Voir Ondes sonores utilisant une lumière colorée (LED RVB) : 10 étapes (avec images)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Par SteveMannEyeTap Humanistic IntelligenceSuivez plus par l'auteur:

À propos: J'ai grandi à une époque où les technologies étaient transparentes et faciles à comprendre, mais maintenant la société évolue vers la folie et l'incompréhensibilité. Je voulais donc rendre la technologie humaine. À l'âge de 12 ans, j'ai… En savoir plus sur SteveMann »

Ici, vous pouvez voir les ondes sonores et observer les modèles d'interférence créés par deux ou plusieurs transducteurs lorsque l'espacement entre eux varie. (Le plus à gauche, diagramme d'interférence avec deux microphones à 40 000 cycles par seconde; en haut à droite, un seul microphone à 3520 cps; en bas à droite, un seul microphone à 7040 cps).

Les ondes sonores entraînent une LED de couleur, et la couleur est la phase de l'onde et la luminosité est l'amplitude.

Un traceur X-Y est utilisé pour tracer les ondes sonores et mener des expériences sur la réalité augmentée phénoménologique ("Real Reality"™), au moyen d'une machine d'impression d'ondes séquentielles (SWIM).

REMERCIEMENTS:

Tout d'abord, j'aimerais remercier les nombreuses personnes qui ont aidé à ce projet qui a commencé comme un passe-temps d'enfance, photographier les ondes radio et les ondes sonores (https://wearcam.org/par). Merci à de nombreux étudiants passés et présents, dont Ryan, Max, Alex, Arkin, Sen et Jackson, et à d'autres de MannLab, dont Kyle et Daniel. Merci également à Stéphanie (12 ans) pour l'observation que la phase des transducteurs à ultrasons est aléatoire, et pour l'aide à la conception d'une méthode de tri par phase en deux piles: ``Stephative'' (Stéphanie positive) et ``Stégative' ' (Stéphanie négative). Merci à Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings et le professeur Wang (SYSU).

Étape 1: Principe de l'utilisation des couleurs pour représenter les vagues

L'idée de base est d'utiliser la couleur pour représenter les ondes, comme les ondes sonores.

Ici, nous voyons un exemple simple dans lequel j'ai utilisé la couleur pour montrer les ondes électriques.

Cela nous permet de visualiser, par exemple, la transformée de Fourier, ou tout autre signal électrique basé sur les ondes, visuellement.

J'ai utilisé cela comme couverture de livre que j'ai conçu [Advances in Machine Vision, 380pp, avril 1992], ainsi que quelques chapitres contribués au livre.

Étape 2: Construire le convertisseur de son en couleur

Pour convertir le son en couleur, nous devons créer un convertisseur de son en couleur.

Le son provient de la sortie d'un amplificateur de verrouillage référencé à la fréquence des ondes sonores, comme expliqué dans certains de mes précédents Instructables, ainsi que dans certains de mes articles publiés.

La sortie de l'amplificateur de verrouillage est une sortie à valeur complexe, qui apparaît sur deux bornes (de nombreux amplificateurs utilisent des connecteurs BNC pour leurs sorties), une pour "X" (le composant en phase qui est la partie réelle) et une pour "Y" (la composante en quadrature qui est la partie imaginaire). Ensemble, les tensions présentes en X et Y désignent un nombre complexe, et le dessin ci-dessus (à gauche) représente le plan Argand sur lequel les quantités à valeur complexe sont affichées en couleur. Nous utilisons un Arduino avec deux entrées analogiques et trois sorties analogiques pour convertir de XY (nombre complexe) en RVB (couleur rouge, vert, bleu), selon le code swimled.ino fourni.

Nous les transmettons sous forme de signaux de couleur RVB à une source lumineuse LED. Le résultat est de faire le tour d'une roue chromatique avec la phase comme angle, et avec la qualité de la lumière est la force du signal (niveau sonore). Cela se fait avec un nombre complexe en mappeur de couleurs RVB, comme suit:

Le color-mapper complexe convertit une quantité à valeur complexe, généralement sortie d'un récepteur homodyne ou d'un amplificateur de verrouillage ou d'un détecteur à cohérence de phase en une source de lumière colorée. Généralement, plus de lumière est produite lorsque l'amplitude du signal est plus grande. La phase affecte la teinte de la couleur.

