Вижте Звукови вълни, използващи цветна светлина (RGB LED): 10 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

От SteveMannEyeTap Хуманистична интелигентност Следвайте още от автора:

Относно: Израснах по време, когато технологиите бяха прозрачни и лесни за разбиране, но сега обществото се развива към безумие и неразбираемост. Затова исках да направя технологията човешка. На 12 години аз … Повече за SteveMann »

Тук можете да видите звукови вълни и да наблюдавате моделите на смущения, направени от два или повече преобразувателя, тъй като разстоянието между тях се променя. (Най -отляво, интерференционен модел с два микрофона при 40 000 цикъла в секунда; горе вдясно, единичен микрофон при 3520 cps; долу вдясно, единичен микрофон при 7040cps).

Звуковите вълни управляват цветен светодиод и цветът е фазата на вълната, а яркостта е амплитудата.

X-Y плотер се използва за начертаване на звуковите вълни и провеждане на експерименти върху феноменологична разширена реалност ("Real Reality" ™), чрез машина за последователно отпечатване на вълни (SWIM).

БЛАГОДАРНОСТИ:

Първо бих искал да благодаря на много хора, които са помогнали за този проект, който започна като мое хоби от детството, снимайки радиовълни и звукови вълни (https://wearcam.org/par). Благодаря на много минали и настоящи студенти, включително Райън, Макс, Алекс, Аркин, Сен и Джаксън и други в MannLab, включително Кайл и Даниел. Благодаря и на Стефани (на 12 години) за наблюдението, че фазата на ултразвуковите преобразуватели е произволна, и за помощ при разработването на метод за тяхното сортиране по фази на две купчини: „Стефативен“(Стефани положителен) и „Стегативен““(Стефани отрицателна). Благодарение на Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings и професор Уанг (SYSU).

Стъпка 1: Принцип на използване на цветове за представяне на вълни

Основната идея е да се използва цвят за представяне на вълни, като звукови вълни.

Тук виждаме един прост пример, в който съм използвал цвят за показване на електрически вълни.

Това ни позволява да визуализираме, например, трансформацията на Фурие или всеки друг електрически сигнал, базиран на вълни, визуално.

Използвах това като корица на книга, която проектирах [Напредък в машинното виждане, 380 стр., Април 1992 г.], заедно с някои глави за книгата.

Стъпка 2: Създайте конвертора на звук към цвят

За да преобразуваме звук в цвят, трябва да изградим конвертор на звук в цвят.

Звукът идва от изхода на заключващ усилвател, свързан с честотата на звуковите вълни, както е обяснено в някои от предишните ми инструкции, както и в някои от моите публикувани статии.

Изходът на заключващия усилвател е сложен изход, който се появява на два терминала (много усилватели използват BNC конектори за своите изходи), един за "X" (фазовият компонент, който е реалната част) и един за "Y" (квадратурният компонент, който е въображаемата част). Заедно напреженията, присъстващи в X и Y, означават комплексно число, а чертежът горе (вляво) изобразява равнината на Арганд, върху която сложните стойностни величини се показват като цвят. Ние използваме Arduino с два аналогови входа и три аналогови изхода за преобразуване от XY (комплексно число) в RGB (червен, зелен, син цвят), съгласно предоставения код на swimled.ino.

Извеждаме ги като RGB цветни сигнали към LED източник на светлина. Резултатът е да заобиколите цветно колело с фаза като ъгъл, а с качеството на светлината е силата на сигнала (нивото на звука). Това се прави със сложно число към RGB цветова карта, както следва:

Сложният цветен картограф се преобразува от комплексно ценно количество, което обикновено се извежда от хомодинен приемник или заключващ усилвател или фазово-кохерентен детектор в цветен светлинен източник. Обикновено повече светлина се произвежда, когато големината на сигнала е по -голяма. Фазата засяга нюанса на цвета.

Помислете за тези примери (както е посочено в конференционния документ на IEEE "Rattletale"):

