Δείτε τα ηχητικά κύματα χρησιμοποιώντας έγχρωμο φως (RGB LED): 10 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Από τον SteveMannEye Πατήστε Ανθρωπιστική Νοημοσύνη Ακολουθήστε περισσότερα από τον συγγραφέα:

Σχετικά: Μεγάλωσα σε μια εποχή που οι τεχνολογίες ήταν διαφανείς και εύκολα κατανοητές, αλλά τώρα η κοινωνία εξελίσσεται προς την παραφροσύνη και το ακατανόητο. Iθελα λοιπόν να κάνω την τεχνολογία ανθρώπινη. Σε ηλικία 12 ετών,… Περισσότερα για τον SteveMann »

Εδώ μπορείτε να δείτε ηχητικά κύματα και να παρατηρήσετε τα μοτίβα παρεμβολών που γίνονται από δύο ή περισσότερους μετατροπείς, καθώς η απόσταση μεταξύ τους ποικίλλει. (Αριστερότερο, μοτίβο παρεμβολής με δύο μικρόφωνα στους 40, 000 κύκλους ανά δευτερόλεπτο. Επάνω δεξιά, ένα μικρόφωνο στα 3520 cps. Κάτω δεξιά, ένα μικρόφωνο στα 7040 cps).

Τα ηχητικά κύματα οδηγούν ένα έγχρωμο LED και το χρώμα είναι η φάση του κύματος και η φωτεινότητα είναι το πλάτος.

Ένας σχεδιαστής X-Y χρησιμοποιείται για την αποτύπωση των ηχητικών κυμάτων και τη διεξαγωγή πειραμάτων σε φαινομενολογική επαυξημένη πραγματικότητα ("Real Reality" Real), μέσω μιας μηχανής αποτύπωσης διαδοχικών κυμάτων (SWIM).

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ:

Αρχικά θα ήθελα να αναγνωρίσω τους πολλούς ανθρώπους που βοήθησαν σε αυτό το έργο που ξεκίνησε ως παιδικό μου χόμπι, φωτογραφίζοντας ραδιοκύματα και ηχητικά κύματα (https://wearcam.org/par). Ευχαριστώ πολλούς προηγούμενους και σημερινούς μαθητές, συμπεριλαμβανομένων των Ryan, Max, Alex, Arkin, Sen και Jackson και άλλων στο MannLab, συμπεριλαμβανομένων των Kyle και Daniel. Ευχαριστώ επίσης τη Stephanie (12 ετών) για την παρατήρηση ότι η φάση των υπερηχητικών μετατροπέων είναι τυχαία και για τη βοήθεια στην επινόηση μιας μεθόδου ταξινόμησής τους κατά φάση σε δύο πασσάλους: "Stephative" (Stephanie θετικό) και "Stegative" (Στέφανι αρνητική). Χάρη στους Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings και Professor Wang (SYSU).

Βήμα 1: Αρχή της χρήσης χρωμάτων για την αναπαράσταση κυμάτων

Η βασική ιδέα είναι να χρησιμοποιήσετε το χρώμα για να αναπαραστήσετε κύματα, όπως τα ηχητικά κύματα.

Εδώ βλέπουμε ένα απλό παράδειγμα στο οποίο έχω χρησιμοποιήσει χρώμα για να δείξω ηλεκτρικά κύματα.

Αυτό μας επιτρέπει να απεικονίσουμε, για παράδειγμα, τον μετασχηματισμό Fourier ή οποιοδήποτε άλλο ηλεκτρικό σήμα βασισμένο σε κύμα, οπτικά.

Το χρησιμοποίησα ως εξώφυλλο βιβλίου που σχεδίασα [Advances in Machine Vision, 380pp, Απρ 1992], μαζί με ορισμένα κεφάλαια στο βιβλίο.

Βήμα 2: Δημιουργήστε τον μετατροπέα ήχου σε χρώμα

Για να μετατρέψουμε τον ήχο σε χρώμα, πρέπει να δημιουργήσουμε έναν μετατροπέα ήχου σε χρώμα.

Ο ήχος προέρχεται από την έξοδο ενός ενισχυτή κλειδώματος που αναφέρεται στη συχνότητα των ηχητικών κυμάτων, όπως εξηγείται σε μερικές από τις προηγούμενες οδηγίες μου, καθώς και σε ορισμένα δημοσιευμένα έγγραφά μου.

