Vedere Onde sonore che utilizzano luce colorata (LED RGB): 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Di SteveMannEyeTap Humanistic IntelligenceSegui di più dall'autore:

A proposito: sono cresciuto in un'epoca in cui le tecnologie erano trasparenti e facili da capire, ma ora la società si sta evolvendo verso la follia e l'incomprensibilità. Quindi volevo rendere la tecnologia umana. All'età di 12 anni, ho c … Di più su SteveMann »

Qui puoi vedere le onde sonore e osservare gli schemi di interferenza creati da due o più trasduttori al variare della distanza tra loro. (Più a sinistra, schema di interferenza con due microfoni a 40.000 cicli al secondo; in alto a destra, singolo microfono a 3520 cps; in basso a destra, singolo microfono a 7040 cps).

Le onde sonore guidano un LED a colori e il colore è la fase dell'onda e la luminosità è l'ampiezza.

Un plotter X-Y viene utilizzato per tracciare le onde sonore e condurre esperimenti sulla realtà aumentata fenomenologica ("Real Reality"™), tramite una Sequential Wave Imprinting Machine (SWIM).

RINGRAZIAMENTI:

Innanzitutto vorrei ringraziare le molte persone che hanno contribuito a questo progetto che è iniziato come un mio hobby infantile, fotografando onde radio e onde sonore (https://wearcam.org/par). Grazie a molti studenti passati e presenti, inclusi Ryan, Max, Alex, Arkin, Sen e Jackson, e altri in MannLab, inclusi Kyle e Daniel. Grazie anche a Stephanie (12 anni) per l'osservazione che la fase dei trasduttori ultrasonici è casuale e per l'aiuto nell'ideare un metodo per classificarli per fase in due pile: ``Stephative'' (Stephanie positive) e ``Stegative' ' (Stephanie negativo). Grazie ad Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings e al professor Wang (SYSU).

Passaggio 1: Principio dell'uso dei colori per rappresentare le onde

L'idea di base è usare il colore per rappresentare le onde, come le onde sonore.

Qui vediamo un semplice esempio in cui ho usato il colore per mostrare le onde elettriche.

Questo ci consente di visualizzare, ad esempio, la trasformata di Fourier o qualsiasi altro segnale elettrico basato su onde, visivamente.

L'ho usato come copertina di un libro che ho disegnato [Advances in Machine Vision, 380pp, aprile 1992], insieme ad alcuni capitoli del libro.

Passaggio 2: crea il convertitore da suono a colore

Per convertire il suono in colore, dobbiamo creare un convertitore da suono a colore.

Il suono proviene dall'uscita di un amplificatore lock-in riferito alla frequenza delle onde sonore, come spiegato in alcuni dei miei precedenti Instructables, nonché in alcuni dei miei articoli pubblicati.

L'uscita dell'amplificatore lock-in è un'uscita a valori complessi, che appare su due terminali (molti amplificatori utilizzano connettori BNC per le loro uscite), uno per "X" (il componente in fase che è la parte reale) e uno per "Y" (la componente in quadratura che è la parte immaginaria). Insieme, le tensioni presenti in X e Y denotano un numero complesso e il disegno sopra (a sinistra) rappresenta il piano di Argand su cui le quantità valutate complesse sono visualizzate come colore. Usiamo un Arduino con due ingressi analogici e tre uscite analogiche per convertire da XY (numero complesso) a RGB (colore rosso, verde, blu), come da codice swimled.ino fornito.

Li portiamo fuori come segnali di colore RGB a una sorgente luminosa a LED. Il risultato è girare intorno a una ruota dei colori con la fase come angolo, e con la qualità della luce è la potenza del segnale (livello del suono). Questo viene fatto con un numero complesso in RGB color-mapper, come segue:

Il complesso color-mapper converte da una quantità a valore complesso, tipicamente emessa da un ricevitore omodina o amplificatore lock-in o rivelatore a coerenza di fase in una sorgente di luce colorata. Tipicamente viene prodotta più luce quando l'ampiezza del segnale è maggiore. La fase influisce sulla tonalità del colore.

