مشاهده امواج صوتی با استفاده از نور رنگی (LED RGB): 10 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

توسط SteveMannEyeTap هوش انسانی را دنبال کنید بیشتر توسط نویسنده دنبال کنید:

درباره: من در زمانی بزرگ شدم که فناوری ها شفاف و قابل درک بودند ، اما اکنون جامعه به سمت جنون و غیرقابل درک شدن پیش می رود. بنابراین من می خواستم فناوری را انسانی کنم. در سن 12 سالگی ، من… بیشتر درباره استیو مان »

در اینجا می توانید امواج صوتی را مشاهده کرده و الگوهای تداخل ایجاد شده توسط دو یا چند مبدل را مشاهده کنید زیرا فاصله بین آنها متفاوت است. (در سمت چپ ، الگوی تداخل با دو میکروفون با سرعت 40،000 دور در ثانیه ؛ بالا سمت راست ، یک میکروفون تک در 3520 cps ؛ پایین سمت راست ، یک میکروفون تک در 7040cps).

امواج صوتی یک LED رنگی را هدایت می کنند و رنگ فاز موج است و روشنایی دامنه است.

از یک پلاتر X-Y برای ترسیم امواج صوتی و انجام آزمایشات در مورد واقعیت افزوده پدیدارشناختی ("واقعیت واقعی" used) ، به وسیله دستگاه چاپ موج متوالی (SWIM) استفاده می شود.

سپاسگزاریها:

در ابتدا می خواهم از بسیاری از افرادی که در این پروژه که به عنوان سرگرمی دوران کودکی من شروع شده بود ، عکسبرداری از امواج رادیویی و امواج صوتی (https://wearcam.org/par) کمک کردند ، قدردانی کنم. با تشکر از بسیاری از دانش آموزان گذشته و حال ، از جمله رایان ، مکس ، الکس ، آرکین ، سن و جکسون و دیگران در MannLab ، از جمله کایل و دانیل. همچنین از استفانی (12 ساله) برای مشاهده اینکه مرحله مبدل های اولتراسونیک تصادفی است و کمک در تدوین روشی برای مرتب سازی آنها بر اساس فاز به دو شمع تشکر می کنم: "Stephative" (استفانی مثبت) و "Stegative" (استفانی منفی) با تشکر از Arkin ، Visionertech ، Shenzhen Investment Holdings و پروفسور Wang (SYSU).

مرحله 1: اصل استفاده از رنگها برای نشان دادن امواج

ایده اصلی استفاده از رنگ برای نشان دادن امواج ، مانند امواج صوتی است.

در اینجا ما یک مثال ساده را می بینیم که در آن از رنگ برای نشان دادن امواج الکتریکی استفاده کرده ام.

این به ما امکان می دهد ، برای مثال ، تبدیل فوریه یا هر سیگنال الکتریکی مبتنی بر موج را به صورت بصری تجسم کنیم.

من از این به عنوان جلد کتابی که طراحی کرده ام [پیشرفت در چشم انداز ماشین ، 380pp ، آوریل 1992] ، به همراه چند فصل کمک کننده به کتاب استفاده کردم.

مرحله 2: تبدیل صدا به رنگ را بسازید

برای تبدیل صدا به رنگ ، باید یک مبدل صدا به رنگ بسازیم.

صدا از خروجی تقویت کننده قفل کننده که به فرکانس امواج صوتی اشاره دارد ، همانطور که در دستورالعمل های قبلی من توضیح داده شده است ، و همچنین برخی از مقالات منتشر شده من ، می آید.

خروجی تقویت کننده قفل شده یک خروجی با ارزش پیچیده است که روی دو پایانه ظاهر می شود (بسیاری از تقویت کننده ها برای خروجی خود از اتصالات BNC استفاده می کنند) ، یکی برای "X" (جزء درون فاز که قسمت واقعی است) و دیگری برای "Y" (جزء چهارگانه که بخش خیالی است). ولتاژهای موجود در X و Y یک عدد مختلط را نشان می دهند ، و نقشه بالا (سمت چپ) صفحه Argand را نشان می دهد که مقادیر پیچیده به صورت رنگ روی آن نمایش داده می شود. ما از یک آردوینو با دو ورودی آنالوگ و سه خروجی آنالوگ برای تبدیل از XY (شماره مختلط) به RGB (رنگ قرمز ، سبز ، آبی) ، مطابق با کد swimled.ino ارائه شده استفاده می کنیم.

ما اینها را به عنوان سیگنال های رنگی RGB به منبع نور LED نشان می دهیم. نتیجه این است که یک چرخ رنگی با فاز به عنوان زاویه بچرخید ، و با کیفیت مناسب ، قدرت سیگنال (سطح صدا) است. این کار با یک عدد مختلط به RGB color mapper ، به شرح زیر انجام می شود:

نقشه گیر پیچیده از یک مقدار پیچیده ، معمولاً از گیرنده همودین یا تقویت کننده قفل کننده یا آشکارساز منسجم فاز به منبع نور رنگی تبدیل می شود. به طور معمول هنگامی که سیگنال بیشتر باشد ، نور بیشتری تولید می شود. فاز بر روی رنگ تأثیر می گذارد.

