Tingnan ang Mga Sound Waves Gamit ang Colored Light (RGB LED): 10 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Ni SteveMannEyeTap Humanistic IntelligenceMasundan ng Higit pa ng may-akda:

Tungkol sa: Lumaki ako sa isang panahon kung saan ang mga teknolohiya ay malinaw at madaling maunawaan, ngunit ngayon ang lipunan ay umuusbong patungo sa pagkabaliw at hindi maunawaan. Kaya nais kong gawing tao ang teknolohiya. Sa edad na 12, c… Higit Pa Tungkol sa SteveMann »

Makikita mo rito ang mga sound wave at obserbahan ang mga pattern ng pagkagambala na ginawa ng dalawa o higit pang mga transduser habang magkakaiba ang agwat sa pagitan nila. (Kaliwa, pattern ng pagkagambala na may dalawang mikropono sa 40, 000 na cycle bawat segundo; kanang tuktok, solong mikropono sa 3520 cps; kanang ibaba, solong mikropono sa 7040cps).

Ang mga sound wave ay nagtutulak ng isang kulay na LED, at ang kulay ay ang phase ng alon, at ang brightness ay ang amplitude.

Ang isang X-Y plotter ay ginagamit upang balangkasin ang mga tunog ng tunog at magsagawa ng mga eksperimento sa phenomenological augmented reality ("Real Reality" ™), sa pamamagitan ng Sequential Wave Imprinting Machine (SWIM).

MGA KASAMA:

Una nais kong kilalanin ang maraming mga tao na tumulong sa proyektong ito na nagsimula bilang isang libangan ko sa pagkabata, pagkuha ng litrato ng mga alon sa radyo at mga sound wave (https://wearcam.org/par). Maraming salamat sa maraming nakaraan at kasalukuyang mag-aaral, kasama sina Ryan, Max, Alex, Arkin, Sen, at Jackson, at iba pa sa MannLab, kasama sina Kyle at Daniel. Salamat din kay Stephanie (edad 12) para sa pagmamasid na ang yugto ng mga ultrasonic transducer ay random, at para sa tulong sa pagbuo ng isang pamamaraan ng pag-uuri-uri ng mga ito sa pamamagitan ng yugto sa dalawang tambak: "Stephative" (Stephanie positibo) at "Stegative" '(Stephanie negatibo). Salamat kay Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings, at Propesor Wang (SYSU).

Hakbang 1: Prinsipyo ng Paggamit ng Mga Kulay upang Kumatawan sa Mga Waves

Ang pangunahing ideya ay ang paggamit ng kulay upang kumatawan sa mga alon, tulad ng mga sound wave.

Nakikita natin dito ang isang simpleng halimbawa kung saan nagamit ko ang kulay upang ipakita ang mga elektrikal na alon.

Pinapayagan kaming makita, halimbawa, ang Fourier transform, o anumang iba pang signal na elektrikal na nakabatay sa alon, na biswal.

Ginamit ko ito bilang isang pabalat ng libro na dinisenyo ko [Advances in Machine Vision, 380pp, Abr 1992], kasama ang ilang mga naiambag na mga kabanata sa libro.

Hakbang 2: Buuin ang Sound to Color Converter

Upang mai-convert ang tunog sa kulay, kailangan naming bumuo ng isang tunog sa converter ng kulay.

Ang tunog ay nagmula sa output ng isang lock-in amplifier na sumangguni sa dalas ng mga alon ng tunog, tulad ng ipinaliwanag sa ilan sa aking nakaraang Mga Instructionable, pati na rin ang ilan sa aking nai-publish na mga papel.

Ang output ng lock-in amplifier ay isang kumplikadong pinahahalagahan na output, na lilitaw sa dalawang mga terminal (maraming mga amplifier ang gumagamit ng mga konektor ng BNC para sa kanilang mga output), isa para sa "X" (ang bahagi ng bahagi na totoong bahagi) at isa para sa "Y" (ang bahagi ng quadrature na kung saan ay haka-haka na bahagi). Sama-sama ang mga boltahe na naroroon sa X at Y na nangangahulugang isang kumplikadong numero, at ang pagguhit sa itaas (kaliwa) ay naglalarawan ng Argand na eroplano kung saan ipinakita ang mga kumplikadong halaga ng dami bilang kulay. Gumagamit kami ng isang Arduino na may dalawang analog input at tatlong analog output upang mai-convert mula sa XY (kumplikadong numero) patungong RGB (Pula, berde, Kulay Blue), ayon sa naibigay na swimled.ino code.

Inilabas namin ito bilang mga signal ng kulay ng RGB sa isang LED light source. Ang resulta ay upang mag-ikot sa isang kulay ng gulong na may phase bilang anggulo, at sa ilaw na qualtity ay ang lakas ng signal (antas ng tunog). Ginagawa ito sa isang kumplikadong numero sa RGB color-mapper, tulad ng sumusunod:

Ang kumplikadong color-mapper ay nagko-convert mula sa isang kumplikadong halaga ng dami, karaniwang output mula sa isang homodyne receiver o lock-in amplifier o phase-coherent detector sa isang may kulay na mapagkukunan ng ilaw. Kadalasan mas maraming ilaw ang nagagawa kapag ang lakas ng signal ay mas malaki. Ang phase ay nakakaapekto sa kulay ng kulay.

