Skatiet skaņas viļņus, izmantojot krāsainu gaismu (RGB LED): 10 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:55

SteveMannEye Pieskarieties Humanistic IntelligenceSekot vairāk autora:

Par: Es uzaugu laikā, kad tehnoloģijas bija pārredzamas un viegli saprotamas, bet tagad sabiedrība virzās uz neprātu un nesaprotamību. Tāpēc es gribēju padarīt tehnoloģijas par cilvēkiem. 12 gadu vecumā es c… Vairāk par Stīvu Mannu »

Šeit jūs varat redzēt skaņas viļņus un novērot traucējumu modeļus, ko rada divi vai vairāki devēji, jo attālums starp tiem ir atšķirīgs. (Kreisākais, traucējumu modelis ar diviem mikrofoniem ar ātrumu 40 000 ciklu sekundē; augšējā labajā stūrī, viens mikrofons ar ātrumu 3520 cps; apakšā pa labi, viens mikrofons ar ātrumu 7040 cps).

Skaņas viļņi virza krāsu LED, un krāsa ir viļņa fāze, un spilgtums ir amplitūda.

X-Y ploteris tiek izmantots, lai uzzīmētu skaņas viļņus un veiktu eksperimentus ar fenomenoloģisko papildināto realitāti ("Real Reality" ™), izmantojot secīgu viļņu nospieduma iekārtu (SWIM).

PATEICĪBA:

Vispirms es vēlētos pateikties daudziem cilvēkiem, kuri ir palīdzējuši šajā projektā, kas aizsākās kā mans bērnības hobijs, fotografējot radioviļņus un skaņas viļņus (https://wearcam.org/par). Paldies daudziem bijušajiem un esošajiem studentiem, tostarp Raienam, Maksam, Aleksam, Arkinam, Senam un Džeksonam un citiem MannLab, ieskaitot Kailu un Danielu. Paldies arī Stefānijai (12 gadi) par novērojumu, ka ultraskaņas devēju fāze ir nejauša, un palīdzību, izstrādājot metodi to šķirošanai pa fāzēm divās kaudzēs: „Stephative” (Stephanie pozitīvs) un „Stegative” '(Stefānija negatīva). Paldies Arkinam, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings un profesoram Wang (SYSU).

1. darbība. Krāsu izmantošanas princips viļņu attēlošanai

Pamatideja ir izmantot krāsu, lai attēlotu viļņus, piemēram, skaņas viļņus.

Šeit mēs redzam vienkāršu piemēru, kurā esmu izmantojis krāsu, lai parādītu elektriskos viļņus.

Tas ļauj mums vizuāli vizualizēt, piemēram, Furjē transformāciju vai jebkuru citu uz viļņiem balstītu elektrisko signālu.

Es to izmantoju kā savas grāmatas grāmatas vāku [Advances in Machine Vision, 380pp, 1992. gada aprīlis], kā arī dažas grāmatas nodaļas.

2. darbība. Izveidojiet skaņas un krāsu pārveidotāju

Lai skaņu pārvērstu krāsā, mums ir jāizveido skaņu krāsu pārveidotājs.

Skaņa nāk no bloķējama pastiprinātāja izejas, kas attiecas uz skaņas viļņu frekvenci, kā paskaidrots dažos manos iepriekšējos norādījumos, kā arī dažos publicētajos dokumentos.

Bloķējamā pastiprinātāja izeja ir sarežģīta vērtējama izeja, kas parādās uz diviem spailēm (daudzi pastiprinātāji izejām izmanto BNC savienotājus), viens-"X" (fāzes komponents, kas ir reālā daļa) un otrs "Y" (kvadratūras sastāvdaļa, kas ir iedomātā daļa). Kopā spriegumi, kas atrodas X un Y, apzīmē kompleksu skaitli, un zīmējums augšpusē (pa kreisi) attēlo Argandas plakni, uz kuras krāsaini tiek parādīti sarežģītie lielumi. Mēs izmantojam Arduino ar divām analogām ieejām un trim analogām izejām, lai pārveidotu no XY (kompleksa skaitlis) uz RGB (sarkana, zaļa, zila krāsa), kā norādīts pievienotajā swimled.ino kodā.

Mēs tos parādām kā RGB krāsu signālus LED gaismas avotam. Rezultāts ir apiet krāsu ratu ar fāzi kā leņķi, un ar gaismas kvalitāti ir signāla stiprums (skaņas līmenis). Tas tiek darīts ar RGB krāsu kartētāja kompleksa skaitli šādi:

Sarežģītais krāsu kartētājs no sarežģītas vērtības, kas parasti tiek izvadīts no homodīna uztvērēja vai bloķēšanas pastiprinātāja vai fāzes saskaņotā detektora, tiek pārveidots par krāsainu gaismas avotu. Parasti vairāk gaismas tiek radīts, ja signāla lielums ir lielāks. Fāze ietekmē krāsas nokrāsu.

