Pozrite si zvukové vlny pomocou farebného svetla (RGB LED): 10 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Od SteveMannEyeTap Humanistická inteligencia Nasledovať viac od autora:

O: Vyrastal som v dobe, keď boli technológie transparentné a ľahko zrozumiteľné, ale teraz sa spoločnosť vyvíja smerom k šialenstvu a nepochopiteľnosti. Preto som chcel urobiť z technológie človeka. Vo veku 12 rokov som… Viac o SteveMannovi »

Tu môžete vidieť zvukové vlny a pozorovať interferenčné obrazce vytvárané dvoma alebo viacerými meničmi, pretože vzdialenosť medzi nimi je rôzna. (Úplne vľavo, interferenčný obrazec s dvoma mikrofónmi pri 40 000 cykloch za sekundu; vpravo hore, jeden mikrofón pri 3520 cps; vpravo dole, jeden mikrofón pri 7040 cps).

Zvukové vlny poháňajú farebnú diódu LED a farba je fázou vlny a jas je amplitúda.

Na vykreslenie zvukových vĺn a uskutočnenie experimentov na fenomenologickej rozšírenej realite („Real Reality“™) pomocou zariadenia na sekvenčnú vlnu (SWIM) sa používa plotr X-Y.

POĎAKOVANIE:

Najprv by som rád poďakoval mnohým ľuďom, ktorí pomohli s týmto projektom, ktorý začal ako moje detské hobby a fotografovanie rádiových vĺn a zvukových vĺn (https://wearcam.org/par). Ďakujem mnohým minulým i súčasným študentom, vrátane Ryana, Maxa, Alexa, Arkina, Sena a Jacksona a ďalším z MannLabu, vrátane Kyla a Daniela. Ďakujem tiež Stephanie (vo veku 12 rokov) za pozorovanie, že fáza ultrazvukových meničov je náhodná, a za pomoc pri navrhovaní metódy ich triedenia podľa fázy do dvoch hromád: „Stephativ“(Stephanie pozitívny) a „Stegatívny““(Stephanie negatívna). Vďaka spoločnostiam Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings a profesorovi Wangovi (SYSU).

Krok 1: Princíp použitia farieb na reprezentáciu vĺn

Základnou myšlienkou je použiť farbu na reprezentáciu vĺn, napríklad zvukových vĺn.

Tu vidíme jednoduchý príklad, v ktorom som použil farbu na zobrazenie elektrických vĺn.

To nám umožňuje vizualizovať napríklad Fourierovu transformáciu alebo akýkoľvek iný vlnový elektrický signál.

Použil som to ako obálku knihy, ktorú som navrhol [Advances in Machine Vision, 380pp, Apr 1992], spolu s niektorými prispievanými kapitolami knihy.

Krok 2: Zostavte prevodník zvuku na farbu

Na prevod zvuku na farbu musíme vytvoriť prevodník zvuku na farbu.

Zvuk pochádza z výstupu zosilňovača typu lock-in vzťahujúceho sa na frekvenciu zvukových vĺn, ako je vysvetlené v niektorých mojich predchádzajúcich pokynoch, ako aj v niektorých mojich publikovaných prácach.

Výstup blokovacieho zosilňovača je komplexne hodnotený výstup, ktorý sa objavuje na dvoch svorkách (mnoho zosilňovačov používa na svoje výstupy konektory BNC), jeden na „X“(fázová súčasť, ktorá je skutočnou súčasťou) a jeden na „Y“(kvadratúrna zložka, ktorá je imaginárnou časťou). Napätia prítomné na X a Y spolu označujú komplexné číslo a výkres hore (vľavo) zobrazuje Argandovu rovinu, na ktorej sú komplexne hodnotené veličiny zobrazené ako farba. Na konverziu z XY (komplexné číslo) na RGB (červená, zelená, modrá farba) používame Arduino s dvoma analógovými vstupmi a tromi analógovými výstupmi podľa dodaného kódu swimled.ino.

Prinášame ich ako farebné signály RGB do svetelného zdroja LED. Výsledkom je obísť farebné koliesko s fázou ako uhlom a so svetelnou kvalitou je sila signálu (hladina zvuku). To sa robí pomocou komplexného čísla do mapovača farieb RGB nasledovne:

Komplexný farebný mapovač prevádza z komplexne hodnoteného množstva, typicky výstupného z homodynového prijímača alebo blokovacieho zosilňovača alebo fázovo koherentného detektora na zdroj farebného svetla. Obvykle je viac svetla produkované, keď je veľkosť signálu väčšia. Fáza ovplyvňuje odtieň farby.