Considérez ces exemples (comme indiqué dans le document de conférence IEEE "Rattletale"):

1. Un signal réel positif fort (c'est-à-dire lorsque X=+10 volts) est codé en rouge vif. Un signal réel faiblement positif, c'est-à-dire lorsque X=+5 volts, est codé sous la forme d'un rouge faible.
2. La sortie zéro (X=0 et Y=0) se présente comme noire.
3. Un signal réel négatif fort (c'est-à-dire X=-10 volts) est vert, alors qu'un réel faiblement négatif (X=-5 volts) est vert pâle.
4. Les signaux positifs fortement imaginaires (Y=10v) sont jaune vif, et les signaux imaginaires faiblement positifs (Y=5v) sont jaune pâle.
5. Les signaux imaginaires négativement sont bleus (par exemple, bleu vif pour Y=-10v et bleu sombre pour Y=-5v).
6. Plus généralement, la quantité de lumière produite est approximativement proportionnelle à une magnitude, R_{XY}=\sqrt{X^2+Y^2}, et la couleur à une phase, \Theta=\arctan(Y/X). Ainsi, un signal également positif réel et positif imaginaire (c'est-à-dire \Theta=45 degrés) est orange faible s'il est faible, orange vif de fort (par exemple X=7,07 volts, Y=7,07 volts), et orange le plus brillant de très fort, c'est-à-dire X= 10v et Y=10v, auquel cas les composants LED R (rouge) et G (vert) sont allumés à fond. De même, un signal qui est également positif réel et négatif imaginaire se rend violet ou violet, c'est-à-dire avec les composants LED R (rouge) et B (bleu) allumés ensemble. Cela produit un violet faible ou un violet brillant, en fonction de l'amplitude du signal.[link]

Les sorties X=réalité augmentée et Y=imaginalité augmentée de tout détecteur à cohérence de phase, amplificateur de verrouillage ou récepteur homodyne sont donc utilisées pour superposer une réalité augmentée phénoménologiquement sur un champ de vision ou de vision, montrant ainsi un degré de réponse acoustique comme une superposition visuelle.

Un merci spécial à l'un de mes étudiants, Jackson, qui m'a aidé à implémenter mon convertisseur XY vers RVB.

Ce qui précède est une version simplifiée, que j'ai faite pour le rendre facile à enseigner et à expliquer. L'implémentation originale que j'ai faite dans les années 1980 et au début des années 1990 fonctionne encore mieux, car elle espace la roue chromatique d'une manière perceptuellement uniforme. Voir les fichiers Matlab ".m" ci-joints que j'ai écrits au début des années 1990 pour implémenter la conversion améliorée de XY en RVB.

Étape 3: Créez une "tête d'impression" RVB

La "tête d'impression" est une LED RVB, avec 4 fils pour la connecter à la sortie du convertisseur XY vers RVB.

Connectez simplement 4 fils à la LED, un au commun et un à chacune des bornes pour les couleurs (rouge, vert et bleu).

Un merci spécial à mon ancien élève, Alex, qui a aidé à assembler une tête d'impression.

Étape 4: Obtenir ou construire un traceur XY ou un autre système de positionnement 3D (Fusion360 Link inclus)

Nous avons besoin d'une sorte de dispositif de positionnement 3D. Je préfère obtenir ou construire quelque chose qui se déplace facilement dans le plan XY, mais je n'ai pas besoin d'un mouvement facile dans le troisième axe (Z), car c'est assez rare (puisque nous numérisons généralement dans un raster). Ainsi ce que nous avons ici est principalement un traceur XY mais il a de longs rails lui permettant d'être déplacé le long du troisième axe lorsque cela est nécessaire.

