Viz zvukové vlny pomocí barevného světla (RGB LED): 10 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Od SteveMannEyeTap Humanistická inteligenceDalší od autora:

O: Vyrůstal jsem v době, kdy byly technologie transparentní a snadno pochopitelné, ale nyní se společnost vyvíjí směrem k šílenství a nepochopitelnosti. Chtěl jsem tedy z technologie udělat člověka. Ve věku 12 let jsem… Více o SteveMannovi »

Zde můžete sledovat zvukové vlny a sledovat interferenční obrazce vytvářené dvěma nebo více měniči, protože se mezi nimi mění rozteč. (Úplně vlevo, interferenční obrazec se dvěma mikrofony při 40 000 cyklech za sekundu; vpravo nahoře, jeden mikrofon při 3520 cps; vpravo dole, jeden mikrofon při 7040 cps).

Zvukové vlny pohánějí barevnou LED a barva je fáze vlny a jas je amplituda.

X-Y plotter se používá k vykreslení zvukových vln a provádění experimentů na fenomenologické rozšířené realitě („Real Reality“™) pomocí stroje na sekvenční vlnění (SWIM).

PODĚKOVÁNÍ:

Nejprve bych chtěl ocenit mnoho lidí, kteří pomohli s tímto projektem, který začínal jako můj dětský koníček, fotografování rádiových vln a zvukových vln (https://wearcam.org/par). Děkuji mnoha minulým i současným studentům, včetně Ryana, Maxe, Alexe, Arkina, Sena a Jacksona a dalším z MannLabu, včetně Kyla a Daniela. Děkujeme také Stephanie (věk 12) za pozorování, že fáze ultrazvukových měničů je náhodná, a za pomoc při navrhování metody jejich třídění podle fází na dvě hromádky: `` Stephativní '' (Stephanie pozitivní) a `` Stegativní '' “(Stephanie negativní). Díky společnostem Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings a profesorovi Wangovi (SYSU).

Krok 1: Princip použití barev k reprezentaci vln

Základní myšlenkou je použít barvu k reprezentaci vln, jako jsou zvukové vlny.

Zde vidíme jednoduchý příklad, ve kterém jsem použil barvu k zobrazení elektrických vln.

To nám umožňuje vizualizovat například Fourierovu transformaci nebo jakýkoli jiný vlnový elektrický signál.

Použil jsem to jako obálku knihy, kterou jsem navrhl [Advances in Machine Vision, 380pp, Apr 1992], spolu s některými přispěnými kapitolami knihy.

Krok 2: Sestavte převaděč zvuku na barvu

Chcete -li převést zvuk na barvu, musíme vytvořit převodník zvuku na barvu.

Zvuk vychází z výstupu blokovacího zesilovače vztaženého na frekvenci zvukových vln, jak je vysvětleno v některých mých předchozích Instructables, stejně jako v některých mých publikovaných článcích.

Výstupem blokovacího zesilovače je komplexní hodnotný výstup, který se objevuje na dvou svorkách (mnoho zesilovačů používá pro své výstupy konektory BNC), jeden pro „X“(součást ve fázi, která je skutečnou součástí) a jeden pro „Y“(kvadraturní složka, která je imaginární částí). Napětí přítomná na X a Y společně označují komplexní číslo a kresba nahoře (vlevo) zobrazuje Argandovu rovinu, na které jsou komplexně oceněné veličiny zobrazeny jako barva. K převodu z XY (komplexní číslo) na RGB (červená, zelená, modrá barva) používáme Arduino se dvěma analogovými vstupy a třemi analogovými výstupy podle dodaného kódu swimled.ino.

Přinášíme je jako barevné signály RGB do světelného zdroje LED. Výsledkem je obejít barevné kolečko s fází jako úhlem a se světelnou kvalitou je síla signálu (hladina zvuku). To se provádí pomocí komplexního čísla mapovače barev RGB následujícím způsobem:

Složitý barevný mapovač převádí z komplexně ceněné veličiny, obvykle na výstupu z homodynového přijímače nebo blokovacího zesilovače nebo fázově koherentního detektoru na barevný světelný zdroj. Obvykle je více světla produkováno, když je velikost signálu větší. Fáze ovlivňuje odstín barvy.