Zvážte tieto príklady (ako sú uvedené v konferenčnom príspevku IEEE „Rattletale“):

1. Silný kladný skutočný signál (t. J. Keď X =+10 voltov) je kódovaný ako jasne červená. Slabo pozitívny skutočný signál, tj. Keď X =+5 voltov, je kódovaný ako tmavá červená.
2. Nulový výstup (X = 0 a Y = 0) sa zobrazuje ako čierny.
3. Silný negatívny skutočný signál (t.j. X = -10 voltov) je zelený, zatiaľ čo slabo negatívny skutočný (X = -5 voltov) je tmavozelený.
4. Silne imaginárne pozitívne signály (Y = 10v) sú jasne žlté a slabo pozitívne imaginárne (Y = 5v) sú slabo žlté.
5. Negatívne imaginárne signály sú modré (napr. Jasne modrá pre Y = -10v a tmavo modrá pre Y = -5v).
6. Obecnejšie je množstvo produkovaného svetla približne úmerné veľkosti, R_ {XY} = / sqrt {X^2+Y^2}, a farbe k fáze, / Theta = / arctan (Y/X). Signál rovnako pozitívny ako skutočný, tak aj imaginárny (tj / Theta = 45 stupňov) je tmavý oranžový, ak je slabý, jasne oranžový so silným (napr. X = 7,07 voltov, Y = 7,07 voltov) a najjasnejší oranžový s veľmi silným, tj. X = 10v a Y = 10v, v takom prípade sú komponenty R (červená) a G (zelená) LED zapnuté. Podobne signál, ktorý je rovnako pozitívny, skutočný a negatívny, imaginárny, sa zobrazuje ako purpurový alebo fialový, tj. Spolu s komponentmi LED R (červená) a B (modrá). Výsledkom je slabá fialová alebo jasná fialová v súlade s veľkosťou signálu. [Odkaz]

Výstupy X = rozšírená realita a Y = zvýšená imaginalita akéhokoľvek fázovo koherentného detektora, blokovacieho zosilňovača alebo homodynového prijímača sa preto používajú na prekrytie fenomenologicky rozšírenej reality v zornom poli alebo pohľade, čím sa ukazuje určitý stupeň akustická odozva ako vizuálne prekrytie.

Osobitné poďakovanie patrí jednému z mojich študentov, Jacksonovi, ktorý mi pomohol s implementáciou môjho prevodníka XY na RGB.

Vyššie uvedené je zjednodušená verzia, ktorú som urobil, aby bolo ľahké ju naučiť a vysvetliť. Pôvodná implementácia, ktorú som urobil v osemdesiatych a na začiatku deväťdesiatych rokov minulého storočia, funguje ešte lepšie, pretože priestorovo farebne rozlišuje koliesko vnímania jednotne. Pozrite si priložené súbory Matlab „.m“, ktoré som napísal na začiatku 90. rokov, aby som implementoval vylepšenú konverziu XY na RGB.

Krok 3: Vytvorte „tlačovú hlavu“RGB

„Tlačová hlava“je RGB LED so 4 vodičmi na pripojenie k výstupu prevodníka XY na RGB.

Jednoducho pripojte 4 vodiče k LED, jeden spoločný a jeden ku každému z terminálov pre farby (červená, zelená a modrá).

Osobitné poďakovanie patrí môjmu bývalému študentovi Alexovi, ktorý mi pomohol zostaviť tlačovú hlavu.

Krok 4: Získajte alebo zostrojte plotr XY alebo iný 3D polohovací systém (súčasťou je prepojenie Fusion360)

Požadujeme nejaký druh 3D polohovacieho zariadenia. Dávam prednosť získaniu alebo zostrojeniu niečoho, čo sa ľahko pohybuje v rovine XY, ale nepotrebujem ľahký pohyb v tretej osi (Z), pretože je to dosť zriedkavé (pretože zvyčajne skenujeme v rastri). Máme tu teda predovšetkým plotr XY, ale má dlhé koľajnice, ktoré ho v prípade potreby umožňujú posúvať pozdĺž tretej osi.

