Renkli Işık (RGB LED) Kullanan Ses Dalgalarını Görün: 10 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

SteveMannEyeTap tarafından Hümanist ZekaYazar tarafından daha fazla takip edin:

Hakkında: Teknolojilerin şeffaf ve anlaşılması kolay olduğu bir zamanda büyüdüm ama şimdi toplum delilik ve anlaşılmazlığa doğru evriliyor. Bu yüzden teknolojiyi insan yapmak istedim. 12 yaşında, ben… SteveMann Hakkında Daha Fazla Bilgi »

Burada ses dalgalarını görebilir ve aralarındaki boşluk değiştikçe iki veya daha fazla dönüştürücü tarafından yapılan girişim modellerini gözlemleyebilirsiniz. (En soldaki, saniyede 40.000 devirde iki mikrofonlu girişim deseni; sağ üst, 3520 cps'de tek mikrofon; sağ alt, 7040cps'de tek mikrofon).

Ses dalgaları renkli bir LED'i çalıştırır ve renk, dalganın fazı ve parlaklık ise genliktir.

Bir X-Y çizici, bir Sıralı Dalga Baskı Makinesi (SWIM) yoluyla fenomenolojik artırılmış gerçeklik ("Real Reality"™) üzerinde ses dalgalarını çizmek ve deneyler yapmak için kullanılır.

TEŞEKKÜRLER:

Öncelikle radyo dalgalarını ve ses dalgalarını fotoğraflayarak çocukluk hobim olarak başlayan bu projeye yardımcı olan birçok kişiye teşekkür etmek istiyorum (https://wearcam.org/par). Ryan, Max, Alex, Arkin, Sen ve Jackson ve Kyle ve Daniel dahil olmak üzere MannLab'deki diğerleri de dahil olmak üzere geçmişteki ve şimdiki birçok öğrenciye teşekkür ederiz. Stephanie'ye (12 yaşında) ayrıca ultrasonik dönüştürücülerin fazlarının rastgele olduğu gözlemi ve onları faza göre iki kümeye ayırma yönteminin geliştirilmesine yardım ettiği için teşekkür ederiz: "Stephanie pozitif" (Stephanie pozitif) ve "Stegatif" (Stephanie olumsuz). Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings ve Profesör Wang'a (SYSU) teşekkürler.

Adım 1: Dalgaları Temsil Etmek İçin Renkleri Kullanma İlkesi

Temel fikir, ses dalgaları gibi dalgaları temsil etmek için renk kullanmaktır.

Burada elektrik dalgalarını göstermek için renk kullandığım basit bir örnek görüyoruz.

Bu, örneğin Fourier dönüşümünü veya herhangi bir dalga tabanlı elektrik sinyalini görsel olarak görselleştirmemizi sağlar.

Bunu, tasarladığım bir kitap kapağı olarak kullandım [Advances in Machine Vision, 380pp, Nisan 1992] ve kitaba katkıda bulunan bazı bölümlerle birlikte.

Adım 2: Sesi Renk Dönüştürücüsüne Oluşturun

Sesi renge dönüştürmek için bir sesten renge dönüştürücü oluşturmamız gerekir.

Ses, önceki Eğitim Kitaplarımdan bazılarında ve yayınlanmış makalelerimden bazılarında açıklandığı gibi, ses dalgalarının frekansına atıfta bulunan bir kilitli amplifikatörün çıkışından gelir.

Kilitli amplifikatörün çıkışı, biri "X" için (gerçek kısım olan faz içi bileşen) ve diğeri için olmak üzere iki terminalde (birçok amplifikatör çıkışları için BNC konektörleri kullanır) görünen karmaşık değerli bir çıkıştır. "Y" (hayali kısım olan kareleme bileşeni). X ve Y'de bulunan voltajlar birlikte karmaşık bir sayıyı belirtir ve yukarıdaki çizim (solda), üzerinde karmaşık değerli miktarların renk olarak görüntülendiği Argand düzlemini gösterir. Sağlanan swimled.ino koduna göre XY'den (karmaşık sayı) RGB'ye (Kırmızı, Yeşil, Mavi renk) dönüştürmek için iki analog girişli ve üç analog çıkışlı bir Arduino kullanıyoruz.

Bunları bir LED ışık kaynağına RGB renk sinyalleri olarak getiriyoruz. Sonuç, açı olarak faz ile bir renk tekerleği etrafında dolaşmak ve ışık kalitesi ile sinyal gücüdür (ses seviyesi). Bu, RGB renk eşleyicisine karmaşık bir sayı ile aşağıdaki gibi yapılır:

Karmaşık renk eşleyici, tipik olarak bir homodin alıcısından veya kilitli amplifikatörden veya faz uyumlu dedektörden çıkan karmaşık değerli bir miktardan renkli bir ışık kaynağına dönüştürür. Sinyalin büyüklüğü daha büyük olduğunda tipik olarak daha fazla ışık üretilir. Faz rengin tonunu etkiler.

