Ver ondas de sonido con luz de colores (LED RGB): 10 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Por SteveMannEyeTap Humanistic Intelligence Siga más por el autor:

Acerca de: Crecí en una época en la que las tecnologías eran transparentes y fáciles de entender, pero ahora la sociedad está evolucionando hacia la locura y la incomprensibilidad. Así que quería hacer humana la tecnología. A la edad de 12 años, c… Más acerca de SteveMann »

Aquí puede ver ondas de sonido y observar los patrones de interferencia producidos por dos o más transductores a medida que varía el espacio entre ellos. (Más a la izquierda, patrón de interferencia con dos micrófonos a 40, 000 ciclos por segundo; arriba a la derecha, un solo micrófono a 3520 cps; abajo a la derecha, un solo micrófono a 7040cps).

Las ondas sonoras impulsan un LED de color, y el color es la fase de la onda y el brillo es la amplitud.

Se utiliza un trazador X-Y para trazar las ondas sonoras y realizar experimentos en realidad aumentada fenomenológica ("Real Reality" ™), por medio de una máquina de impresión de ondas secuenciales (SWIM).

AGRADECIMIENTOS:

Primero, me gustaría agradecer a las muchas personas que han ayudado con este proyecto que comenzó como un pasatiempo mío de la infancia, fotografiar ondas de radio y ondas de sonido (https://wearcam.org/par). Gracias a muchos estudiantes pasados y presentes, incluidos Ryan, Max, Alex, Arkin, Sen y Jackson, y otros en MannLab, incluidos Kyle y Daniel. Gracias también a Stephanie (12 años) por la observación de que la fase de los transductores ultrasónicos es aleatoria y por su ayuda para diseñar un método para clasificarlos por fase en dos pilas: `` Stephative '' (Stephanie positiva) y `` Stegative ' '(Stephanie negativo). Gracias a Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings y al profesor Wang (SYSU).

Paso 1: Principio de uso de colores para representar ondas

La idea básica es utilizar el color para representar ondas, como las ondas sonoras.

Aquí vemos un ejemplo sencillo en el que he utilizado el color para mostrar ondas eléctricas.

Esto nos permite visualizar, por ejemplo, la transformada de Fourier, o cualquier otra señal eléctrica basada en ondas, visualmente.

Lo usé como la portada de un libro que diseñé [Advances in Machine Vision, 380pp, abril de 1992], junto con algunos capítulos que contribuí al libro.

Paso 2: construya el convertidor de sonido a color

Para convertir sonido a color, necesitamos construir un conversor de sonido a color.

El sonido proviene de la salida de un amplificador de bloqueo referenciado a la frecuencia de las ondas sonoras, como se explicó en algunos de mis Instructables anteriores, así como en algunos de mis artículos publicados.

La salida del amplificador de bloqueo es una salida de valor complejo, que aparece en dos terminales (muchos amplificadores usan conectores BNC para sus salidas), uno para "X" (el componente en fase que es la parte real) y otro para "Y" (el componente de cuadratura que es la parte imaginaria). Juntos, los voltajes presentes en X e Y denotan un número complejo, y el dibujo de arriba (izquierda) representa el plano de Argand en el que las cantidades de valor complejo se muestran en color. Usamos un Arduino con dos entradas analógicas y tres salidas analógicas para convertir de XY (número complejo) a RGB (color rojo, verde, azul), según el código swimled.ino suministrado.

Los mostramos como señales de color RGB a una fuente de luz LED. El resultado es dar la vuelta a una rueda de colores con la fase como ángulo y la calidad de la luz es la intensidad de la señal (nivel de sonido). Esto se hace con un número complejo al mapeador de colores RGB, de la siguiente manera:

El mapeador de color complejo se convierte de una cantidad de valor complejo, normalmente la salida de un receptor homodino o un amplificador de bloqueo o un detector de fase coherente en una fuente de luz de color. Normalmente se produce más luz cuando la magnitud de la señal es mayor. La fase afecta el tono del color.

