Consulte Ondas de som usando luz colorida (LED RGB): 10 etapas (com imagens)

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

Por SteveMannEyeTap Humanistic IntelligenceFollow More by the author:

Sobre: Eu cresci em uma época em que as tecnologias eram transparentes e fáceis de entender, mas agora a sociedade está evoluindo para a insanidade e a incompreensibilidade. Então, eu queria tornar a tecnologia humana. Aos 12 anos, eu c… Mais sobre SteveMann »

Aqui você pode ver as ondas sonoras e observar os padrões de interferência feitos por dois ou mais transdutores conforme o espaçamento entre eles varia. (Mais à esquerda, padrão de interferência com dois microfones a 40.000 ciclos por segundo; canto superior direito, microfone único a 3520 cps; canto inferior direito, microfone único a 7040 cps).

As ondas sonoras acionam um LED colorido, e a cor é a fase da onda e o brilho é a amplitude.

Um plotter X-Y é usado para traçar as ondas sonoras e conduzir experimentos em realidade aumentada fenomenológica ("Real Reality" ™), por meio de uma Sequential Wave Imprinting Machine (SWIM).

RECONHECIMENTOS:

Em primeiro lugar, gostaria de agradecer às muitas pessoas que ajudaram neste projeto que começou como um hobby de infância meu, fotografar ondas de rádio e ondas sonoras (https://wearcam.org/par). Obrigado a muitos alunos antigos e atuais, incluindo Ryan, Max, Alex, Arkin, Sen e Jackson, e outros no MannLab, incluindo Kyle e Daniel. Agradeço também a Stephanie (12 anos) pela observação de que a fase dos transdutores ultrassônicos é aleatória e pela ajuda no desenvolvimento de um método de classificá-los por fase em duas pilhas: `` Stephative '' (Stephanie positiva) e `` Stegative ' '(Stephanie negativa). Agradecimentos a Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings e ao Professor Wang (SYSU).

Etapa 1: Princípio do uso de cores para representar ondas

A ideia básica é usar cores para representar ondas, como ondas sonoras.

Aqui vemos um exemplo simples no qual usei cores para mostrar ondas elétricas.

Isso nos permite visualizar, por exemplo, a transformada de Fourier, ou qualquer outro sinal elétrico baseado em ondas, visualmente.

Usei isso como uma capa de livro que projetei [Advances in Machine Vision, 380pp, abril de 1992], junto com alguns capítulos contribuídos para o livro.

Etapa 2: construir o conversor de som para cor

Para converter som em cor, precisamos construir um conversor de som em cor.

O som vem da saída de um amplificador lock-in referenciado à frequência das ondas sonoras, conforme explicado em alguns de meus Instructables anteriores, bem como em alguns de meus artigos publicados.

A saída do amplificador lock-in é uma saída de valor complexo, que aparece em dois terminais (muitos amplificadores usam conectores BNC para suas saídas), um para "X" (o componente em fase que é a parte real) e um para "Y" (o componente da quadratura que é a parte imaginária). Juntas, as tensões presentes em X e Y denotam um número complexo, e o desenho acima (à esquerda) representa o plano de Argand no qual as grandezas de valor complexo são exibidas como cores. Usamos um Arduino com duas entradas analógicas e três saídas analógicas para converter de XY (número complexo) para RGB (cor vermelha, verde, azul), de acordo com o código swimled.ino fornecido.

Nós os trazemos como sinais de cor RGB para uma fonte de luz LED. O resultado é girar em torno de uma roda de cores com a fase como ângulo, e com a qualidade da luz é a intensidade do sinal (nível de som). Isso é feito com um número complexo para mapeador de cores RGB, da seguinte maneira:

O mapeador de cores complexo converte de uma quantidade de valor complexo, normalmente a saída de um receptor homódino ou amplificador lock-in ou detector de coerência de fase em uma fonte de luz colorida. Normalmente, mais luz é produzida quando a magnitude do sinal é maior. A fase afeta o matiz da cor.

Considere estes exemplos (conforme descrito no artigo da conferência IEEE "Rattletale"):

1. Um forte sinal real positivo (ou seja, quando X = + 10 volts) é codificado como vermelho brilhante. Um sinal real fracamente positivo, ou seja, quando X = + 5 volts, é codificado como um vermelho escuro.
2. A saída zero (X = 0 e Y = 0) se apresenta em preto.
3. Um sinal real negativo forte (ou seja, X = -10 volts) é verde, enquanto o real negativo fraco (X = -5 volts) é verde escuro.
4. Sinais positivos fortemente imaginários (Y = 10v) são amarelos brilhantes e sinais positivos fracamente imaginários (Y = 5v) são amarelos esmaecidos.
5. Sinais negativos imaginários são azuis (por exemplo, azul claro para Y = -10v e azul escuro para Y = -5v).
6. Mais geralmente, a quantidade de luz produzida é aproximadamente proporcional a uma magnitude, R_ {XY} = / sqrt {X ^ 2 + Y ^ 2}, e a cor a uma fase, / Theta = / arctan (Y / X). Portanto, um sinal igualmente positivo real e positivo imaginário (ou seja, / Theta = 45 graus) é laranja escuro se fraco, laranja brilhante de forte (por exemplo, X = 7,07 volts, Y = 7,07 volts) e laranja mais brilhante de muito forte, ou seja, X = 10v e Y = 10v, caso em que os componentes do LED R (vermelho) e G (verde) estão cheios. Da mesma forma, um sinal que é igualmente positivo real e negativo imaginário torna-se roxo ou violeta, ou seja, com os componentes LED R (vermelho) e B (azul) ligados juntos. Isso produz um violeta escuro ou violeta brilhante, de acordo com a magnitude do sinal. [Link]

As saídas X = realidade aumentada e Y = imaginalidade aumentada, de qualquer detector de fase coerente, amplificador lock-in ou receptor homódino são, portanto, usados para sobrepor uma realidade fenomenologicamente aumentada sobre um campo de visão ou visão, mostrando assim um grau de resposta acústica como uma sobreposição visual.