این مثالها را در نظر بگیرید (همانطور که در مقاله کنفرانس IEEE "Rattletale" مشخص شده است):

1. یک سیگنال واقعی مثبت قوی (یعنی زمانی که X =+10 ولت) به رنگ قرمز روشن کدگذاری شود. یک سیگنال واقعی ضعیف مثبت ، یعنی زمانی که X =+5 ولت ، به صورت قرمز کم نور رمزگذاری می شود.
2. خروجی صفر (X = 0 و Y = 0) خود را سیاه نشان می دهد.
3. یک سیگنال واقعی منفی قوی (یعنی X = -10 ولت) سبز است ، در حالی که واقعی منفی ضعیف (X = -5 ولت) سبز کم نور است.
4. سیگنالهای مثبت بسیار تخیلی (Y = 10v) زرد روشن و ضعیف مثبت خیالی (Y = 5v) زرد کم رنگ هستند.
5. سیگنالهای منفی خیالی آبی هستند (برای مثال آبی روشن برای Y = -10v و آبی کم نور برای Y = -5v).
6. به طور کلی ، مقدار نور تولید شده تقریباً متناسب با بزرگی است ، R_ {XY} = / sqrt {X^2+Y^2} و رنگ به یک فاز ، / Theta = / arctan (Y/X). بنابراین یک سیگنال به همان اندازه مثبت واقعی و مثبت (یعنی / Theta = 45 درجه) نارنجی کم رنگ است اگر ضعیف باشد ، نارنجی روشن قوی (به عنوان مثال X = 7.07 ولت ، Y = 7.07 ولت) ، و روشن ترین نارنجی بسیار قوی ، یعنی X = 10v و Y = 10v ، در این حالت اجزای LED R (قرمز) و G (سبز) به طور کامل روشن هستند. به طور مشابه یک سیگنال مثبت و منفی تخیلی خود را بنفش یا بنفش نشان می دهد ، یعنی با اجزای LED R (قرمز) و B (آبی) هر دو با هم. این یک بنفش کم نور یا بنفش روشن مطابق با اندازه سیگنال تولید می کند. [پیوند]

بنابراین خروجی های X = واقعیت افزوده و Y = خیال افزایی هر آشکارساز فاز منسجم ، تقویت کننده قفل کننده یا گیرنده همودین برای پوشاندن یک واقعیت افزوده پدیدارشناختی بر روی یک میدان دید یا دید استفاده می شود ، بنابراین درجه ای از پاسخ صوتی به عنوان یک پوشش بصری

تشکر ویژه از یکی از دانش آموزانم ، جکسون ، که در پیاده سازی مبدل XY به RGB من کمک کرد.

موارد فوق نسخه ساده شده ای است که من برای سهولت آموزش و توضیح آن اقدام کردم. پیاده سازی اولیه ای که من در دهه 1980 و اوایل 1990 انجام دادم حتی بهتر عمل می کند ، زیرا چرخه رنگ را به شکلی ادراکی یکپارچه می کند. فایلهای پیوست Matlab ".m" را که در اوایل دهه 1990 برای پیاده سازی بهبود تبدیل XY به RGB نوشتم ، مشاهده کنید.

مرحله 3: یک "Head print" RGB بسازید

"هد چاپ" یک LED RGB است که دارای 4 سیم برای اتصال آن به خروجی مبدل XY به RGB است.

به سادگی 4 سیم به LED ، یک سیم معمولی و یک سیم به هر یک از پایانه ها برای رنگ ها (قرمز ، سبز و آبی) وصل کنید.

تشکر ویژه از شاگرد سابقم ، الکس ، که در تنظیم سر چاپ کمک کرد.

مرحله 4: بدست آورید یا بسازید XY Plotter یا دیگر سیستم موقعیت یابی سه بعدی (شامل پیوند Fusion360)

ما به نوعی دستگاه موقعیت یابی سه بعدی نیاز داریم. من ترجیح می دهم چیزی را بدست آورم یا بسازم که به راحتی در صفحه XY حرکت کند ، اما من نیازی به حرکت آسان در محور سوم (Z) ندارم ، زیرا این امر بسیار نادر است (زیرا ما معمولاً در یک رستر اسکن می کنیم). بنابراین آنچه در اینجا داریم در درجه اول یک پلاتر XY است اما دارای ریل های بلندی است که به آن اجازه می دهد در صورت لزوم در امتداد محور سوم حرکت کند.

پلاتر با حرکت دادن یک مبدل ، همراه با یک منبع نور (LED RGB) در فضا ، فضا را اسکن می کند ، در حالی که شاتر دوربین برای مدت زمان نوردهی صحیح باز است تا هر فریم از تصویر بصری (یک یا چند) را ثبت کند. فریم ، به عنوان مثال برای یک عکس ثابت یا فایل فیلم).