Considere estos ejemplos (como se describe en el documento de la conferencia IEEE "Rattletale"):

1. Una señal real positiva fuerte (es decir, cuando X = + 10 voltios) se codifica como rojo brillante. Una señal real débilmente positiva, es decir, cuando X = + 5 voltios, se codifica como rojo tenue.
2. La salida cero (X = 0 e Y = 0) se presenta como negra.
3. Una señal real negativa fuerte (es decir, X = -10 voltios) es verde, mientras que la real débilmente negativa (X = -5 voltios) es verde tenue.
4. Las señales positivas fuertemente imaginarias (Y = 10v) son de color amarillo brillante, y las imaginarias débilmente positivas (Y = 5v) son de color amarillo tenue.
5. Las señales imaginarias negativas son azules (por ejemplo, azul brillante para Y = -10v y azul tenue para Y = -5v).
6. De manera más general, la cantidad de luz producida es aproximadamente proporcional a una magnitud, R_ {XY} = / sqrt {X ^ 2 + Y ^ 2}, y el color a una fase, / Theta = / arctan (Y / X). Entonces, una señal igualmente positiva real e imaginaria positiva (es decir, / Theta = 45 grados) es de color naranja tenue si es débil, naranja brillante de fuerte (por ejemplo, X = 7,07 voltios, Y = 7,07 voltios) y naranja más brillante de muy fuerte, es decir, X = 10v e Y = 10v, en cuyo caso los componentes LED R (rojo) y G (verde) están encendidos por completo. De manera similar, una señal que es igualmente positiva real e imaginaria negativa se muestra a sí misma como púrpura o violeta, es decir, con los componentes LED R (rojo) y B (azul) ambos encendidos juntos. Esto produce un violeta tenue o violeta brillante, de acuerdo con la magnitud de la señal. [Enlace]

Por lo tanto, las salidas X = realidad aumentada e Y = imaginalidad aumentada de cualquier detector de fase coherente, amplificador de bloqueo o receptor homodino se utilizan para superponer una realidad fenomenológicamente aumentada sobre un campo de visión o de visión, mostrando así un grado de respuesta acústica como una superposición visual.

Un agradecimiento especial a uno de mis estudiantes, Jackson, que ayudó con la implementación de mi convertidor XY a RGB.

Lo anterior es una versión simplificada, que hice para que sea fácil de enseñar y explicar. La implementación original que hice en la década de 1980 y principios de la de 1990 funciona aún mejor, porque espacia la rueda de colores de una manera perceptualmente uniforme. Consulte los archivos adjuntos ".m" de Matlab que escribí a principios de la década de 1990 para implementar la conversión mejorada de XY a RGB.

Paso 3: haga un "cabezal de impresión" RGB

El "cabezal de impresión" es un LED RGB, con 4 cables para conectarlo a la salida del convertidor XY a RGB.

Simplemente conecte 4 cables al LED, uno al común y otro a cada uno de los terminales para los colores (rojo, verde y azul).

Un agradecimiento especial a mi ex alumno, Alex, que me ayudó a armar un cabezal de impresión.

Paso 4: Obtenga o construya un trazador XY u otro sistema de posicionamiento 3D (Fusion360 Link incluido)

Requerimos algún tipo de dispositivo de posicionamiento 3D. Prefiero obtener o construir algo que se mueva fácilmente en el plano XY, pero no necesito un movimiento fácil en el tercer eje (Z), porque esto es bastante poco frecuente (ya que generalmente escaneamos en un ráster). Por lo tanto, lo que tenemos aquí es principalmente un trazador XY, pero tiene rieles largos que permiten moverlo a lo largo del tercer eje cuando sea necesario.