Agradecimentos especiais a um dos meus alunos, Jackson, que ajudou na implementação do meu conversor de XY para RGB.

A versão acima é uma versão simplificada, que fiz para facilitar o ensino e a explicação. A implementação original que fiz na década de 1980 e no início da década de 1990 funciona ainda melhor, porque espaça a roda de cores de uma maneira perceptualmente uniforme. Consulte os arquivos ".m" do Matlab anexados que escrevi no início dos anos 1990 para implementar a conversão aprimorada de XY para RGB.

Etapa 3: Faça uma "cabeça de impressão" RGB

O "cabeçote de impressão" é um LED RGB, com 4 fios para conectá-lo à saída do conversor XY para RGB.

Basta conectar 4 fios ao LED, um ao comum e um a cada um dos terminais para as cores (vermelho, verde e azul).

Agradecimentos especiais ao meu ex-aluno, Alex, que ajudou a montar uma cabeça de impressão.

Etapa 4: obter ou construir uma plotadora XY ou outro sistema de posicionamento 3D (link Fusion360 incluído)

Exigimos algum tipo de dispositivo de posicionamento 3D. Prefiro obter ou construir algo que se mova facilmente no plano XY, mas não exijo um movimento fácil no terceiro eixo (Z), porque isso é bastante raro (já que geralmente digitalizamos em um raster). Portanto, o que temos aqui é principalmente uma plotadora XY, mas tem trilhos longos que permitem que ela seja movida ao longo do terceiro eixo quando necessário.

O plotter faz a varredura do espaço, movendo um transdutor, juntamente com uma fonte de luz (RGB LED), através do espaço, enquanto o obturador de uma câmera é aberto para a duração correta da exposição para capturar cada quadro da imagem visual (um ou mais quadros, por exemplo, para uma imagem estática ou arquivo de filme).

XY-PLOTTER (arquivo Fusion 360). A mecânica é simples; qualquer plotter XYZ ou XY serve. Aqui está o plotter que usamos, SWIM bidimensional (Sequential Wave Imprinting Machine): https://a360.co/2KkslB3 O plotter se move facilmente no plano XY, e se move de uma maneira mais pesada em Z, de modo que varremos retire as imagens em 2D e avance no eixo Z lentamente. O link é para um arquivo Fusion 360. Usamos Fusion 360 porque é baseado em nuvem e nos permite colaborar entre MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto e MannLab Shenzhen, em 3 fusos horários. Solidworks é inútil para fazer isso! (Não usamos mais o Solidworks porque tínhamos muitos problemas com a bifurcação de versões entre os fusos horários, pois passávamos muito tempo juntando diferentes edições de arquivos do Solidworks. É essencial manter tudo em um só lugar e o Fusion 360 faz isso muito bem.)

Etapa 5: conectar a um amplificador integrado

O aparelho mede ondas sonoras em relação a uma determinada frequência de referência.

As ondas sonoras são medidas ao longo de um espaço, por meio de um mecanismo que movimenta um microfone ou alto-falante por todo o espaço.

Podemos ver o padrão de interferência entre dois alto-falantes movendo um microfone pelo espaço, junto com o LED RGB, enquanto expomos a mídia fotográfica à fonte de luz em movimento.

Alternativamente, podemos mover um alto-falante através do espaço para fotografar a capacidade de escuta de uma série de microfones. Isso cria uma forma de varredor de bug que detecta a capacidade de detecção dos sensores (microfones).

Sensores de detecção e detecção de sua capacidade de detectar são chamados de meta-vigilância e são descritos em detalhes no seguinte artigo de pesquisa:

CONECTANDO:

As fotos neste Instructable foram tiradas conectando um gerador de sinal a um alto-falante, bem como à entrada de referência de um amplificador lock-in, enquanto movia um LED RGB junto com o alto-falante. Um Arduino foi usado para sincronizar uma câmera fotográfica com o LED em movimento.

O amplificador lock-in específico usado aqui é o SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™ que é projetado especificamente para realidade aumentada, embora você possa construir seu próprio amplificador lock-in (um hobby de minha infância era fotografar ondas sonoras e ondas de rádio, então eu construíram uma série de amplificadores lock-in para esta finalidade, conforme descrito em

wearcam.org/par).

Você pode trocar a função de alto-falante (s) e microfone (s). Desta forma, você pode medir ondas sonoras ou metametas.

Bem-vindo ao mundo da realidade fenomenológica. Para obter mais informações, consulte também

Etapa 6: Fotografe e compartilhe seus resultados

Para obter um guia rápido sobre como fotografar ondas, consulte alguns dos meus Instructables anteriores, como:

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

e

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

Divirta-se e clique em "Consegui" para compartilhar seus resultados, e terei o maior prazer em oferecer uma ajuda construtiva e dicas de como se divertir com a realidade fenomenológica.

Etapa 7: Realizar experimentos científicos

Aqui podemos ver, por exemplo, uma comparação entre uma matriz de microfone de 6 elementos e uma matriz de microfone de 5 elementos.

Podemos ver que quando há um número ímpar de elementos, obtemos um lobo central mais agradável acontecendo mais cedo e, portanto, às vezes "menos é mais" (por exemplo, 5 microfones às vezes são melhores do que seis, quando estamos tentando fazer beamforming).

Etapa 8: experimente debaixo d'água

Vice-campeão no concurso Colors of the Rainbow