Zobacz fale dźwiękowe przy użyciu kolorowego światła (LED RGB): 10 kroków (ze zdjęciami)

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

Autor: SteveMannEyeTap Humanistyczna inteligencjaŚledź więcej autora:

O: Dorastałem w czasach, gdy technologie były przejrzyste i łatwe do zrozumienia, ale teraz społeczeństwo ewoluuje w kierunku szaleństwa i niezrozumiałości. Chciałem więc uczynić technologię ludzką. W wieku 12 lat zacząłem… Więcej o SteveMannie »

Tutaj możesz zobaczyć fale dźwiękowe i obserwować wzorce interferencyjne wytwarzane przez dwa lub więcej przetworników, ponieważ odstępy między nimi są zróżnicowane. (Po lewej stronie, wzór interferencji z dwoma mikrofonami przy 40 000 cykli na sekundę; górny prawy, pojedynczy mikrofon przy 3520 cps; dolny prawy, pojedynczy mikrofon przy 7040 cps).

Fale dźwiękowe napędzają kolorową diodę LED, a kolor jest fazą fali, a jasność jest amplitudą.

Ploter X-Y służy do wykreślania fal dźwiękowych i przeprowadzania eksperymentów z fenomenologiczną rzeczywistością rozszerzoną („Real Reality”™) za pomocą maszyny do nadruku fal sekwencyjnych (SWIM).

PODZIĘKOWANIE:

Najpierw chciałbym podziękować wielu osobom, które pomogły w tym projekcie, który rozpoczął się jako moje hobby z dzieciństwa, fotografowanie fal radiowych i fal dźwiękowych (https://wearcam.org/par). Dziękuję wielu byłym i obecnym studentom, w tym Ryanowi, Maxowi, Alexowi, Arkinowi, Senowi i Jacksonowi oraz innym z MannLab, w tym Kyle'owi i Danielowi. Dziękuję również Stephanie (12 lat) za spostrzeżenie, że faza przetworników ultradźwiękowych jest losowa oraz za pomoc w opracowaniu metody sortowania ich według faz na dwa stosy: „Stephanie” (Stephanie pozytywne) i „Stegative” ' (Stephanie negatywne). Dzięki Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings i profesorowi Wangowi (SYSU).

Krok 1: Zasada używania kolorów do przedstawiania fal

Podstawową ideą jest użycie koloru do reprezentowania fal, takich jak fale dźwiękowe.

Tutaj widzimy prosty przykład, w którym użyłem koloru do pokazania fal elektrycznych.

To pozwala nam wizualizować wizualnie na przykład transformatę Fouriera lub dowolny inny sygnał elektryczny oparty na fali.

Użyłem tego jako okładki książki, którą zaprojektowałem [Advances in Machine Vision, 380 pp, kwiecień 1992] wraz z kilkoma rozdziałami do książki.

Krok 2: Zbuduj konwerter dźwięku na kolor

Aby przekonwertować dźwięk na kolor, musimy zbudować konwerter dźwięku na kolor.

Dźwięk pochodzi z wyjścia wzmacniacza blokującego w odniesieniu do częstotliwości fal dźwiękowych, jak wyjaśniono w niektórych moich poprzednich Instruktażach, a także w niektórych moich opublikowanych artykułach.

Wyjście wzmacniacza lock-in jest wyjściem o złożonej wartości, które pojawia się na dwóch zaciskach (wiele wzmacniaczy używa złączy BNC dla swoich wyjść), jeden dla "X" (składnik w fazie, który jest częścią rzeczywistą) i jeden dla „Y” (składnik kwadraturowy, który jest częścią urojoną). Razem napięcia obecne w X i Y oznaczają liczbę zespoloną, a rysunek powyżej (po lewej) przedstawia płaszczyznę Arganda, na której wielkości złożone są wyświetlane jako kolor. Używamy Arduino z dwoma wejściami analogowymi i trzema wyjściami analogowymi do konwersji z XY (liczba zespolona) na RGB (kolor czerwony, zielony, niebieski), zgodnie z dostarczonym kodem swimled.ino.

Dostarczamy je jako kolorowe sygnały RGB do źródła światła LED. Rezultatem jest obejście koła kolorów z fazą jako kątem, a wraz z jakością światła jest siła sygnału (poziom dźwięku). Odbywa się to za pomocą liczby zespolonej do mapowania kolorów RGB w następujący sposób:

Złożony maper kolorów konwertuje z wielkości o wartościach zespolonych, zwykle wyprowadzanych z odbiornika homodynowego, wzmacniacza blokującego lub detektora o koherencji fazowej, w kolorowe źródło światła. Zazwyczaj więcej światła jest wytwarzane, gdy siła sygnału jest większa. Faza wpływa na odcień koloru.