Apsveriet šos piemērus (kā izklāstīts IEEE konferences dokumentā "Rattletale"):

1. Spēcīgs pozitīvs reālais signāls (t.i., kad X =+10 volti) tiek kodēts kā spilgti sarkans. Vāji pozitīvs reālais signāls, t.i., kad X =+5 volti, tiek kodēts kā blāvi sarkans.
2. Nulles izvade (X = 0 un Y = 0) ir melna.
3. Spēcīgs negatīvs reālais signāls (t.i., X = -10 volti) ir zaļš, turpretī vāji negatīvs reālais (X = -5 volti) ir vāji zaļš.
4. Spēcīgi iedomāti pozitīvi signāli (Y = 10v) ir spilgti dzelteni, un vāji pozitīvi-iedomāti (Y = 5v) ir vāji dzelteni.
5. Negatīvi iedomāti signāli ir zili (piemēram, spilgti zils Y = -10v un blāvi zils Y = -5v).
6. Vispārīgāk runājot, saražotās gaismas daudzums ir aptuveni proporcionāls lielumam, R_ {XY} = / sqrt {X^2+Y^2} un krāsa fāzei / Theta = / arctan (Y/X). Tātad signāls, kas ir vienlīdz pozitīvs reāls un pozitīvs iedomāts (ti, / Teta = 45 grādi), ir vāji oranžs, ja vājš, spilgti oranžs ar spēcīgu (piemēram, X = 7,07 volti, Y = 7,07 volti) un spilgtākais oranžs no ļoti spēcīga, ti, X = 10v un Y = 10v, un tādā gadījumā R (sarkans) un G (zaļš) LED komponenti ir pilnībā ieslēgti. Tāpat signāls, kas ir vienlīdz pozitīvs reāls un negatīvs iedomāts, kļūst purpursarkans vai violets, t.i., ja R (sarkans) un B (zils) LED komponenti ir ieslēgti kopā. Tas rada blāvu violetu vai spilgti violetu krāsu atbilstoši signāla lielumam. [Saite]

Tāpēc jebkura fāzes saskaņota detektora, bloķējama pastiprinātāja vai homodīna uztvērēja izejas X = paplašinātā realitāte un Y = paplašinātā iztēle tiek izmantotas, lai redzes vai redzamības laukā pārklātu fenomenoloģiski papildinātu realitāti, tādējādi parādot zināmu akustiskā reakcija kā vizuāls pārklājums.

Īpašs paldies vienam no maniem studentiem Džeksonam, kurš palīdzēja īstenot manu XY uz RGB pārveidotāju.

Iepriekš minētā ir vienkāršota versija, ko es izdarīju, lai būtu vieglāk mācīt un izskaidrot. Sākotnējā ieviešana, ko es darīju pagājušā gadsimta astoņdesmitajos gados un deviņdesmito gadu sākumā, darbojas vēl labāk, jo tā atstāj krāsu riteni uztveres ziņā vienveidīgā veidā. Skatiet pievienotos Matlab ".m" failus, kurus es rakstīju jau deviņdesmito gadu sākumā, lai ieviestu uzlaboto XY pārveidošanu uz RGB.

3. darbība: izveidojiet RGB drukas galviņu

"Drukas galviņa" ir RGB gaismas diode ar 4 vadiem, lai to savienotu ar XY līdz RGB pārveidotāja izeju.

Vienkārši pievienojiet 4 vadus gaismas diodēm, vienu - parastajiem un vienu - katram krāsu (sarkans, zaļš un zils) spailēm.

Īpašs paldies manam bijušajam studentam Aleksam, kurš palīdzēja salikt drukas galviņu.

4. darbība: iegūstiet vai izveidojiet XY ploteri vai citu 3D pozicionēšanas sistēmu (iekļauta Fusion360 saite)

Mums ir nepieciešama kāda veida 3D pozicionēšanas ierīce. Es gribētu iegūt vai izveidot kaut ko tādu, kas viegli pārvietojas XY plaknē, bet man nav nepieciešama viegla kustība trešajā (Z) asī, jo tas notiek diezgan reti (jo mēs parasti skenējam rastra veidā). Tādējādi šeit galvenokārt ir XY ploteris, bet tam ir garas sliedes, kas ļauj to vajadzības gadījumā pārvietot pa trešo asi.

