In Vino Veritas - oscylator kieliszków do wina: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Kiedy skończyłem oscylator kamertonowy, mój brat rzucił mi wyzwanie, abym zrobił oscylator przy użyciu kieliszka do wina. (https://www.instructables.com/id/Tuning-Fork-Osci…)

Pomyślał, że trudniej będzie użyć kielicha do wina niż kamertonu jako elementu określającego częstotliwość. To jest.

Każdy zna dźwięk, jaki wydaje kieliszek (wina), gdy delikatnie go stuka, zwykle brzmi to jak szybko zanikające „ping”. Niektóre, droższe okulary mogą „śpiewać”, gdy pocierasz krawędzią mokrym palcem. Dźwięk, który wytwarza, jest spowodowany przez szybę, która szybko wibruje w specjalny sposób. Okrągły kształt szkła zmienia się w elipsę, z powrotem w okrąg, a następnie w elipsę, ale obróconą o 90 stopni i tak dalej. Powietrze wibruje wraz ze szkłem i powstaje dźwięk.

Możesz nawet znaleźć poważne badania na temat wibracji kieliszków do wina, po prostu wpisz w Google: "studium akustyki kieliszków do wina" i zobacz poniższy plik PDF. (Przyznaję, że nie przeczytałem wszystkiego)

Krok 1: Sprawienie, aby lampka wibrowała

Kiedy buduję oscylator kamertonowy, wprawianie go w drgania było łatwe, po prostu elektromagnes ciągle go przyciąga. Ale magnetyzm szkła nie wchodzi w grę. Mógłbym zrobić urządzenie mechanicznym mokrym palcem, stale pocierając szkło. Ale rozwiązania mechaniczne nie są moją mocną stroną. Potem pomyślałem o dołączeniu elementu piezo (jak można znaleźć w „muzycznych” kartach graficznych), ale nie podobał mi się pomysł, aby cokolwiek dotykać szkła. Zmieniłoby to również naturalną częstotliwość kieliszka.

Możliwe jest, aby kieliszek wibrował falami dźwiękowymi. Chyba każdy widział fragmenty filmów, w których kieliszki do wina zostały roztrzaskane przez potężne fale dźwiękowe. Myślałem, że nie potrzebowałem tak potężnego dźwięku… Wybrałem więc zwykły głośnik, aby wytworzyć fale dźwiękowe, które wprawiają szkło w drgania.

Krok 2: Wykrywanie wibracji

Oscylator potrzebuje zamkniętej pętli, więc musiałem rejestrować drgania, wzmacniać je i przesyłać z powrotem (z właściwą fazą) przez głośnik do kieliszka. Jak wykryć te wibracje. Cóż, to okazało się najtrudniejsze.

W telewizji widziałem ludzi pracujących dla „organizacji trzyliterowych”, którzy słuchali wibracji szyb, które z kolei wibrowały z powodu głosów w pokoju za nimi, z tak zwanymi mikrofonami laserowymi. Pomyślałem, że zrobienie takiego urządzenia nie będzie takie trudne, bo szkło, którego słucham, jest oddalone o kilka milimetrów, podobnie jak laser.

Myliłem się. Mikrofony laserowe wykorzystują interferencję oryginalnego światła laserowego i światła odbitego do wykrywania drgań szyb okiennych. Nie potrafię wymyślić żadnego sposobu na zrobienie urządzenia do tego. Może ktoś inny tutaj to zrobi, proszę powiedz mi w komentarzach poniżej.

Używanie mikrofonu do słuchania lampki też nie działa, dźwięk dochodzący z głośnika będzie silniejszy i system będzie oscylował, ale nie z częstotliwością lampki, prawdopodobnie znasz pisk, gdy ktoś również podkręci wzmacniacz dużo i ten dźwięk powraca przez mikrofon.

Z oscylatorem kamertonowym zastosowałem przerywacz optyczny do wykrywania drgań zębów. To zadziałało dobrze, czy mogę to powtórzyć z czymś ze szkła?