Zvažte tyto příklady (jak je uvedeno v konferenčním příspěvku IEEE „Rattletale“):

1. Silně pozitivní skutečný signál (tj. Když X =+10 voltů) je zakódován jako jasně červená. Slabě kladný reálný signál, tj. Když X =+5 voltů, je zakódován jako tlumená červená.
2. Nulový výstup (X = 0 a Y = 0) se zobrazuje jako černý.
3. Silný negativní reálný signál (tj. X = -10 voltů) je zelený, zatímco slabě negativní reálný signál (X = -5 voltů) je tmavě zelený.
4. Silně imaginární pozitivní signály (Y = 10v) jsou jasně žluté a slabě pozitivní imaginární (Y = 5v) jsou tmavě žluté.
5. Negativně imaginární signály jsou modré (např. Jasně modrá pro Y = -10v a tmavě modrá pro Y = -5v).
6. Obecněji je množství produkovaného světla přibližně úměrné velikosti, R_ {XY} = / sqrt {X^2+Y^2}, a barvy k fázi, / Theta = / arctan (Y/X). Takže signál stejně pozitivní skutečný i pozitivní imaginární (tj. / Theta = 45 stupňů) je slabý oranžový, pokud je slabý, jasně oranžový silný (např. X = 7,07 voltů, Y = 7,07 voltů) a nejjasnější oranžový velmi silný, tj. X = 10v a Y = 10v, v takovém případě svítí LED diody R (červená) a G (zelená) naplno. Podobně signál, který je stejně pozitivní, skutečný a negativní imaginární, se vykresluje jako purpurový nebo fialový, tj. S komponentami LED R (červená) a B (modrá) společně. To produkuje tmavě fialovou nebo jasně fialovou barvu v souladu s velikostí signálu. [Odkaz]

Výstupy X = rozšířená realita a Y = rozšířená imaginalita jakéhokoli fázově koherentního detektoru, blokovacího zesilovače nebo homodynového přijímače se proto používají k překrytí fenomenologicky rozšířené reality na zorném poli nebo pohledu, což ukazuje určitý stupeň akustická odezva jako vizuální překrytí.

Zvláštní poděkování patří jednomu z mých studentů, Jacksonovi, který pomohl s implementací mého převaděče XY na RGB.

Výše uvedené je zjednodušená verze, kterou jsem udělal, aby bylo snadné ji učit a vysvětlovat. Původní implementace, kterou jsem provedl v osmdesátých a na začátku devadesátých let, funguje ještě lépe, protože prostorově barevně rozlišuje barevné kolečko. V přiložených souborech Matlab „.m“, které jsem napsal na začátku devadesátých let, implementuji vylepšenou konverzi XY na RGB.

Krok 3: Vytvořte „tiskovou hlavu“RGB

„Tisková hlava“je RGB LED se 4 vodiči pro připojení k výstupu převodníku XY na RGB.

Jednoduše připojte 4 vodiče k LED, jeden ke společnému a jeden ke každému z terminálů pro barvy (červená, zelená a modrá).

Zvláštní poděkování patří mému bývalému studentovi Alexovi, který mi pomohl sestavit tiskovou hlavu.

Krok 4: Získejte nebo postavte plotru XY nebo jiný 3D polohovací systém (součástí je odkaz Fusion360)

Požadujeme nějaký druh 3D polohovacího zařízení. Dávám přednost získávání nebo stavění něčeho, co se snadno pohybuje v rovině XY, ale nepožaduji snadný pohyb ve třetí (Z) ose, protože je to velmi zřídka (protože obvykle skenujeme v rastru). Máme zde tedy především plotr XY, ale má dlouhé kolejnice, které v případě potřeby umožňují pohyb podél třetí osy.

