čini jako dobro.)

Korak 5: Povežite se sa zaključanim pojačalom

Aparat mjeri zvučne valove s obzirom na određenu referentnu frekvenciju.

Zvučni valovi se mjere u cijelom prostoru pomoću mehanizma koji pomiče mikrofon ili zvučnik po cijelom prostoru.

Uzorak smetnji između dva zvučnika možemo vidjeti pomicanjem mikrofona kroz prostor, zajedno sa RGB LED, dok izlažemo fotografske medije pokretnom izvoru svjetlosti.

Alternativno, možemo premjestiti zvučnik kroz prostor kako bismo snimili kapacitet niza mikrofona za slušanje. Ovo stvara oblik čistača grešaka koji osjeća sposobnost senzora (mikrofona) da osjete.

Osećanje senzora i njihova osetljivost se naziva metanadzor i detaljno je opisano u sledećem istraživačkom radu:

POVEZIVANJE:

Slike u ovom Instructable snimljene su povezivanjem generatora signala na zvučnik, kao i na referentni ulaz zaključanog pojačala, dok se RGB LED pomera zajedno sa zvučnikom. Arduino je korišten za sinkronizaciju fotografske kamere s LED -om u pokretu.

Specifično zaključavajuće pojačalo koje se ovdje koristi je SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™ koji je dizajniran posebno za proširenu stvarnost, iako možete izgraditi vlastito zaključavajuće pojačalo (moj hobi iz djetinjstva bio je fotografiranje zvučnih valova i radio valova, pa sam izgradili su određeni broj pojačala za zaključavanje u tu svrhu, kako je opisano u

wearcam.org/par).

Možete zamijeniti ulogu zvučnika i mikrofona. Na ovaj način možete mjeriti zvučne valove ili meta zvučne valove.

Dobrodošli u svijet fenomenološke stvarnosti. Za više informacija pogledajte i

Korak 6: Fotografirajte i podijelite svoje rezultate

Za kratki vodič o tome kako fotografirati valove pogledajte neke od mojih prethodnih instrukcija kao što su:

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

i

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

Zabavite se i kliknite "Uspio sam" da podijelite svoje rezultate, a ja ću vam rado ponuditi konstruktivnu pomoć i savjete o tome kako se zabaviti s fenomenološkom stvarnošću.

Korak 7: Provedite naučne eksperimente

Ovdje možemo vidjeti, na primjer, usporedbu između niza mikrofona sa 6 elemenata i niza mikrofona sa 5 elemenata.

Možemo vidjeti da kada postoji neparan broj elemenata, dobivamo ljepši središnji režanj koji se događa ranije, pa se ponekad "manje manje više" (npr. 5 mikrofona je ponekad bolje od šest, kada pokušavamo izvesti oblikovanje snopa).

Korak 8: Isprobajte pod vodom

Drugoplasirani u takmičenju Boje duge