XY-PLOTTER (فایل Fusion 360). مکانیک ساده است. هر پلاتر XYZ یا XY انجام خواهد داد. در اینجا پلاتر مورد استفاده ما ، SWIM دو بعدی (دستگاه چاپ موج متوالی) است: https://a360.co/2KkslB3 پلاتر به راحتی در صفحه XY حرکت می کند و در Z به شکل دست و پا گیرتر حرکت می کند ، به طوری که ما جارو می کنیم تصاویر را به صورت دو بعدی بیرون دهید و سپس به آرامی در محور Z پیش بروید. پیوند به یک فایل Fusion 360 است. ما از Fusion 360 استفاده می کنیم زیرا مبتنی بر ابر است و به ما اجازه می دهد بین 3 منطقه زمانی بین MannLab Silicon Valley ، MannLab Toronto و MannLab Shenzhen همکاری کنیم. Solidworks برای انجام این کار بی فایده است! (ما دیگر از Solidworks استفاده نمی کنیم زیرا مشکلات زیادی با فورک کردن نسخه در مناطق زمانی داشتیم زیرا زمان زیادی را صرف جمع آوری ویرایش های مختلف فایل های Solidworks می کردیم. حفظ همه چیز در یک مکان ضروری است و Fusion 360 این کار را به خوبی انجام می دهد.)

مرحله 5: به تقویت کننده Lock-in متصل شوید

دستگاه امواج صوتی را با توجه به فرکانس مرجع خاصی اندازه گیری می کند.

امواج صوتی در سراسر یک فضا اندازه گیری می شوند ، با مکانیزمی که میکروفون یا بلندگو را در سراسر فضا حرکت می دهد.

ما می توانیم الگوی تداخل بین دو بلندگو را با حرکت میکروفون در فضا ، همراه با LED RGB ، در حالی که رسانه های عکاسی را در معرض منبع نور متحرک قرار دهیم ، مشاهده کنیم.

متناوباً می توانیم یک بلندگو را در فضا حرکت دهیم تا از ظرفیت مجموعه ای از میکروفون ها برای گوش دادن عکس بگیرد. این باعث ایجاد نوعی جاروبرقی می شود که ظرفیت حسگرها (میکروفون) را برای حس کردن حس می کند.

حس سنسورها و حس کردن توانایی آنها برای درک متاآلانانس نامیده می شود و در مقاله تحقیقی زیر به تفصیل شرح داده شده است:

اتصال به بالا:

تصاویر این دستورالعمل با اتصال یک ژنراتور سیگنال به بلندگو و همچنین ورودی مرجع تقویت کننده قفل شده ، در حالی که LED RGB را به همراه بلندگو منتقل می کنید ، گرفته شده است. از آردوینو برای همگام سازی دوربین عکاسی با LED متحرک استفاده شد.

تقویت کننده مخصوص قفل استفاده شده در اینجا SYSU x Mannlab Scientific Outstrument است که به طور خاص برای واقعیت افزوده طراحی شده است ، اگرچه شما می توانید تقویت کننده قفل کننده خود را بسازید (سرگرمی دوران کودکی من عکاسی از امواج صوتی و امواج رادیویی بود ، بنابراین من برای این منظور ، مطابق توضیحات ذکر شده ، تعدادی تقویت کننده قفل ساخته شده است

wearcam.org/par).

می توانید نقش بلندگو (ها) و میکروفون (ها) را مبادله کنید. به این ترتیب می توانید امواج صوتی یا امواج صوتی متا را اندازه گیری کنید.

به دنیای واقعیت پدیدارشناسی خوش آمدید. برای اطلاعات بیشتر ، همچنین به https://arxiv.org/pdf/1804.08386.pdf مراجعه کنید

مرحله 6: از نتایج خود عکس بگیرید و به اشتراک بگذارید

برای راهنمای سریع نحوه عکاسی از امواج ، برخی از دستورالعمل های قبلی من مانند:

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

و

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

از آن لذت ببرید ، و روی "من موفق شدم" کلیک کنید تا نتایج خود را به اشتراک بگذارید ، و من خوشحال خواهم شد که راهنمایی های سازنده و نکاتی در مورد نحوه تفریح با واقعیت پدیدارشناسی ارائه کنم.

مرحله 7: انجام آزمایشات علمی

در اینجا می توانیم مثلاً مقایسه ای بین آرایه میکروفون 6 عنصری و آرایه میکروفون 5 عنصری را مشاهده کنیم.

ما می توانیم ببینیم که وقتی تعداد عناصر فرد عجیب و غریب باشد ، یک لوب مرکزی زیباتر زودتر اتفاق می افتد و بنابراین گاهی اوقات "کمتر بیشتر است" (به عنوان مثال 5 میکروفون گاهی اوقات بهتر از شش ، هنگامی که ما در حال تلاش برای انجام پرتو سازی هستیم).

مرحله 8: آن را زیر آب امتحان کنید

نفر دوم در مسابقه رنگهای رنگین کمان