Η έξοδος του ενισχυτή κλειδώματος είναι μια πολύπλοκη έξοδος, η οποία εμφανίζεται σε δύο ακροδέκτες (πολλοί ενισχυτές χρησιμοποιούν συνδετήρες BNC για τις εξόδους τους), ένας για το "X" (το συστατικό εντός φάσης που είναι το πραγματικό μέρος) και ένα για "Υ" (το τετραγωνικό στοιχείο που είναι το φανταστικό μέρος). Μαζί οι τάσεις που υπάρχουν στα Χ και Υ συμβολίζουν έναν μιγαδικό αριθμό και το σχέδιο πάνω (αριστερά) απεικονίζει το επίπεδο Argand στο οποίο οι πολύπλοκες τιμές εκτιμώνται ως χρώμα. Χρησιμοποιούμε ένα Arduino με δύο αναλογικές εισόδους και τρεις αναλογικές εξόδους για μετατροπή από XY (μιγαδικός αριθμός) σε RGB (Κόκκινο, Πράσινο, Μπλε χρώμα), σύμφωνα με τον παρεχόμενο κωδικό swimled.ino.

Αυτά τα φέρνουμε ως έγχρωμα σήματα RGB σε μια πηγή φωτός LED. Το αποτέλεσμα είναι να περιστρέψετε έναν έγχρωμο τροχό με φάση ως γωνία και με την ποιότητα του φωτός είναι η ισχύς του σήματος (επίπεδο ήχου). Αυτό γίνεται με έναν μιγαδικό αριθμό στο RGB color-mapper, ως εξής:

Ο σύνθετος χρωματογράφος μετατρέπεται από μια ποσότητα πολύπλοκης αξίας, που συνήθως εξέρχεται από έναν δέκτη ομοδυνίου ή έναν ενισχυτή κλειδώματος ή έναν ανιχνευτή με συνεκτική φάση σε μια έγχρωμη πηγή φωτός. Συνήθως παράγεται περισσότερο φως όταν το μέγεθος του σήματος είναι μεγαλύτερο. Η φάση επηρεάζει την απόχρωση του χρώματος.

Εξετάστε αυτά τα παραδείγματα (όπως περιγράφονται στο έγγραφο συνεδρίων IEEE "Rattletale"):

1. Ένα ισχυρό θετικό πραγματικό σήμα (δηλ. Όταν Χ =+10 βολτ) κωδικοποιείται ως έντονο κόκκινο. Ένα ασθενώς θετικό πραγματικό σήμα, δηλαδή όταν Χ =+5 βολτ, κωδικοποιείται ως αμυδρό κόκκινο.
2. Μηδενική έξοδος (X = 0 και Y = 0) παρουσιάζεται ως μαύρη.
3. Ένα ισχυρό αρνητικό πραγματικό σήμα (δηλαδή Χ = -10 βολτ) είναι πράσινο, ενώ το ασθενώς αρνητικό πραγματικό (Χ = -5 βολτ) είναι αμυδρό πράσινο.
4. Τα ισχυρά φανταστικά θετικά σήματα (Y = 10v) είναι έντονα κίτρινα και τα ασθενώς θετικά-φανταστικά (Y = 5v) είναι αμυδρά κίτρινα.
5. Τα αρνητικά φανταστικά σήματα είναι μπλε (π.χ. έντονο μπλε για Y = -10v και αμυδρό μπλε για Y = -5v).
6. Γενικότερα, η ποσότητα φωτός που παράγεται είναι περίπου ανάλογη με ένα μέγεθος, R_ {XY} = / sqrt {X^2+Y^2}, και το χρώμα σε μια φάση, / Theta = / arctan (Y/X). Έτσι, ένα σήμα εξίσου θετικό πραγματικό και θετικό φανταστικό (δηλαδή / Theta = 45 μοίρες) είναι αμυδρό πορτοκαλί αν είναι αδύναμο, έντονο πορτοκαλί ισχυρό (π.χ. Χ = 7,07 βολτ, Υ = 7,07 βολτ), και το πιο λαμπρό πορτοκαλί πολύ ισχυρού, δηλαδή Χ = 10v και Y = 10v, οπότε τα στοιχεία LED R (κόκκινο) και G (πράσινο) είναι πλήρως αναμμένα. Ομοίως, ένα σήμα που είναι εξίσου θετικό πραγματικό και αρνητικό φανταστικό αποδίδεται ως μοβ ή ιώδες, δηλαδή με τα στοιχεία R (κόκκινο) και Β (μπλε) LED και τα δύο μαζί. Αυτό παράγει μια αμυδρή ιώδη ή έντονη βιολετί, σύμφωνα με το μέγεθος του σήματος. [Σύνδεσμος]

Οι έξοδοι X = επαυξημένη πραγματικότητα και Y = επαυξημένη φαντασία, οποιουδήποτε ανιχνευτή συνεκτικής φάσης, ενισχυτή κλειδώματος ή δέκτη ομοδυνίου χρησιμοποιούνται επομένως για την επικάλυψη μιας φαινομενολογικά επαυξημένης πραγματικότητας σε ένα οπτικό πεδίο ή όραση, δείχνοντας έτσι έναν βαθμό ακουστική απόκριση ως οπτική επικάλυψη.