Considera questi esempi (come delineato nel documento della conferenza IEEE "Rattletale"):

1. Un forte segnale reale positivo (cioè quando X=+10 volt) è codificato in rosso brillante. Un segnale reale debolmente positivo, cioè quando X=+5 volt, è codificato come un rosso tenue.
2. L'uscita zero (X=0 e Y=0) si presenta come nera.
3. Un segnale reale fortemente negativo (cioè X=-10 volt) è verde, mentre un segnale reale debolmente negativo (X=-5 volt) è verde scuro.
4. I segnali positivi fortemente immaginari (Y=10v) sono di un giallo brillante, mentre quelli immaginari debolmente positivi (Y=5v) sono di un giallo tenue.
5. I segnali negativi immaginari sono blu (ad esempio blu brillante per Y=-10v e blu scuro per Y=-5v).
6. Più in generale, la quantità di luce prodotta è approssimativamente proporzionale a una grandezza, R_{XY}=\sqrt{X^2+Y^2}, e il colore a una fase, \Theta=\arctan(Y/X). Quindi un segnale ugualmente positivo reale e immaginario positivo (cioè \Theta=45 gradi) è arancione debole se debole, arancione brillante di forte (es. X=7,07 volt, Y=7,07 volt), e arancione più brillante di molto forte, cioè X= 10v e Y=10v, nel qual caso i componenti LED R (rosso) e G (verde) sono completamente accesi. Allo stesso modo un segnale che è ugualmente positivo reale e negativo immaginario si rende viola o viola, cioè con i componenti LED R (rosso) e B (blu) entrambi accesi insieme. Questo produce un viola tenue o un viola brillante, a seconda dell'ampiezza del segnale.[link]

Le uscite X=realtà aumentata, e Y=immaginalità aumentata, di qualsiasi rivelatore a coerenza di fase, amplificatore lock-in o ricevitore omodina vengono quindi utilizzate per sovrapporre una realtà fenomenologicamente aumentata su un campo visivo o visivo, mostrando così un grado di risposta acustica come sovrapposizione visiva.

Un ringraziamento speciale a uno dei miei studenti, Jackson, che mi ha aiutato con l'implementazione del mio convertitore da XY a RGB.

Quella sopra è una versione semplificata, che ho fatto per semplificare l'insegnamento e la spiegazione. L'implementazione originale che ho fatto negli anni '80 e nei primi anni '90 funziona ancora meglio, perché distanzia la ruota dei colori in modo percettivamente uniforme. Vedi i file Matlab ".m" allegati che ho scritto nei primi anni '90 per implementare la conversione da XY a RGB migliorata.

Passaggio 3: crea una "testina di stampa" RGB

La "testina di stampa" è un LED RGB, con 4 fili per collegarlo all'uscita del convertitore da XY a RGB.

Basta collegare 4 fili al LED, uno al comune e uno a ciascuno dei terminali per i colori (rosso, verde e blu).

Un ringraziamento speciale al mio ex studente, Alex, che mi ha aiutato a mettere insieme una testina di stampa.

Passaggio 4: ottenere o costruire un plotter XY o un altro sistema di posizionamento 3D (collegamento Fusion360 incluso)

Abbiamo bisogno di un qualche tipo di dispositivo di posizionamento 3D. Preferisco ottenere o costruire qualcosa che si muova facilmente nel piano XY, ma non richiedo un movimento facile nel terzo asse (Z), perché questo è abbastanza raro (dato che di solito eseguiamo la scansione in un raster). Quindi quello che abbiamo qui è principalmente un plotter XY, ma ha lunghi binari che gli consentono di essere spostato lungo il terzo asse quando necessario.