Rozważ te przykłady (jak opisano w dokumencie konferencyjnym IEEE „Rattletale”):

1. Silny dodatni sygnał rzeczywisty (tj. gdy X=+10 V) jest kodowany jako jasnoczerwony. Słabo dodatni sygnał rzeczywisty, tj. gdy X=+5 woltów, jest kodowany jako ciemnoczerwony.
2. Wyjście zero (X=0 i Y=0) przedstawia się jako czarne.
3. Silny ujemny sygnał rzeczywisty (tj. X=-10 V) jest zielony, podczas gdy słabo ujemny rzeczywisty (X=-5 V) jest ciemnozielony.
4. Silnie urojone sygnały dodatnie (Y=10v) są jasnożółte, a słabo dodatnie-wyobrażeniowe (Y=5v) są słabo żółte.
5. Negatywnie urojone sygnały są niebieskie (np. jasnoniebieski dla Y=-10v i przyciemniony niebieski dla Y=-5v).
6. Ogólnie rzecz biorąc, ilość wytwarzanego światła jest w przybliżeniu proporcjonalna do wielkości R_{XY}=\sqrt{X^2+Y^2}, a koloru do fazy, \Theta=\arctan(Y/X). Tak więc sygnał równie dodatni rzeczywisty i dodatni urojony (tj \Theta=45 stopni) to przyciemniony pomarańczowy jeśli słaby, jasny pomarańczowy silny (np. X=7,07 V, Y=7,07 V) i najjaśniejszy pomarańczowy z bardzo silnych, tj. X= 10v i Y=10v, w takim przypadku komponenty LED R (czerwona) i G (zielona) są pełne. Podobnie sygnał, który jest tak samo dodatni rzeczywisty, jak i ujemny urojony, staje się fioletowy lub fioletowy, tj. z włączonymi obiema składowymi LED R (czerwony) i B (niebieski). Daje to przyćmiony lub jasny fiolet, w zależności od natężenia sygnału.[link]

Wyjścia X=rzeczywistość rozszerzona i Y=wyobraźnia rozszerzona, dowolnego detektora koherentnego fazowo, wzmacniacza blokującego lub odbiornika homodynowego są zatem używane do nakładania fenomenologicznie rozszerzonej rzeczywistości na pole widzenia lub widzenia, pokazując w ten sposób pewien stopień odpowiedź akustyczna jako nakładka wizualna.

Specjalne podziękowania dla jednego z moich studentów, Jacksona, który pomógł przy implementacji mojego konwertera XY na RGB.

Powyższe jest uproszczoną wersją, którą zrobiłem, aby ułatwić nauczanie i wyjaśnianie. Oryginalna implementacja, którą wykonałem w latach 80. i wczesnych 90., działa jeszcze lepiej, ponieważ umieszcza koło kolorów w percepcyjnie jednolity sposób. Zobacz załączone pliki Matlaba ".m", które napisałem we wczesnych latach 90-tych, aby zaimplementować ulepszoną konwersję XY do RGB.

Krok 3: Stwórz „głowicę drukującą” RGB

„Głowica drukująca” to dioda LED RGB, z 4 przewodami do podłączenia jej do wyjścia konwertera XY na RGB.

Wystarczy podłączyć 4 przewody do diody LED, jeden do wspólnego i jeden do każdego z zacisków dla kolorów (czerwony, zielony i niebieski).

Specjalne podziękowania dla mojego byłego studenta Alexa, który pomógł przy składaniu głowicy drukującej.

Krok 4: Uzyskaj lub zbuduj ploter XY lub inny system pozycjonowania 3D (w zestawie łącze Fusion360)

Potrzebujemy jakiegoś urządzenia do pozycjonowania 3D. Wolę uzyskać lub zbudować coś, co porusza się swobodnie w płaszczyźnie XY, ale nie wymagam łatwego ruchu w trzeciej osi (Z), ponieważ jest to dość rzadkie (ponieważ zwykle skanujemy w rastrze). Tak więc mamy tutaj przede wszystkim ploter XY, ale ma długie szyny, które pozwalają na przesuwanie go wzdłuż trzeciej osi, gdy jest to konieczne.