Ιδιαίτερες ευχαριστίες σε έναν από τους μαθητές μου, τον Jackson, ο οποίος βοήθησε με την εφαρμογή του μετατροπέα XY σε RGB.

Τα παραπάνω είναι μια απλοποιημένη έκδοση, την οποία έκανα για να διευκολύνω τη διδασκαλία και την εξήγηση. Η αρχική εφαρμογή που έκανα πίσω στη δεκαετία του 1980 και στις αρχές της δεκαετίας του 1990 λειτουργεί ακόμα καλύτερα, επειδή χωρίζει τον χρωματικό τροχό με έναν αισθητά ομοιόμορφο τρόπο. Δείτε συνημμένα αρχεία Matlab ".m" που έγραψα στις αρχές της δεκαετίας του 1990 για την εφαρμογή της βελτιωμένης μετατροπής XY σε RGB.

Βήμα 3: Δημιουργήστε μια "κεφαλή εκτύπωσης" RGB

Η "κεφαλή εκτύπωσης" είναι ένα LED RGB, με 4 καλώδια για να το συνδέσετε στην έξοδο του μετατροπέα XY σε RGB.

Απλώς συνδέστε 4 καλώδια στο LED, ένα στην κοινή και ένα σε κάθε τερματικό για τα χρώματα (Κόκκινο, Πράσινο και Μπλε).

Ιδιαίτερες ευχαριστίες στον πρώην μαθητή μου, Άλεξ, ο οποίος βοήθησε στη δημιουργία μιας κεφαλής εκτύπωσης.

Βήμα 4: Αποκτήστε ή δημιουργήστε ένα σχεδιαστή XY ή άλλο σύστημα τοποθέτησης 3D (περιλαμβάνεται ο σύνδεσμος Fusion360)

Απαιτούμε κάποιο είδος τρισδιάστατης συσκευής τοποθέτησης. Προτιμώ να αποκτήσω ή να κατασκευάσω κάτι που κινείται εύκολα στο επίπεδο ΧΥ, αλλά δεν απαιτώ εύκολη κίνηση στον τρίτο (Ζ) άξονα, γιατί αυτό είναι αρκετά σπάνιο (αφού συνήθως σαρώνουμε σε ράστερ). Επομένως, αυτό που έχουμε εδώ είναι κυρίως ένα σχέδιο ΧΥ, αλλά έχει μεγάλες ράγες που του επιτρέπουν να κινείται κατά μήκος του τρίτου άξονα όταν είναι απαραίτητο.

Ο σχεδιαστής σαρώνει το χώρο, μετακινώντας έναν μορφοτροπέα, μαζί με μια πηγή φωτός (RGB LED), στο χώρο, ενώ το κλείστρο μιας κάμερας είναι ανοιχτό για τη σωστή διάρκεια έκθεσης για να καταγράψει κάθε καρέ οπτικής εικόνας (ένα ή περισσότερα καρέ, π.χ. για αρχείο εικόνας ή ταινίας).

XY-PLOTTER (αρχείο Fusion 360). Οι μηχανικοί είναι απλοί. οποιοσδήποτε σχεδιαστής XYZ ή XY θα κάνει. Εδώ είναι το πλότερ που χρησιμοποιούμε, 2-διάστατο SWIM (Sequential Wave Imprinting Machine): https://a360.co/2KkslB3 Ο σχεδιαστής κινείται εύκολα στο επίπεδο XY και κινείται με πιο δυσκίνητο τρόπο στο Z, έτσι ώστε να σαρώνουμε βγάλτε εικόνες σε 2D και στη συνέχεια προχωρήστε αργά στον άξονα Ζ. Ο σύνδεσμος είναι σε ένα αρχείο Fusion 360. Χρησιμοποιούμε το Fusion 360 επειδή βασίζεται στο σύννεφο και μας επιτρέπει να συνεργαστούμε μεταξύ MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto και MannLab Shenzhen, σε 3 ζώνες ώρας. Το Solidworks είναι άχρηστο για να το κάνει αυτό! (Δεν χρησιμοποιούμε πλέον το Solidworks επειδή είχαμε πάρα πολλά προβλήματα με τη διόρθωση εκδόσεων σε όλες τις ζώνες ώρας καθώς ξοδεύαμε πολύ χρόνο για να συνθέσουμε διαφορετικές επεξεργασίες αρχείων Solidworks. Είναι απαραίτητο να διατηρούμε τα πάντα σε ένα μέρος και το Fusion 360 το κάνει πολύ καλά.)