Isaalang-alang ang mga halimbawang ito (tulad ng nakabalangkas sa IEEE conference paper na "Rattletale"):

1. Ang isang malakas na positibong tunay na signal (ibig sabihin kapag X = + 10 volts) ay naka-encode bilang maliwanag na pula. Ang isang mahina na positibong tunay na signal, ibig sabihin kapag X = + 5 volts, ay naka-encode bilang isang red red.
2. Ang zero output (X = 0 at Y = 0) ay nagpapakita ng sarili nitong itim.
3. Ang isang malakas na negatibong senyas (hal. X = -10 volts) ay berde, samantalang mahina ang negatibong real (X = -5 volts) ay berde.
4. Ang mga malubhang haka-haka na positibong signal (Y = 10v) ay maliwanag na dilaw, at mahina na positibong haka-haka (Y = 5v) ay dilaw na dilaw.
5. Ang mga negatibong haka-haka na signal ay asul (hal. Maliwanag na asul para sa Y = -10v at madilim na asul para sa Y = -5v).
6. Higit sa pangkalahatan, ang dami ng ilaw na ginawa ay humigit-kumulang na proporsyonal sa isang lakas, R_ {XY} = / sqrt {X ^ 2 + Y ^ 2}, at ang kulay sa isang yugto, / Theta = / arctan (Y / X). Kaya't ang isang senyas na pantay na positibo totoo at positibong haka-haka (ie / Theta = 45 degree) ay malabo na kahel kung mahina, maliwanag na kahel ng malakas (hal. X = 7.07 volts, Y = 7.07 volts), at pinakamaliwanag na orange na napakalakas, ibig sabihin X = 10v at Y = 10v, kung saan ang R (pula) at G (berde) na mga bahagi ng LED ay puno na. Katulad din ng isang senyas na pantay positibo tunay at negatibong haka-haka na naglalagay sa sarili nito bilang lila o lila, ibig sabihin ay magkakasama ang mga bahagi ng R (pula) at B (asul) na LED. Gumagawa ito ng isang madilim na lila o maliwanag na lila, alinsunod sa laki ng signal. [Link]

Ang mga output na X = augmented reality, at Y = augmented imaginality, ng anumang phase-coherent detector, lock-in amplifier, o homodyne receiver ay ginagamit upang mai-overlay ang isang phenomenologically augmented reality sa isang larangan ng paningin o pagtingin, sa gayon ay nagpapakita ng isang degree ng tugon ng tunog bilang isang visual na overlay.

Espesyal na salamat sa isa sa aking mga mag-aaral, si Jackson, na tumulong sa isang pagpapatupad ng aking XY sa RGB converter.

Ang nasa itaas ay isang pinasimple na bersyon, na ginawa ko upang gawing madali itong turuan at ipaliwanag. Ang orihinal na pagpapatupad na ginawa ko noong 1980s at unang bahagi ng 1990 ay gumana nang mas mahusay, dahil inilalagay nito ang kulay ng gulong sa isang pare-parehong paraan. Tingnan ang mga nakakabit na Matlab ".m" na mga file na isinulat ko pabalik noong unang bahagi ng 1990 upang maipatupad ang pinabuting XY sa RGB na conversion.

Hakbang 3: Gumawa ng isang "print Head" ng RGB

Ang "print head" ay isang RGB LED, na may 4 na mga wire upang ikonekta ito sa output ng XY sa RGB converter.

Ikonekta lamang ang 4 na mga wire sa LED, isa sa karaniwan, at isa sa bawat isa sa mga terminal para sa mga kulay (Pula, berde, at Asul).

Espesyal na salamat sa aking dating mag-aaral, si Alex, na tumulong sa pagsasama-sama ng isang print head.

Hakbang 4: Kumuha o Bumuo ng isang XY Plotter o Ibang 3D Positioning System (Kasama ang Fusion360 Link)

Nangangailangan kami ng ilang uri ng 3D na aparato sa pagpoposisyon. Mas gusto kong makakuha o bumuo ng isang bagay na madaling gumagalaw sa eroplano ng XY, ngunit hindi ako nangangailangan ng madaling paggalaw sa pangatlo (Z) na axis, sapagkat ito ay medyo madalang (dahil madalas kaming mag-scan sa isang raster). Kaya kung ano ang mayroon tayo dito ay pangunahing isang XY plotter ngunit mayroon itong mahabang daang-bakal na pinapayagan itong ilipat kasama ang pangatlong axis kung kinakailangan.

Sinusuri ng tagabalangkas ang puwang, sa pamamagitan ng paglipat ng isang transducer, kasama ang isang mapagkukunan ng ilaw (RGB LED), sa pamamagitan ng espasyo, habang ang shutter ng isang camera ay bukas para sa tamang tagal ng pagkakalantad upang makuha ang bawat frame ng visual na imahe (isa o higit pa mga frame, hal para sa isang larawan ng larawan o file ng pelikula).

