In Vino Veritas - um oscilador de copo de vinho: 6 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Depois que terminei um oscilador diapasão, meu irmão me desafiou a fazer um oscilador usando uma taça de vinho. (https://www.instructables.com/id/Tuning-Fork-Osci…)

Ele pensou que seria mais difícil usar uma taça de vinho do que um diapasão como elemento determinante da frequência. Isto é.

Todo mundo conhece o som que uma taça (de vinho) faz quando você a toca suavemente, geralmente soa como um "ping" de decomposição rápida. Alguns óculos mais caros podem continuar "cantando" quando você esfrega um dedo molhado na borda. O som que isso produz é causado pela vibração rápida do vidro de uma maneira especial. A forma redonda do vidro muda para uma elipse, de volta para um círculo e depois para uma elipse, mas com rotação de 90 graus e assim por diante. O ar vibra com o vidro e o resultado é um tom.

Você pode até encontrar pesquisas sérias sobre as vibrações de taças de vinho, apenas no Google para: "um estudo da acústica de taças de vinho" e veja o pdf abaixo. (Eu admito que não li tudo)

Etapa 1: fazendo o copo de vinho vibrar

Quando eu construí o oscilador do diapasão, fazê-lo vibrar foi fácil, você apenas tem um eletroímã que o atrai repetidamente. Mas com o magnetismo de vidro não é uma opção. Eu poderia ter feito uma engenhoca com um dedo mecânico molhado, esfregando constantemente o vidro. Mas as soluções mecânicas não são realmente meu ponto forte. Então pensei em anexar um elemento piezoelétrico (como você pode encontrar em cartões de imagens "musicais"), mas não gostei da ideia de algo tocar o vidro. E também mudaria a frequência natural da taça de vinho.

É possível fazer vibrar um copo de vinho com ondas sonoras. Acho que todo mundo já viu clipes de filmes de taças de vinho sendo quebrados por ondas sonoras poderosas. Não precisava de um som tão potente, pensei … Então escolhi um alto-falante comum para produzir as ondas sonoras que fazem o vidro vibrar.

Etapa 2: Detectando as Vibrações

Um oscilador precisa de um loop fechado, então eu tive que registrar as vibrações, amplificá-las e realimentá-las (com a fase correta) através do alto-falante para a taça de vinho. Como detectar essas vibrações. Bem, essa foi a parte mais difícil.

Na TV, vi caras trabalhando para "organizações de três letras" ouvindo as vibrações das vidraças que, por sua vez, vibravam por causa das vozes na sala atrás delas, com os chamados microfones a laser. Achei que não seria tão difícil fazer esse dispositivo sozinho, pois o vidro que estou ouvindo está a apenas alguns milímetros de distância, assim como o laser.

Eu estava errado. Esses microfones a laser usam a interferência da luz laser original e a luz refletida para detectar as vibrações das vidraças. Não consigo pensar em nenhuma maneira de fazer um dispositivo para fazer isso. Talvez alguém aqui saiba, por favor me diga nos comentários abaixo.

Usar um microfone para ouvir a taça de vinho também não funciona, o som vindo do alto-falante vai ficar mais forte e o sistema vai oscilar, mas não com a frequência da taça de vinho, você provavelmente conhece o guincho quando alguém liga o amplificador também muito e esse som retorna por meio de um microfone.

Com o oscilador diapasão, usei um interruptor óptico para detectar as vibrações dos dentes. Funcionou bem, posso repetir com algo feito de vidro?

O vidro dobra a luz, talvez pudesse ser usado. Então tentei com leds de cores diferentes brilhando através da taça de vinho de maneiras diferentes e detectei qualquer mudança com um transistor fotográfico. Não funcionou. Então tentei um feixe de luz laser refletido no vidro e tentei detectar qualquer vibração nele. Isso também não funcionou.

O que funcionou foi deslizar o feixe de laser pelo vidro de tal forma que a taça de vinho bloquearia a maior parte da luz, a luz que chega ao fototransistor é modulada com as vibrações da taça de vinho. O problema com essa configuração é que ela é extremamente sensível aos menores movimentos do laser, do vidro e do detector. Mas foi assim que fiz funcionar.

Etapa 3: Lasers verdes são perigosos

Primeiro usei um laser verde, pois sei que a luz laser verde é feita com um laser infravermelho e um cristal não linear que dobra a frequência da luz infravermelha para a luz verde. Mas esse processo não é perfeito, então um pouco de luz infravermelha ainda sai dele. Com os lasers verdes baratos (por exemplo, o meu), não há filtro IR para bloqueá-lo. E meu fototransistor é sensível à luz infravermelha. Mas no final mudei para um laser vermelho quando vi que havia * muito * IR saindo do laser e como seus olhos não reagem a isso, isso pode ser perigoso. Felizmente, meu fototransistor reage tão bem à luz vermelha quanto ao infravermelho.

Etapa 4: a frequência certa

Batendo no vidro e gravando no osciloscópio, vi (pelo menos) duas frequências aparecerem. Um parecia estar em torno de 100 Hz, o que é muito baixo e o outro em torno de 800 Hz. Aquele parecia a frequência que eu procurava. Eu não queria aqueles 100 Hz, então fiz um filtro passa-altas para bloqueá-lo (e ao mesmo tempo bloquear o ruído de baixa frequência, como o zumbido de 50 Hz da rede elétrica). Usei o Filter Wizard da Analog Devices para calcular os valores corretos das peças, eles não apenas fazem peças eletrônicas excelentes, mas também são muito úteis com seu uso. (https://www.analog.com/designtools/en/filterwizard/) Mais tarde, percebi que os 100 Hz podem ter sido produzidos pelo vidro inteiro balançando em sua haste por causa de minhas batidas nele.

Etapa 5: Fechando o Loop

Agora, bater na taça de vinho me deu algumas belas fotos no osciloscópio, então era hora de testar com um alto-falante. Funcionou instantaneamente, o copo de vinho começou a ressoar com uma frequência de 807 Hz. A partir daí foi simples, amplifiquei o sinal vindo do (agora filtrado) fototransistor e o alimentei para o alto-falante.

Etapa 6: Conclusão

Conclusão, é possível fazer um oscilador com uma taça de vinho ao invés de um RC, LC, cristal ou qualquer outro dispositivo de determinação de frequência normalmente usado, mas não é fácil. Pelo menos não é fácil como eu fiz. O posicionamento do laser, da taça de vinho e do fototransistor é extremamente crítico, não é só um milímetro pra frente ou pra trás, é menos que isso, como falei pro meu irmão, a fase da lua influencia muito no posicionamento.

Talvez alguém conheça maneiras melhores e menos críticas de detectar as vibrações de uma taça de vinho (e não, um microfone NÃO funciona). Diga-me nos comentários abaixo.