Il plotter scansiona lo spazio, spostando un trasduttore, insieme a una sorgente luminosa (LED RGB), attraverso lo spazio, mentre l'otturatore di una telecamera è aperto per la corretta durata dell'esposizione per catturare ogni fotogramma dell'immagine visiva (uno o più fotogrammi, ad esempio per un'immagine fissa o un filmato).

XY-PLOTTER (file Fusion 360). La meccanica è semplice; andrà bene qualsiasi plotter XYZ o XY. Ecco il plotter che usiamo, SWIM bidimensionale (Sequential Wave Imprinting Machine): https://a360.co/2KkslB3 Il plotter si muove facilmente nel piano XY e si muove in modo più ingombrante in Z, in modo da spazzare le immagini in 2D e poi avanzare lentamente nell'asse Z. Il collegamento è a un file Fusion 360. Usiamo Fusion 360 perché è basato su cloud e ci consente di collaborare tra MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto e MannLab Shenzhen, in 3 fusi orari. Solidworks è inutile per farlo! (Non usiamo più Solidworks perché abbiamo avuto troppi problemi con il fork delle versioni tra i fusi orari poiché passavamo molto tempo a mettere insieme diverse modifiche ai file Solidworks. È essenziale tenere tutto in un unico posto e Fusion 360 lo fa davvero bene.)

Passaggio 5: collegamento a un amplificatore con blocco

L'apparato misura le onde sonore rispetto ad una particolare frequenza di riferimento.

Le onde sonore sono misurate in uno spazio, per mezzo di un meccanismo che muove un microfono o un altoparlante in tutto lo spazio.

Possiamo vedere lo schema di interferenza tra due altoparlanti spostando un microfono nello spazio, insieme al LED RGB, mentre esponiamo i supporti fotografici alla fonte di luce in movimento.

In alternativa, possiamo spostare un altoparlante nello spazio per fotografare la capacità di ascolto di una serie di microfoni. Questo crea una forma di spazzino che rileva la capacità dei sensori (microfoni) di rilevare.

Il rilevamento dei sensori e il rilevamento della loro capacità di rilevamento è chiamato metaveillance ed è descritto in dettaglio nel seguente documento di ricerca:

COLLEGANDOLO:

Le immagini in questo Instructable sono state scattate collegando un generatore di segnale a un altoparlante e all'ingresso di riferimento di un amplificatore lock-in, spostando un LED RGB insieme all'altoparlante. Un Arduino è stato utilizzato per sincronizzare una macchina fotografica con il LED in movimento.

L'amplificatore lock-in specifico utilizzato qui è il SYSU x Mannlab Scientific Outstrument™, progettato specificamente per la realtà aumentata, anche se puoi costruire il tuo amplificatore lock-in (un mio hobby infantile era fotografare onde sonore e onde radio, quindi ho hanno costruito un certo numero di amplificatori lock-in per questo scopo, come descritto in

wearcam.org/par).

Puoi scambiare il ruolo di altoparlante/i e microfono/i. In questo modo è possibile misurare le onde sonore, o metaonde sonore.

Benvenuti nel mondo della realtà fenomenologica. Per ulteriori informazioni, vedere anche

Passaggio 6: fotografa e condividi i tuoi risultati

Per una guida rapida su come fotografare le onde, guarda alcuni dei miei precedenti Instructables come:

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

e

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

Divertiti, e clicca "Ce l'ho fatta" per condividere i tuoi risultati, e sarò felice di offrire un aiuto costruttivo e suggerimenti su come divertirti con la realtà fenomenologica.

Passaggio 7: condurre esperimenti scientifici

Qui possiamo vedere, ad esempio, un confronto tra un array di microfoni a 6 elementi e un array di microfoni a 5 elementi.

Possiamo vedere che quando c'è un numero dispari di elementi, otteniamo un lobo centrale più bello che si verifica prima, e quindi a volte "meno è meglio" (ad esempio 5 microfoni a volte sono meglio di sei, quando stiamo cercando di fare il beamforming).

Passaggio 8: provalo sott'acqua

Secondo classificato nel concorso I colori dell'arcobaleno