XY-PLOTTER (Fusion 360 file). Ang mekanika ay simple; anumang XYZ o XY plotter ang gagawin. Narito ang plotter na ginagamit namin, 2-dimensional SWIM (Sequential Wave Imprinting Machine): https://a360.co/2KkslB3 Ang tagabalangkas ay madaling kumilos sa XY eroplano, at gumagalaw sa isang mas masalimuot na paraan sa Z, tulad ng pag-aalis namin ang mga imahe sa 2D at pagkatapos ay isulong sa Z axis nang dahan-dahan. Ang link ay sa isang Fusion 360 file. Gumagamit kami ng Fusion 360 sapagkat ito ay nakabatay sa cloud at pinapayagan kaming makipagtulungan sa pagitan ng MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto, at MannLab Shenzhen, sa 3 mga time zone. Walang silbi ang Solidworks sa paggawa nito! (Hindi na kami gumagamit ng Solidworks dahil mayroon kaming masyadong maraming problema sa pag-forking ng bersyon sa mga timezone tulad ng ginugol namin ng maraming oras sa pagtitipon ng magkakaibang mga pag-edit ng mga file ng Solidworks. Mahalagang panatilihin ang lahat sa isang lugar at talagang ginagawa iyon ng Fusion 360.)

Hakbang 5: Kumonekta sa isang Lock-in Amplifier

Sinusukat ng aparato ang mga alon ng tunog na may paggalang sa isang partikular na dalas ng sanggunian.

Ang mga alon ng tunog ay sinusukat sa buong puwang, sa pamamagitan ng isang mekanismo na gumagalaw ng isang mikropono o speaker sa buong puwang.

Maaari nating makita ang pattern ng pagkagambala sa pagitan ng dalawang nagsasalita sa pamamagitan ng paglipat ng isang mikropono sa kalawakan, kasama ang RGB LED, habang inilalantad ang potograpiyang media sa gumagalaw na mapagkukunan ng ilaw.

Bilang kahalili maaari nating ilipat ang isang speaker sa espasyo upang kunan ng larawan ang kakayahan ng isang hanay ng mga mikropono upang makinig. Lumilikha ito ng isang form ng bug sweeper na nakakaintindi ng kakayahan ng mga sensor (microphones) na magkaroon ng kahulugan.

Ang sensing sensors at sensing kanilang kapasidad na magkaroon ng kahulugan ay tinatawag na metaveillance at inilarawan nang detalyado sa sumusunod na research paper:

Pagkonekta IT UP:

Ang mga larawan sa Instructable na ito ay kinuha sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang signal generator sa isang speaker pati na rin sa sanggunian na input ng isang lock-in amplifier, habang inililipat ang isang RGB LED kasama ang nagsasalita. Ginamit ang isang Arduino upang pagsabayin ang isang potograpiyang kamera sa gumagalaw na LED.

Ang tukoy na lock-in amplifier na ginamit dito ay ang SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™ na partikular na idinisenyo para sa pinalawak na katotohanan, bagaman maaari kang bumuo ng iyong sariling lock-in amplifier (isang bata na libangan ko ang pagkuha ng larawan ng mga alon ng tunog at mga alon ng radyo, kaya't nakabuo ng isang bilang ng mga lock-in amplifier para sa hangaring ito, tulad ng inilarawan sa

wearcam.org/par).

Maaari mong palitan ang papel ng (mga) speaker at (mikropono). Sa ganitong paraan masusukat mo ang mga sound wave, o mga meta sound wave.

Maligayang pagdating sa mundo ng phenomenological reality. Para sa karagdagang impormasyon, tingnan din ang

Hakbang 6: Kunan ng larawan at Ibahagi ang Iyong Mga Resulta

Para sa isang mabilis na gabay sa kung paano mag-litrato ng mga alon, tingnan ang ilan sa aking nakaraang Mga Instructionable tulad ng:

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

at

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

Magsaya, at i-click ang "Ginawa ko ito" upang ibahagi ang iyong mga resulta, at magiging masaya akong mag-alok ng nakabubuo na tulong at mga pahiwatig kung paano magsaya sa phenomenological reality.

Hakbang 7: Magsagawa ng Mga Eksperimento sa Siyensya

Makikita natin rito, halimbawa, ang isang paghahambing sa pagitan ng isang 6 na elemento na mikropono na array at isang 5-elemento na mikropono na array.

Maaari nating makita na kapag may isang kakaibang bilang ng mga elemento, nakakakuha kami ng mas mahusay na gitnang lobe na nangyayari nang mas maaga, at sa gayon kung minsan ay "mas kaunti pa" (hal. 5 microphones kung minsan ay mas mahusay kaysa sa anim, kapag sinusubukan naming gawin ang sinag).

Hakbang 8: Subukan Ito Sa Lalim ng Tubig

Runner Up sa Mga Kulay ng Rainbow Contest