Plotr skenuje prostor pohybem měniče spolu se zdrojem světla (RGB LED) v prostoru, zatímco je závěrka fotoaparátu otevřená po správnou dobu expozice, aby zachytila každý snímek vizuálního obrazu (jeden nebo více rámečky, např. pro soubor statických snímků nebo videosekvencí).

XY-PLOTTER (soubor Fusion 360). Mechanika je jednoduchá; jakýkoli plotter XYZ nebo XY to udělá. Zde je plotter, který používáme, 2-dimenzionální SWIM (Sequential Wave Imprinting Machine): https://a360.co/2KkslB3 Plotr se snadno pohybuje v rovině XY a pohybuje se těžkopádnějším způsobem v Z, takže zametáme obrázky ve 2D a poté postupujte pomalu v ose Z. Odkaz je na soubor Fusion 360. Používáme Fusion 360, protože je cloudový a umožňuje nám spolupracovat mezi MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto a MannLab Shenzhen ve 3 časových pásmech. Solidworks je k tomu k ničemu! (Solidworks již nepoužíváme, protože jsme měli příliš mnoho problémů s rozvětvováním verzí v různých časových pásmech, protože jsme trávili spoustu času spojováním různých úprav souborů Solidworks. Je důležité mít vše na jednom místě a Fusion 360 to dělá opravdu dobře.)

Krok 5: Připojte se k zamykacímu zesilovači

Přístroj měří zvukové vlny s ohledem na konkrétní referenční frekvenci.

Zvukové vlny se měří v celém prostoru pomocí mechanismu, který pohybuje prostorem mikrofon nebo reproduktor.

Interferenční obraz mezi dvěma reproduktory vidíme pohybem mikrofonu prostorem společně s RGB LED diodou a vystavením fotografických médií pohybujícímu se světelnému zdroji.

Alternativně můžeme přesunout reproduktor prostorem a vyfotografovat kapacitu řady mikrofonů k poslechu. To vytváří formu zametače chyb, která snímá schopnost senzorů (mikrofonů) snímat.

Snímání senzorů a snímání jejich schopnosti vnímat se nazývá metaveillance a je podrobně popsáno v následujícím výzkumném dokumentu:

PŘIPOJENÍ:

Obrázky v tomto Instructable byly pořízeny připojením generátoru signálu k reproduktoru, stejně jako k referenčnímu vstupu blokovacího zesilovače, při pohybu RGB LED společně s reproduktorem. K synchronizaci fotografické kamery s pohyblivou LED bylo použito Arduino.

Zde je použit specifický lock-in zesilovač SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™, který je navržen speciálně pro rozšířenou realitu, i když si můžete postavit vlastní zesilovač typu lock-in (mým koníčkem z dětství bylo fotografování zvukových vln a rádiových vln, takže jsem postavili pro tento účel řadu blokovacích zesilovačů, jak je popsáno v

wearcam.org/par).

Můžete si vyměnit roli reproduktorů a mikrofonů. Tímto způsobem můžete měřit zvukové vlny nebo meta zvukové vlny.

Vítejte ve světě fenomenologické reality. Další informace viz také

Krok 6: Fotografujte a sdílejte své výsledky

Rychlý návod, jak fotografovat vlny, najdete v některých mých předchozích instruktážích, jako například:

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

a

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

Bavte se a kliknutím na „Zvládl jsem to“se podělte o své výsledky. Rád vám nabídnu konstruktivní pomoc a rady, jak se bavit s fenomenologickou realitou.

Krok 7: Provádějte vědecké experimenty

Zde můžeme vidět například srovnání mezi 6prvkovým mikrofonním polem a 5prvkovým mikrofonním polem.

Vidíme, že když existuje lichý počet prvků, dosáhneme hezčího centrálního laloku, který nastane dříve, a proto někdy „méně je více“(např. 5 mikrofonů je někdy lepší než šest, když se pokoušíme o tvarování paprsků).

Krok 8: Zkuste to pod vodou

Runner Up in the Colours of the Rainbow Contest