Oglejte si zvočne valove z uporabo barvne svetlobe (LED RGB): 10 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Avtor SteveMannEyeTap Humanistična inteligenca Sledi še avtorja:

O: Odrasel sem v času, ko so bile tehnologije pregledne in lahko razumljive, zdaj pa se družba razvija v smeri norosti in nerazumljivosti. Zato sem želel narediti tehnologijo človeško. Pri 12 letih sem … Več o SteveMannu »

Tu lahko vidite zvočne valove in opazujete interferenčne vzorce dveh ali več pretvornikov, saj je razmik med njima različen. (Skrajno levo, vzorec motenj z dvema mikrofonoma pri 40 000 ciklov na sekundo; zgoraj desno, enojni mikrofon pri 3520 cps; spodaj desno, enojni mikrofon pri 7040 cps).

Zvočni valovi poganjajo barvno LED, barva pa je faza vala, svetlost pa amplituda.

X-Y ploter se uporablja za risanje zvočnih valov in izvajanje eksperimentov na fenomenološko razširjeni resničnosti ("Real Reality" ™) s pomočjo stroja za vtiskovanje zaporednih valov (SWIM).

ZAHVALA:

Najprej bi se rad zahvalil številnim ljudem, ki so pomagali pri tem projektu, ki se je začel kot moj hobi iz otroštva, fotografiranje radijskih valov in zvočnih valov (https://wearcam.org/par). Hvala številnim preteklim in sedanjim študentom, vključno z Ryanom, Maxom, Alexom, Arkinom, Senom in Jacksonom ter drugimi v MannLabu, vključno s Kyleom in Danielom. Hvala tudi Stephanie (stara 12 let) za ugotovitev, da je faza ultrazvočnih pretvornikov naključna, in za pomoč pri oblikovanju metode razvrščanja po fazah v dva kupa: »Stephative« (Stephanie pozitivno) in »Stegative« «(Stephanie negativna). Hvala Arkinu, Visionertechu, Shenzhen Investment Holdings in profesorju Wang (SYSU).

1. korak: Načelo uporabe barv za predstavitev valov

Osnovna ideja je uporaba barve za predstavitev valov, kot so zvočni valovi.

Tu vidimo preprost primer, v katerem sem uporabil barvo za prikaz električnih valov.

To nam omogoča, da si na primer vizualno predstavimo Fourierjevo transformacijo ali kateri koli drug električni signal, ki temelji na valovanju.

To sem uporabil kot naslovnico knjige, ki sem jo oblikoval [Napredek v strojnem vidu, 380pp, april 1992], skupaj z nekaterimi prispevki v knjigi.

Korak: Zgradite pretvornik zvoka v barvo

Za pretvorbo zvoka v barvo moramo zgraditi pretvornik zvoka v barvo.

Zvok prihaja iz izhoda zaklepnega ojačevalnika, ki se nanaša na frekvenco zvočnih valov, kot je razloženo v nekaterih mojih prejšnjih navodilih, pa tudi v nekaterih mojih objavljenih člankih.

Izhod zaklepnega ojačevalnika je kompleksno vreden izhod, ki se pojavi na dveh sponkah (mnogi ojačevalniki uporabljajo BNC konektorje za svoje izhode), enega za "X" (fazna komponenta, ki je pravi del) in enega za "Y" (kvadraturna komponenta, ki je namišljeni del). Napetosti, prisotne pri X in Y, skupaj označujeta kompleksno število, zgornja risba (levo) pa prikazuje ravnino Argand, na kateri so kompleksne vrednosti prikazane kot barva. Za pretvorbo iz XY (kompleksna številka) v RGB (rdeča, zelena, modra barva) uporabljamo Arduino z dvema analognima vhodoma in tremi analognimi izhodi, glede na priloženo kodo swimled.ino.