Şu örnekleri göz önünde bulundurun (IEEE konferans makalesi "Rattletale"de özetlendiği gibi):

1. Güçlü bir pozitif gerçek sinyal (yani X=+10 volt olduğunda) parlak kırmızı olarak kodlanır. Zayıf pozitif bir gerçek sinyal, yani X=+5 volt olduğunda, soluk kırmızı olarak kodlanır.
2. Sıfır çıkışı (X=0 ve Y=0) kendini siyah olarak gösterir.
3. Güçlü bir negatif gerçek sinyal (yani X=-10 volt) yeşildir, oysa zayıf negatif gerçek (X=-5 volt) loş yeşildir.
4. Güçlü hayali pozitif sinyaller (Y=10v) parlak sarıdır ve zayıf pozitif-hayali (Y=5v) soluk sarıdır.
5. Negatif olarak hayali sinyaller mavidir (örneğin, Y=-10v için parlak mavi ve Y=-5v için loş mavi).
6. Daha genel olarak, üretilen ışığın miktarı, büyüklükle, R_{XY}=\sqrt{X^2+Y^2} ve bir fazın rengiyle, \Theta=\arctan(Y/X) yaklaşık olarak orantılıdır. Dolayısıyla, eşit derecede pozitif gerçek ve pozitif hayali bir sinyal (yani, \Theta=45 derece) zayıfsa soluk turuncu, güçlü parlak turuncu (örneğin X=7,07 volt, Y=7,07 volt) ve en parlak turuncu çok güçlü, yani X= 10v ve Y=10v, bu durumda R (kırmızı) ve G (yeşil) LED bileşenleri dolu. Benzer şekilde, eşit derecede pozitif gerçek ve negatif hayali olan bir sinyal, kendisini mor veya menekşe haline getirir, yani R (kırmızı) ve B (mavi) LED bileşenleri birlikte yanar. Bu, sinyalin büyüklüğüne göre loş bir menekşe veya parlak bir menekşe üretir.[link]

Bu nedenle, herhangi bir faz uyumlu dedektörün, kilitli amplifikatörün veya homodin alıcının X = artırılmış gerçeklik ve Y = artırılmış hayal gücü çıktıları, fenomenolojik olarak artırılmış bir gerçekliği bir görüş veya görüş alanı üzerine yerleştirmek için kullanılır, böylece bir derece gösterir. görsel bir kaplama olarak akustik tepki.

XY'den RGB'ye dönüştürücümün uygulanmasına yardımcı olan öğrencilerimden biri olan Jackson'a özel teşekkürler.

Yukarıdaki, öğretmeyi ve açıklamayı kolaylaştırmak için yaptığım basitleştirilmiş bir versiyondur. 1980'lerde ve 1990'ların başında yaptığım orijinal uygulama daha da iyi çalışıyor çünkü renk tekerleğini algısal olarak tek biçimli bir şekilde yerleştiriyor. Geliştirilmiş XY'den RGB'ye dönüştürmeyi uygulamak için 1990'ların başında yazdığım ekteki Matlab ".m" dosyalarına bakın.

3. Adım: Bir RGB "baskı Kafası" yapın

"Baskı kafası", XY'den RGB'ye dönüştürücünün çıkışına bağlamak için 4 telli bir RGB LED'dir.

Renkler için (Kırmızı, Yeşil ve Mavi) 4 kabloyu LED'e, biri ortak kabloya ve birer terminale bağlayın.

Bir baskı kafasının bir araya getirilmesine yardım eden eski öğrencim Alex'e özel teşekkürler.

Adım 4: Bir XY Plotter veya Diğer 3D Konumlandırma Sistemi Edinme veya Oluşturma (Fusion360 Bağlantısı Dahil)

Bir çeşit 3D konumlandırma cihazına ihtiyacımız var. XY düzleminde kolayca hareket eden bir şey elde etmeyi veya inşa etmeyi tercih ederim, ancak üçüncü (Z) ekseninde kolay harekete gerek duymuyorum, çünkü bu oldukça nadirdir (çünkü genellikle bir taramada tararız). Dolayısıyla burada sahip olduğumuz şey öncelikle bir XY çizicidir, ancak gerektiğinde üçüncü eksen boyunca hareket ettirilmesine izin veren uzun raylara sahiptir.

Çizici, görsel görüntünün her karesini (bir veya daha fazla) yakalamak için bir kameranın deklanşörü doğru pozlama süresi için açıkken, bir ışık kaynağı (RGB LED) ile birlikte bir dönüştürücüyü boşlukta hareket ettirerek alanı tarar. çerçeveler, örneğin hareketsiz bir resim veya film dosyası için).