Βήμα 5: Συνδεθείτε σε έναν ενισχυτή κλειδώματος

Η συσκευή μετρά τα ηχητικά κύματα σε σχέση με μια συγκεκριμένη συχνότητα αναφοράς.

Τα ηχητικά κύματα μετρώνται σε ένα χώρο, μέσω ενός μηχανισμού που μετακινεί ένα μικρόφωνο ή ηχείο σε όλο το χώρο.

Μπορούμε να δούμε το μοτίβο παρεμβολών μεταξύ δύο ηχείων μετακινώντας ένα μικρόφωνο στο χώρο, μαζί με το LED RGB, ενώ εκθέτουμε φωτογραφικά μέσα στην κινούμενη πηγή φωτός.

Εναλλακτικά, μπορούμε να μετακινήσουμε ένα ηχείο στο χώρο για να φωτογραφίσουμε την ικανότητα μιας σειράς μικροφώνων για ακρόαση. Αυτό δημιουργεί μια μορφή σάρωσης σφαλμάτων που ανιχνεύει την ικανότητα των αισθητήρων (μικροφώνων) να αντιλαμβάνονται.

Η αίσθηση των αισθητήρων και η αίσθηση της ικανότητάς τους να αισθάνονται λέγεται metaveillance και περιγράφεται λεπτομερώς στην ακόλουθη ερευνητική εργασία:

ΣΥΝΔΕΣΗ ΤΟΥ:

Οι εικόνες σε αυτό το Instructable λήφθηκαν συνδέοντας μια γεννήτρια σήματος σε ένα ηχείο καθώς και στην είσοδο αναφοράς ενός ενισχυτή κλειδώματος, ενώ μετακινήσατε ένα LED RGB μαζί με το ηχείο. Ένα Arduino χρησιμοποιήθηκε για συγχρονισμό μιας φωτογραφικής κάμερας με το κινούμενο LED.

Ο συγκεκριμένος ενισχυτής κλειδώματος που χρησιμοποιείται εδώ είναι ο SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™ που έχει σχεδιαστεί ειδικά για επαυξημένη πραγματικότητα, αν και μπορείτε να φτιάξετε τον δικό σας ενισχυτή κλειδώματος (ένα παιδικό μου χόμπι ήταν η φωτογράφιση ηχητικών κυμάτων και ραδιοκυμάτων, έτσι έχουν κατασκευάσει έναν αριθμό ενισχυτών κλειδώματος για το σκοπό αυτό, όπως περιγράφεται στο

wearcam.org/par).

Μπορείτε να ανταλλάξετε το ρόλο των ηχείων και των μικροφώνων. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να μετρήσετε κύματα ήχου ή μετα -ηχητικά κύματα.

Καλώς ήρθατε στον κόσμο της φαινομενολογικής πραγματικότητας. Για περισσότερες πληροφορίες, δείτε επίσης

Βήμα 6: Φωτογραφίστε και μοιραστείτε τα αποτελέσματά σας

Για έναν γρήγορο οδηγό για το πώς να φωτογραφίζετε κύματα, δείτε μερικά από τα προηγούμενα Εγχειρίδια μου, όπως:

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

και

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

Διασκεδάστε και κάντε κλικ στο "Τα κατάφερα" για να μοιραστείτε τα αποτελέσματά σας και θα χαρώ να προσφέρω εποικοδομητική βοήθεια και συμβουλές για το πώς να διασκεδάσετε με τη φαινομενολογική πραγματικότητα.

Βήμα 7: Διεξαγωγή επιστημονικών πειραμάτων

Εδώ μπορούμε να δούμε, για παράδειγμα, μια σύγκριση μεταξύ μιας συστοιχίας μικροφώνου 6 στοιχείων και μιας συστοιχίας μικροφώνου 5 στοιχείων.

Μπορούμε να δούμε ότι όταν υπάρχει ένας περίεργος αριθμός στοιχείων, έχουμε έναν ωραιότερο κεντρικό λοβό που συμβαίνει νωρίτερα, και επομένως μερικές φορές "λιγότερα είναι περισσότερα" (π.χ. 5 μικρόφωνα είναι μερικές φορές καλύτερα από έξι, όταν προσπαθούμε να κάνουμε δέσμη).

Βήμα 8: Δοκιμάστε το υποβρύχια

Διαγωνισμός για τα χρώματα του ουράνιου τόξου