Ploter skanuje przestrzeń, przesuwając przetwornik wraz ze źródłem światła (LED RGB) przez przestrzeń, podczas gdy przesłona kamery jest otwarta w celu uzyskania prawidłowego czasu ekspozycji, aby uchwycić każdą klatkę obrazu wizualnego (jedną lub więcej klatek, np. zdjęcia lub pliku filmowego).

XY-PLOTTER (plik Fusion 360). Mechanika jest prosta; zrobi to dowolny ploter XYZ lub XY. Oto używany przez nas ploter, dwuwymiarowa maszyna SWIM (Sequential Wave Imprinting Machine): https://a360.co/2KkslB3 Ploter porusza się z łatwością w płaszczyźnie XY, a w bardziej niewygodny sposób w Z, tak że my zamiatamy obrazy w 2D, a następnie powoli przesuwaj się w osi Z. Link prowadzi do pliku Fusion 360. Używamy Fusion 360, ponieważ jest on oparty na chmurze i pozwala nam współpracować między MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto i MannLab Shenzhen w 3 strefach czasowych. Solidworks jest do tego bezużyteczny! (Nie używamy już Solidworks, ponieważ mieliśmy zbyt wiele problemów z rozwidleniem wersji w różnych strefach czasowych, ponieważ spędzaliśmy dużo czasu na składaniu różnych edycji plików Solidworks. Istotne jest, aby wszystko było w jednym miejscu, a Fusion 360 robi to naprawdę dobrze.)

Krok 5: Połącz się ze wzmacniaczem z blokadą

Urządzenie mierzy fale dźwiękowe w odniesieniu do określonej częstotliwości odniesienia.

Fale dźwiękowe są mierzone w całej przestrzeni za pomocą mechanizmu, który porusza mikrofonem lub głośnikiem w całej przestrzeni.

Możemy zobaczyć wzór interferencji między dwoma głośnikami, przesuwając mikrofon w przestrzeni wraz z diodą LED RGB, jednocześnie wystawiając nośniki fotograficzne na ruchome źródło światła.

Alternatywnie możemy przenieść głośnik w przestrzeni, aby sfotografować pojemność zestawu mikrofonów do słuchania. Tworzy to rodzaj zamiatarki, która wyczuwa zdolność czujników (mikrofonów) do wyczuwania.

Wykrywanie czujników i wykrywanie ich zdolności do wykrywania nazywa się meta-obserwowaniem i jest szczegółowo opisane w następującym artykule badawczym:

PODŁĄCZANIE GO:

Zdjęcia w tym Instruktażu zostały zrobione przez podłączenie generatora sygnału do głośnika, a także do wejścia referencyjnego wzmacniacza blokującego, podczas przenoszenia diody LED RGB razem z głośnikiem. Do synchronizacji aparatu fotograficznego z ruchomą diodą LED użyto Arduino.

Konkretnym wzmacniaczem lock-in używanym tutaj jest SYSU x Mannlab Scientific Outstrument™, który został zaprojektowany specjalnie do rzeczywistości rozszerzonej, chociaż możesz zbudować własny wzmacniacz lock-in (moim hobby z dzieciństwa było fotografowanie fal dźwiękowych i fal radiowych, więc ja zbudowaliśmy w tym celu szereg wzmacniaczy lock-in, jak opisano w

wearcam.org/par).

Możesz zamienić rolę mówcy(ów) i mikrofonu(ów). W ten sposób możesz mierzyć fale dźwiękowe lub meta fale dźwiękowe.

Witamy w świecie rzeczywistości fenomenologicznej. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz również

Krok 6: Fotografuj i udostępniaj swoje wyniki

Aby uzyskać krótki przewodnik na temat fotografowania fal, zobacz niektóre z moich poprzednich instrukcji, takich jak:

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

oraz

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

Baw się dobrze i kliknij „Udało mi się”, aby podzielić się swoimi wynikami, a chętnie udzielę konstruktywnej pomocy i wskazówek, jak bawić się rzeczywistością fenomenologiczną.

Krok 7: Przeprowadź eksperymenty naukowe

Tutaj widzimy na przykład porównanie 6-elementowej matrycy mikrofonowej z 5-elementową matrycą mikrofonową.

Widzimy, że gdy jest nieparzysta liczba elementów, szybciej uzyskujemy ładniejszy płat centralny, a zatem czasami „mniej znaczy więcej” (np. 5 mikrofonów jest czasami lepszych niż sześć, gdy próbujemy kształtować wiązki).

Krok 8: Wypróbuj pod wodą

Drugie miejsce w konkursie Kolory tęczy