Plotr skenuje priestor pohybom meniča spolu so zdrojom svetla (RGB LED) v priestore, zatiaľ čo uzávierka fotoaparátu je otvorená na správnu dobu expozície, aby zachytila každý snímok vizuálneho obrazu (jeden alebo viac snímky, napr. pre súbor so statickým obrázkom alebo filmom).

XY-PLOTTER (súbor Fusion 360). Mechanika je jednoduchá; akýkoľvek plotr XYZ alebo XY to urobí. Tu uvádzame plotter, ktorý používame, 2-dimenzionální SWIM (stroj na snímanie sekvenčných vĺn): https://a360.co/2KkslB3 Plotr sa ľahko pohybuje v rovine XY a v Z sa pohybuje ťažkopádnejším spôsobom, takže zametáme. vytlačte obrázky v 2D a potom pomaly napredujte v osi Z. Odkaz je na súbor Fusion 360. Fusion 360 používame, pretože je cloudový a umožňuje nám spolupracovať medzi MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto a MannLab Shenzhen v troch časových pásmach. Solidworks je na to zbytočný! (Solidworks už nepoužívame, pretože sme mali príliš veľa problémov s vytváraním verzií v rôznych časových pásmach, pretože sme trávili veľa času zostavovaním rôznych úprav súborov Solidworks. Je dôležité mať všetko na jednom mieste a Fusion 360 to robí naozaj dobre.)

Krok 5: Pripojte sa k blokovaciemu zosilňovaču

Prístroj meria zvukové vlny vzhľadom na konkrétnu referenčnú frekvenciu.

Zvukové vlny sa merajú v celom priestore pomocou mechanizmu, ktorý pohybuje priestorovým mikrofónom alebo reproduktorom.

Vzorec rušenia medzi dvoma reproduktormi vidíme pohybom mikrofónu v priestore spolu s LED diódou RGB a vystavením fotografických médií pohyblivému zdroju svetla.

Alternatívne môžeme reproduktorom presúvať priestor a fotografovať kapacitu radu mikrofónov na počúvanie. To vytvára formu zametača chýb, ktorá sníma kapacitu snímačov (mikrofónov).

Snímanie senzorov a snímanie ich schopnosti vnímať sa nazýva metaveillance a je podrobne popísané v nasledujúcom výskumnom dokumente:

PRIPOJENIE:

Obrázky v tomto návode boli urobené pripojením generátora signálu k reproduktoru, ako aj k referenčnému vstupu blokovacieho zosilňovača, pričom súčasne s reproduktorom presúvame LED RGB. Na synchronizáciu fotografickej kamery s pohyblivou diódou LED bolo použité Arduino.

Špecifický blokovací zosilňovač, ktorý sa tu používa, je SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™, ktorý je navrhnutý špeciálne pre rozšírenú realitu, aj keď si môžete vytvoriť svoj vlastný uzamykateľný zosilňovač (mojim detským koníčkom bolo fotografovanie zvukových vĺn a rádiových vĺn, takže som na tento účel postavili niekoľko blokovacích zosilňovačov, ako je popísané v

wearcam.org/par).

Môžete si vymeniť úlohu reproduktorov a mikrofónov. Týmto spôsobom môžete merať zvukové vlny alebo meta zvukové vlny.

Vitajte vo svete fenomenologickej reality. Ďalšie informácie nájdete tiež na stránke

Krok 6: Odfoťte a podeľte sa o svoje výsledky

Stručný návod, ako fotografovať vlny, nájdete v niektorých z mojich predchádzajúcich pokynov, ako napríklad:

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

a

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

Bavte sa a kliknutím na „Zvládol som to“sa podeľte o svoje výsledky. Rád vám ponúknem konštruktívnu pomoc a rady, ako sa zabaviť na fenomenologickej realite.

Krok 7: Vykonajte vedecké experimenty

Tu vidíme napríklad porovnanie 6-členného poľa mikrofónov s 5-prvkovým poľom mikrofónov.

Vidíme, že keď existuje nepárny počet prvkov, dosiahneme, že krajší centrálny lalok sa stane skôr, a preto niekedy „menej je viac“(napr. 5 mikrofónov je niekedy lepších ako šesť, keď sa pokúšame vytvoriť tvar lúča).

Krok 8: Skúste to pod vodou

Druhé miesto v súťaži Farby dúhy