Szkło ugina światło, może przydałoby się to. Próbowałem więc z diodami o różnych kolorach przeświecających przez lampkę na różne sposoby i wykrywałem zmiany za pomocą fototranzystora. To nie zadziałało. Następnie wypróbowałem wiązkę światła laserowego odbijającą się od szkła i próbującą wykryć w niej jakiekolwiek wibracje. To też nie zadziałało.

To, co zadziałało, polegało na przesunięciu wiązki laserowej po szkle w taki sposób, aby kieliszek do wina blokował większość światła, światło docierające do fototranzystora jest modulowane drganiami kieliszka. Kłopot z tą konfiguracją polega na tym, że jest niezwykle czuły na najmniejsze ruchy lasera, szkła i detektora. Ale tak to zrobiłem.

Krok 3: Zielone lasery są niebezpieczne

Najpierw użyłem zielonego lasera, ponieważ wiem, że zielone światło lasera jest wytwarzane za pomocą lasera na podczerwień i nieliniowego kryształu, który podwaja częstotliwość światła podczerwonego do zielonego. Ale ten proces nie jest doskonały, więc nadal wydobywa się z niego trochę światła podczerwonego. W tanich zielonych laserach (np. moich) nie ma filtra IR, który by go blokował. A mój fototranzystor jest wrażliwy na światło podczerwone. Ale w końcu zmieniłem laser na czerwony, gdy zobaczyłem, że *dużo* IR wychodzi z lasera, a ponieważ twoje oczy na to nie reagują, może to być niebezpieczne. Na szczęście mój fototranzystor reaguje równie dobrze na czerwone światło jak na podczerwień.

Krok 4: Właściwa częstotliwość

Stukając w szybę i rejestrując ją na oscyloskopie, zobaczyłem (co najmniej) dwie częstotliwości. Jeden okazał się mieć około 100 Hz, co jest bardzo niskim poziomem, a drugi około 800 Hz. Ten wyglądał na częstotliwość, której szukałem. Nie chciałem tych 100 Hz, więc zrobiłem filtr górnoprzepustowy, aby je zablokować (a jednocześnie blokować szumy o niskiej częstotliwości, takie jak szum sieci 50 Hz). Użyłem kreatora filtrów firmy Analog Devices do obliczenia prawidłowych wartości części, nie tylko tworzą one znakomite części elektroniczne, ale są również bardzo pomocne w ich użyciu. (https://www.analog.com/designtools/en/filterwizard/) Później zdałem sobie sprawę, że 100 Hz mogło zostać wytworzone przez całe szkło na nim potrząsające z powodu mojego stukania.

Krok 5: Zamknięcie pętli

Teraz stukanie w kieliszek dało mi kilka ładnych zdjęć na oscyloskopie, więc przyszedł czas na test z głośnikiem. Zadziałało natychmiast, kieliszek zaczął rezonować z częstotliwością 807 Hz. Od tego momentu było już proste, wzmocniłem sygnał pochodzący z (teraz przefiltrowanego) fototranzystora i podałem go do głośnika.

Krok 6: Wniosek

Podsumowując, można zrobić oscylator z lampką zamiast RC, LC, kryształem lub jakimkolwiek innym „normalnie używanym urządzeniem do określania częstotliwości, ale nie jest to łatwe. Przynajmniej nie jest łatwe tak, jak to zrobiłem. Pozycjonowanie lasera, lampki i fototranzystora jest niezwykle ważne, to nie jest tylko milimetr do przodu lub do tyłu, to mniej, jak powiedziałem mojemu bratu, faza księżyca ma zbyt duży wpływ na pozycjonowanie.

Może ktoś zna lepsze, mniej krytyczne sposoby wykrywania wibracji kieliszka (i nie, mikrofon NIE działa) Proszę powiedz mi w komentarzach poniżej.