Te prinašamo kot barvne signale RGB na vir svetlobe LED. Rezultat je obiti barvno kolo s fazo kot kot, kakovost svetlobe pa moč signala (raven zvoka). To se naredi s kompleksnim številom barvnega kartografa RGB:

Kompleksni barvni preslikavalec se pretvori iz kompleksno vrednotene količine, ki običajno izhaja iz homodinskega sprejemnika ali zaklepnega ojačevalnika ali fazno koherentnega detektorja v barvni vir svetlobe. Običajno se pri večji jakosti signala proizvede več svetlobe. Faza vpliva na odtenek barve.

Upoštevajte te primere (kot je opisano v konferenčnem dokumentu IEEE "Rattletale"):

1. Močan pozitiven pravi signal (tj. Ko je X =+10 voltov) je kodiran kot svetlo rdeč. Šibko pozitiven dejanski signal, to je, ko je X =+5 voltov, je kodiran kot temno rdeča.
2. Nič izhod (X = 0 in Y = 0) se prikaže kot črn.
3. Močan negativen realni signal (tj. X = -10 voltov) je zelen, šibko negativen realni signal (X = -5 voltov) pa je temno zelen.
4. Močno namišljeni pozitivni signali (Y = 10v) so svetlo rumeni, šibko pozitivno namišljeni (Y = 5v) pa so svetlo rumeni.
5. Negativno namišljeni signali so modri (npr. Svetlo modra za Y = -10v in temno modra za Y = -5v).
6. Na splošno je količina proizvedene svetlobe približno sorazmerna z velikostjo, R_ {XY} = / sqrt {X^2+Y^2} in barva s fazo, / Theta = / arctan (Y/X). Torej je signal enako pozitiven realni in pozitivni imaginarni (tj. / Theta = 45 stopinj) temno oranžna, če je šibka, močno oranžna z močno (npr. X = 7,07 voltov, Y = 7,07 voltov) in najsvetlejša oranžna z zelo močno, tj. X = 10v in Y = 10v, v tem primeru sta R (rdeča) in G (zelena) LED dioda polni. Podobno se signal, ki je enako pozitiven kot realen in negativen namišljen, prikaže kot vijoličen ali vijoličen, torej z R (rdečo) in B (modro) komponento LED skupaj. To proizvaja temno vijolično ali svetlo vijolično, v skladu z jakostjo signala. [Link]

Izhodi X = povečana resničnost in Y = povečana domišljija katerega koli fazno koherentnega detektorja, zaklepnega ojačevalnika ali homodinskega sprejemnika se zato uporabljajo za prekrivanje fenomenološko povečane resničnosti na vidno polje ali pogled, s čimer se prikaže stopnja akustični odziv kot vizualno prekrivanje.

Posebna zahvala enemu od mojih študentov, Jacksonu, ki je pomagal pri izvedbi mojega pretvornika XY v RGB.

Zgornja je poenostavljena različica, ki sem jo naredil za lažje poučevanje in razlago. Prvotna izvedba, ki sem jo naredil v osemdesetih in zgodnjih devetdesetih letih, deluje še bolje, ker barvno kolo razporedi na zaznavno enoten način. Oglejte si priložene datoteke ».m« Matlab, ki sem jih napisal v začetku devetdesetih let za izvajanje izboljšane pretvorbe XY v RGB.

3. korak: naredite RGB "tiskalno glavo"

"Tiskalna glava" je LED RGB, s 4 žicami za povezavo z izhodom pretvornika XY v RGB.

Preprosto priključite 4 žice na LED, eno na skupno in eno na vsako od sponk za barve (rdeča, zelena in modra).

Posebna zahvala mojemu nekdanjemu študentu Alexu, ki mi je pomagal sestaviti tiskalno glavo.

4. korak: Pridobite ali zgradite ploter XY ali drug sistem za določanje 3D (vključena je povezava Fusion360)

Potrebujemo nekakšno napravo za 3D pozicioniranje. Raje dobim ali zgradim nekaj, kar se zlahka premika v ravnini XY, vendar ne potrebujem lahkega premikanja v tretji osi (Z), ker je to precej redko (saj običajno skeniramo v rastru). Tako imamo tukaj predvsem ploter XY, vendar ima dolge tirnice, ki omogočajo premikanje po tretji osi, kadar je to potrebno.