El trazador escanea el espacio, moviendo un transductor, junto con una fuente de luz (LED RGB), a través del espacio, mientras que el obturador de una cámara está abierto para la duración de exposición correcta para capturar cada cuadro de imagen visual (uno o más fotogramas, por ejemplo, para una imagen fija o un archivo de película).

XY-PLOTTER (archivo Fusion 360). La mecánica es simple; cualquier trazador XYZ o XY servirá. Aquí está el trazador que usamos, SWIM bidimensional (Máquina de impresión de ondas secuenciales): https://a360.co/2KkslB3 El trazador se mueve fácilmente en el plano XY, y se mueve de una manera más engorrosa en Z, de modo que barremos sacar imágenes en 2D y luego avanzar en el eje Z lentamente. El enlace es a un archivo Fusion 360. Usamos Fusion 360 porque está basado en la nube y nos permite colaborar entre MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto y MannLab Shenzhen, en 3 zonas horarias. ¡Solidworks es inútil para hacer eso! (Ya no usamos Solidworks porque teníamos demasiados problemas con la bifurcación de versiones entre zonas horarias, ya que solíamos pasar mucho tiempo juntando diferentes ediciones de archivos de Solidworks. Es esencial mantener todo en un solo lugar y Fusion 360 lo hace realmente bien..)

Paso 5: conectar a un amplificador de bloqueo

El aparato mide ondas sonoras con respecto a una frecuencia de referencia particular.

Las ondas sonoras se miden a lo largo de un espacio, mediante un mecanismo que mueve un micrófono o altavoz por todo el espacio.

Podemos ver el patrón de interferencia entre dos altavoces moviendo un micrófono a través del espacio, junto con el LED RGB, mientras exponemos los medios fotográficos a la fuente de luz en movimiento.

Alternativamente, podemos mover un altavoz por el espacio para fotografiar la capacidad de una serie de micrófonos para escuchar. Esto crea una forma de barredora de insectos que detecta la capacidad de detección de los sensores (micrófonos).

La detección de sensores y la detección de su capacidad de detección se denomina metavigilancia y se describe en detalle en el siguiente artículo de investigación:

CONECTÁNDOLO:

Las imágenes en este Instructable se tomaron conectando un generador de señal a un altavoz, así como a la entrada de referencia de un amplificador de bloqueo, mientras se mueve un LED RGB junto con el altavoz. Se utilizó un Arduino para sincronizar una cámara fotográfica con el LED en movimiento.

El amplificador de bloqueo específico utilizado aquí es el SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™, que está diseñado específicamente para la realidad aumentada, aunque puedes construir tu propio amplificador de bloqueo (un pasatiempo mío de la infancia era fotografiar ondas de sonido y ondas de radio, así que han construido una serie de amplificadores de bloqueo para este propósito, como se describe en

wearcam.org/par).

Puede intercambiar la función de altavoz (s) y micrófono (s). De esta forma puede medir ondas sonoras o meta ondas sonoras.

Bienvenidos al mundo de la realidad fenomenológica. Para obtener más información, consulte también

Paso 6: Fotografíe y comparta sus resultados

Para obtener una guía rápida sobre cómo fotografiar olas, consulte algunos de mis Instructables anteriores, como:

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

y

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

Diviértete y haz clic en "Lo logré" para compartir tus resultados, y estaré feliz de ofrecerte ayuda constructiva y sugerencias sobre cómo divertirte con la realidad fenomenológica.

Paso 7: Realice experimentos científicos

Aquí podemos ver, por ejemplo, una comparación entre una matriz de micrófonos de 6 elementos y una matriz de micrófonos de 5 elementos.

Podemos ver que cuando hay un número impar de elementos, obtenemos un lóbulo central más agradable antes y, por lo tanto, a veces "menos es más" (por ejemplo, 5 micrófonos a veces son mejores que seis, cuando intentamos hacer formación de haces).

Paso 8: Pruébelo bajo el agua

Finalista en el concurso Colores del arco iris