Le traceur balaye l'espace, en déplaçant un transducteur, ainsi qu'une source lumineuse (LED RVB), à travers l'espace, tandis que l'obturateur d'une caméra est ouvert pour la durée d'exposition correcte pour capturer chaque trame d'image visuelle (un ou plusieurs cadres, par exemple pour une image fixe ou un fichier vidéo).

XY-PLOTTER (fichier Fusion 360). La mécanique est simple; n'importe quel traceur XYZ ou XY fera l'affaire. Voici le traceur que nous utilisons, SWIM en 2 dimensions (Sequential Wave Imprinting Machine): https://a360.co/2KkslB3 des images en 2D puis avancez lentement dans l'axe Z. Le lien est vers un fichier Fusion 360. Nous utilisons Fusion 360 car il est basé sur le cloud et nous permet de collaborer entre MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto et MannLab Shenzhen, sur 3 fuseaux horaires. Solidworks est inutile pour faire ça ! (Nous n'utilisons plus Solidworks car nous avions trop de problèmes avec le bifurcation de version à travers les fuseaux horaires car nous passions beaucoup de temps à reconstituer différentes modifications de fichiers Solidworks. Il est essentiel de tout garder au même endroit et Fusion 360 le fait très bien.)

Étape 5: Connectez-vous à un amplificateur verrouillable

L'appareil mesure les ondes sonores par rapport à une fréquence de référence particulière.

Les ondes sonores sont mesurées dans tout un espace, au moyen d'un mécanisme qui déplace un microphone ou un haut-parleur dans tout l'espace.

Nous pouvons voir le motif d'interférence entre deux haut-parleurs en déplaçant un microphone dans l'espace, avec la LED RVB, tout en exposant le support photographique à la source lumineuse en mouvement.

Alternativement, nous pouvons déplacer un haut-parleur dans l'espace pour photographier la capacité d'écoute d'un ensemble de microphones. Cela crée une forme de balayeur d'insectes qui détecte la capacité des capteurs (microphones) à détecter.

La détection des capteurs et la détection de leur capacité à détecter sont appelées métaveillance et sont décrites en détail dans le document de recherche suivant:

LE CONNECTER:

Les photos de ce Instructable ont été prises en connectant un générateur de signal à un haut-parleur ainsi qu'à l'entrée de référence d'un amplificateur de verrouillage, tout en déplaçant une LED RVB avec le haut-parleur. Un Arduino a été utilisé pour synchroniser un appareil photo avec la LED en mouvement.

L'amplificateur de verrouillage spécifique utilisé ici est le SYSU x Mannlab Scientific Outstrument™ qui est conçu spécifiquement pour la réalité augmentée, bien que vous puissiez construire votre propre amplificateur de verrouillage (un de mes passe-temps d'enfance était de photographier les ondes sonores et les ondes radio, donc je ont construit un certain nombre d'amplificateurs de verrouillage à cet effet, comme décrit dans

wearcam.org/par).

Vous pouvez échanger le rôle de haut-parleur(s) et de microphone(s). De cette façon, vous pouvez mesurer les ondes sonores ou les méta-ondes sonores.

Bienvenue dans le monde de la réalité phénoménologique. Pour plus d'informations, voir également

Étape 6: Photographiez et partagez vos résultats

Pour un guide rapide sur la façon de photographier les vagues, voir certains de mes précédents Instructables tels que:

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

et

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

Amusez-vous et cliquez sur "Je l'ai fait" pour partager vos résultats, et je serai heureux de vous offrir une aide constructive et des conseils sur la façon de vous amuser avec la réalité phénoménologique.

Étape 7: Mener des expériences scientifiques

Ici, nous pouvons voir, par exemple, une comparaison entre un réseau de microphones à 6 éléments et un réseau de microphones à 5 éléments.

Nous pouvons voir que lorsqu'il y a un nombre impair d'éléments, nous obtenons un lobe central plus agréable plus tôt, et donc parfois "moins c'est plus" (par exemple, 5 microphones valent parfois mieux que six, lorsque nous essayons de faire de la formation de faisceau).

Étape 8: Essayez-le sous l'eau

Finaliste au concours Couleurs de l'arc-en-ciel