XY-PLOTTER (Fusion 360 dosyası). Mekaniği basittir; herhangi bir XYZ veya XY çizici yapacaktır. İşte kullandığımız çizici, 2 boyutlu SWIM (Sıralı Dalga Baskı Makinesi): https://a360.co/2KkslB3 Plotter, XY düzleminde daha rahat hareket eder ve Z'de daha hantal bir şekilde hareket eder, öyle ki süpürürüz görüntüleri 2B olarak çıkarın ve ardından Z ekseninde yavaşça ilerleyin. Bağlantı bir Fusion 360 dosyasıdır. Fusion 360'ı bulut tabanlı olduğu ve 3 saat diliminde MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto ve MannLab Shenzhen arasında işbirliği yapmamıza olanak tanıdığı için kullanıyoruz. Solidworks bunu yapmak için işe yaramaz! (Eskiden Solidworks dosyalarının farklı düzenlemelerini bir araya getirmek için çok zaman harcadığımız için, zaman dilimleri arasında sürüm çatallamayla ilgili çok fazla sorun yaşadığımız için artık Solidworks kullanmıyoruz. Her şeyi tek bir yerde tutmak çok önemlidir ve Fusion 360 bunu gerçekten iyi yapıyor..)

Adım 5: Kilitli Amplifikatöre Bağlayın

Cihaz, belirli bir referans frekansına göre ses dalgalarını ölçer.

Ses dalgaları, bir mikrofon veya hoparlörü alan boyunca hareket ettiren bir mekanizma yoluyla bir alan boyunca ölçülür.

Fotoğraf ortamını hareketli ışık kaynağına maruz bırakırken RGB LED ile birlikte bir mikrofonu boşlukta hareket ettirerek iki hoparlör arasındaki girişim modelini görebiliriz.

Alternatif olarak, bir dizi mikrofonun dinleme kapasitesini fotoğraflamak için bir hoparlörü uzayda hareket ettirebiliriz. Bu, sensörlerin (mikrofonların) algılama kapasitesini algılayan bir tür böcek süpürücü oluşturur.

Sensörleri algılama ve algılama kapasitelerini algılamaya metaveillance denir ve aşağıdaki araştırma makalesinde ayrıntılı olarak açıklanmaktadır:

BAĞLAMAK:

Bu Eğitilebilir Tablodaki resimler, bir RGB LED'i hoparlörle birlikte hareket ettirirken, bir sinyal üretecini bir hoparlöre ve ayrıca bir kilitli amplifikatörün referans girişine bağlayarak çekilmiştir. Bir fotoğraf kamerasını hareketli LED'e senkronize etmek için bir Arduino kullanıldı.

Burada kullanılan özel kilitli amplifikatör, özel olarak artırılmış gerçeklik için tasarlanmış SYSU x Mannlab Scientific Outstrument™'tır, ancak kendi kilitli amplifikatörünüzü de oluşturabilirsiniz (çocukluğumda bir hobim ses dalgalarını ve radyo dalgalarını fotoğraflamaktı, bu yüzden ben bölümünde açıklandığı gibi bu amaç için bir dizi kilitli amplifikatör inşa ettik.

wearcam.org/par).

Hoparlör(ler) ve mikrofon(lar)ın rollerini değiştirebilirsiniz. Bu şekilde ses dalgalarını veya meta ses dalgalarını ölçebilirsiniz.

Fenomenolojik gerçeklik dünyasına hoş geldiniz. Daha fazla bilgi için ayrıca bkz.

Adım 6: Sonuçlarınızı Fotoğraflayın ve Paylaşın

Dalgaların nasıl fotoğraflanacağına dair hızlı bir kılavuz için, aşağıdakiler gibi önceki Talimatlarımdan bazılarına bakın:

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

ve

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

Eğlenin ve sonuçlarınızı paylaşmak için "Başardım"a tıklayın, ben de fenomenolojik gerçeklikle nasıl eğleneceğiniz konusunda yapıcı yardım ve ipuçları sunmaktan mutluluk duyacağım.

7. Adım: Bilimsel Deneyler Yapın

Burada örneğin 6 elemanlı mikrofon dizisi ile 5 elemanlı mikrofon dizisi arasında bir karşılaştırma görebiliriz.

Tek sayıda eleman olduğunda, daha güzel bir merkezi lobun daha çabuk gerçekleştiğini görebiliriz ve bu nedenle bazen "az daha fazladır" (örneğin, hüzme şekillendirme yapmaya çalışırken 5 mikrofon bazen altıdan daha iyidir).

Adım 8: Su Altında Deneyin

Gökkuşağının Renkleri Yarışmasında İkincilik