Ploter skenira prostor s premikanjem pretvornika skupaj z virom svetlobe (LED RGB) skozi prostor, medtem ko je zaslonka fotoaparata odprta za pravilno trajanje osvetlitve, da zajame vsak okvir vizualne slike (enega ali več okvirjev, npr. za fotografijo ali filmsko datoteko).

XY-PLOTTER (datoteka Fusion 360). Mehanika je preprosta; naredi kateri koli ploter XYZ ali XY. Tukaj je ploter, ki ga uporabljamo, 2-dimenzionalni SWIM (stroj za tiskanje zaporednih valov): https://a360.co/2KkslB3 Ploter se zlahka premika v ravnini XY in se premika bolj okorno v Z, tako da pometamo slike 2D in nato počasi napredujte po osi Z. Povezava je do datoteke Fusion 360. Fusion 360 uporabljamo, ker temelji na oblaku in nam omogoča sodelovanje med MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto in MannLab Shenzhen v treh časovnih pasovih. Solidworks je za to neuporaben! (Solidworks ne uporabljamo več, ker smo imeli preveč težav z razporejanjem različic po časovnih pasovih, saj smo veliko časa porabili za zbiranje različnih popravkov datotek Solidworks. Bistveno je, da vse ostane na enem mestu, Fusion 360 pa to počne zelo dobro.)

5. korak: Povežite se z zaklenjenim ojačevalnikom

Naprava meri zvočne valove glede na določeno referenčno frekvenco.

Zvočni valovi se merijo v celotnem prostoru z mehanizmom, ki premika mikrofon ali zvočnik po vsem prostoru.

Vzorec motenj med dvema zvočnikoma lahko opazimo s premikanjem mikrofona skozi prostor skupaj z LED RGB, medtem ko fotografske medije izpostavljamo gibljivemu svetlobnemu viru.

Druga možnost je, da premikamo zvočnik skozi vesolje, da fotografiramo zmogljivost niza mikrofonov za poslušanje. Tako nastane oblika pometača hroščev, ki zazna sposobnost zaznavanja senzorjev (mikrofonov).

Zaznavanje senzorjev in zaznavanje njihove sposobnosti zaznavanja se imenuje metanadzor in je podrobno opisano v naslednjem raziskovalnem prispevku:

POVEZAVA:

Slike v tem navodilu so bile posnete s priključitvijo generatorja signala na zvočnik, pa tudi na referenčni vhod zaklepnega ojačevalnika, hkrati pa premikajte LED RGB skupaj z zvočnikom. Arduino je bil uporabljen za sinhronizacijo fotografske kamere z gibljivo LED.

Poseben zaklepni ojačevalnik, uporabljen tukaj, je SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™, ki je zasnovan posebej za razširjeno resničnost, čeprav lahko zgradite lasten zaklepni ojačevalnik (moj hobi iz otroštva je bil fotografiranje zvočnih in radijskih valov, zato sem so v ta namen zgradili številne zaklepne ojačevalnike, kot je opisano v

wearcam.org/par).

Lahko zamenjate vlogo zvočnikov in mikrofonov. Na ta način lahko merite zvočne valove ali meta zvočne valove.

Dobrodošli v svetu fenomenološke resničnosti. Za več informacij glejte tudi

6. korak: Fotografirajte in delite svoje rezultate

Za kratek vodnik o fotografiranju valov si oglejte nekaj mojih prejšnjih navodil, na primer:

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

in

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

Zabavajte se in kliknite »Uspelo mi je«, da delite svoje rezultate, z veseljem vam bom ponudil konstruktivno pomoč in namige, kako se zabavati s fenomenološko resničnostjo.

7. korak: Izvedite znanstvene poskuse

Tu lahko na primer vidimo primerjavo med 6-elementnim mikrofonskim nizom in 5-elementnim mikrofonskim nizom.

Vidimo lahko, da se pri neparnem številu elementov prej pojavi lepši osrednji del, zato včasih "manj je več" (npr. 5 mikrofonov je včasih boljše od šestih, ko poskušamo oblikovati snop).

8. korak: Poskusite pod vodo

Podprvak v natečaju Barve mavrice