Ploteris skenē telpu, pārvietojot devēju kopā ar gaismas avotu (RGB LED) pa telpu, kamēr kameras aizvars ir atvērts pareizam ekspozīcijas ilgumam, lai uzņemtu katru vizuālā attēla kadru (vienu vai vairākus) kadriem, piemēram, nekustīga attēla vai filmas failam).

XY-PLOTTER (Fusion 360 fails). Mehānika ir vienkārša; derēs jebkuram XYZ vai XY ploterim. Šeit ir mūsu izmantotais ploteris, divdimensiju SWIM (secīgu viļņu iespiešanas iekārta): https://a360.co/2KkslB3 Ploteris viegli pārvietojas XY plaknē un apgrūtinošāk pārvietojas Z, tā ka mēs slaucām izvelciet attēlus 2D formātā un pēc tam lēnām virzieties uz Z asi. Saite ir uz Fusion 360 failu. Mēs izmantojam Fusion 360, jo tas ir balstīts uz mākoņiem un ļauj mums sadarboties starp MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto un MannLab Shenzhen 3 laika joslās. Solidworks ir bezjēdzīgi to darīt! (Mēs vairs neizmantojam Solidworks, jo mums bija pārāk daudz problēmu, kas saistīta ar versiju sadalīšanu laika joslās, jo mēs daudz laika pavadījām, apkopojot dažādus Solidworks failu rediģējumus. Ir svarīgi visu saglabāt vienā vietā, un Fusion 360 to dara patiešām labi..)

5. darbība: pievienojiet bloķēšanas pastiprinātāju

Ierīce mēra skaņas viļņus attiecībā uz noteiktu atsauces frekvenci.

Skaņas viļņus mēra visā telpā, izmantojot mehānismu, kas pārvieto mikrofonu vai skaļruni visā telpā.

Mēs varam redzēt traucējumu modeli starp diviem skaļruņiem, pārvietojot mikrofonu pa telpu kopā ar RGB LED, vienlaikus pakļaujot fotomateriālus kustīgajam gaismas avotam.

Alternatīvi, mēs varam pārvietot skaļruni telpā, lai fotografētu mikrofona masīva ietilpību, lai klausītos. Tas rada kļūdu slaucītāja formu, kas uztver sensoru (mikrofonu) spēju uztvert.

Sensoru uztveršanu un to jutības spēju noteikšanu sauc par metavērošanu, un tas ir detalizēti aprakstīts šajā pētījumā:

SAVIENOŠANA:

Attēli šajā pamācībā tika uzņemti, savienojot signāla ģeneratoru ar skaļruni, kā arī ar bloķējama pastiprinātāja atsauces ieeju, vienlaikus pārvietojot RGB gaismas diodi kopā ar skaļruni. Arduino tika izmantots, lai sinhronizētu fotokameru ar kustīgo LED.

Šeit izmantotais īpašs bloķēšanas pastiprinātājs ir SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™, kas ir īpaši izstrādāts paplašinātajai realitātei, lai gan jūs varat izveidot savu bloķējamo pastiprinātāju (mans bērnības hobijs bija skaņas viļņu un radioviļņu fotografēšana, tāpēc es šim nolūkam ir izveidojuši vairākus bloķējamus pastiprinātājus, kā aprakstīts sadaļā

wearcam.org/par).

Jūs varat apmainīties ar skaļruņa (-u) un mikrofona (-u) lomu. Tādā veidā jūs varat izmērīt skaņas viļņus vai meta skaņas viļņus.

Laipni lūdzam fenomenoloģiskās realitātes pasaulē. Plašāku informāciju skatiet arī vietnē

6. darbība: fotografējiet un kopīgojiet rezultātus

Lai iegūtu ātru ceļvedi par viļņu fotografēšanu, skatiet dažus no maniem iepriekšējiem norādījumiem, piemēram:

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

un

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

Izklaidējieties un noklikšķiniet uz "Es to izdarīju", lai dalītos savos rezultātos, un es labprāt piedāvāju konstruktīvu palīdzību un ieteikumus, kā izklaidēties ar fenomenoloģisko realitāti.

7. darbība: veiciet zinātniskus eksperimentus

Šeit mēs varam redzēt, piemēram, salīdzinājumu starp 6 elementu mikrofonu masīvu un 5 elementu mikrofonu masīvu.

Mēs redzam, ka tad, ja ir nepāra skaits elementu, mēs iegūstam jaukāku centrālo daivu ātrāk, un tādējādi dažreiz "mazāk ir vairāk" (piemēram, 5 mikrofoni dažreiz ir labāki par sešiem, kad mēs mēģinām veidot staru).

8. solis: izmēģiniet to zem ūdens

Otrā vieta varavīksnes krāsās