1. Силен положителен реален сигнал (т.е. когато X =+10 волта) е кодиран като яркочервен. Слабо положителен реален сигнал, т.е. когато X =+5 волта, е кодиран като зачервено червено.
2. Нулевият изход (X = 0 и Y = 0) се представя като черен.
3. Силният отрицателен реален сигнал (т.е. X = -10 волта) е зелен, докато слабо отрицателният реален сигнал (X = -5 волта) е тъмно зелен.
4. Силно въображаемите положителни сигнали (Y = 10v) са ярко жълти, а слабо положително въображаемите (Y = 5v) са слабо жълти.
5. Отрицателно въображаемите сигнали са сини (например ярко синьо за Y = -10v и слабо синьо за Y = -5v).
6. По -общо, количеството произведена светлина е приблизително пропорционално на величината, R_ {XY} = / sqrt {X^2+Y^2}, а цветът на фаза, / Theta = / arctan (Y/X). Така че сигнал, еднакво положителен реален и положителен въображаем (т.е. / Theta = 45 градуса) е слабо оранжев, ако е слаб, ярко оранжев със силен (напр. X = 7.07 волта, Y = 7.07 волта), и най -яркият оранжев с много силен, т.е. X = 10v и Y = 10v, в този случай R (червената) и G (зелената) LED компонентите са пълни. По същия начин сигнал, който е еднакво положителен реално и отрицателно въображаемо, се представя като лилав или виолетов, т.е. с R (червен) и B (син) LED компоненти, включени заедно. Това произвежда слабо виолетово или ярко виолетово, в съответствие с големината на сигнала. [Връзка]

Изходите X = разширена реалност и Y = увеличена въображаемост на всеки фазово-кохерентен детектор, заключващ усилвател или хомодинен приемник следователно се използват за наслагване на феноменологично увеличена реалност върху поле на видимост или зрение, като по този начин се показва степен на акустична реакция като визуално наслагване.

Специални благодарности на един от моите ученици, Джаксън, който помогна с внедряването на моя XY към RGB конвертор.

Горното е опростена версия, която направих, за да улесня преподаването и обяснението. Оригиналното изпълнение, което направих през 80 -те и началото на 90 -те години, работи още по -добре, защото разпределя цветовото колело по перцептивно еднакъв начин. Вижте приложените Matlab ".m" файлове, които написах в началото на 90 -те години, за да внедря подобреното преобразуване на XY в RGB.

Стъпка 3: Направете RGB „печатаща глава“

"Печатащата глава" е RGB LED, с 4 проводника, за да го свържете към изхода на XY към RGB конвертора.

Просто свържете 4 проводника към светодиода, един към общ и един към всеки от терминалите за цветовете (червен, зелен и син).

Специални благодарности на бившия ми ученик Алекс, който помогна при сглобяването на печатаща глава.

Стъпка 4: Получаване или изграждане на XY плотер или друга система за 3D позициониране (включена е Fusion360 Link)

Нуждаем се от някакво устройство за 3D позициониране. Предпочитам да получа или изградя нещо, което лесно се движи в равнината XY, но не изисквам лесно движение в третата (Z) ос, защото това е доста рядко (тъй като обикновено сканираме в растер). Така че това, което имаме тук, е преди всичко XY плотер, но той има дълги релси, позволяващи му да се премества по третата ос, когато е необходимо.

Плотерът сканира пространството, като премества преобразувател, заедно с източник на светлина (RGB LED), през пространството, докато затворът на камерата е отворен за правилната продължителност на експозицията, за да заснеме всеки кадър от визуално изображение (един или повече кадри, например за неподвижна снимка или филмов файл).

XY-PLOTTER (файл Fusion 360). Механиката е проста; всеки XYZ или XY плотер ще направи. Ето плотера, който използваме, двуизмерен SWIM (машина за отпечатване на последователни вълни): https://a360.co/2KkslB3 Плотерът се движи лесно в равнината XY и се движи по по-тромав начин в Z, така че да преместваме извеждайте изображения в 2D и след това бавно напредвайте по оста Z. Връзката е към файл на Fusion 360. Използваме Fusion 360, защото е базиран на облак и ни позволява да си сътрудничим между MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto и MannLab Shenzhen, в 3 часови зони. Solidworks е безполезно за това! (Вече не използваме Solidworks, защото имахме твърде много проблеми с разпределянето на версиите в часовите зони, тъй като използвахме много време за събиране на различни редакции на файлове на Solidworks. Важно е да държите всичко на едно място и Fusion 360 прави това много добре.)

Стъпка 5: Свържете се към заключващ усилвател

Апаратът измерва звуковите вълни по отношение на определена референтна честота.

Звуковите вълни се измерват в пространството чрез механизъм, който движи микрофон или високоговорител в пространството.

Можем да видим модела на смущения между два високоговорителя, като преместваме микрофон през пространството, заедно с RGB светодиода, докато излагаме фотографските носители на движещия се източник на светлина.

Като алтернатива можем да преместваме високоговорител през пространството, за да заснемем капацитета на множество микрофони за слушане. Това създава форма за почистване на бъгове, която усеща способността на сензорите (микрофоните) да усещат.

Усещането на сензорите и тяхната способност за усещане се нарича метанаблюдение и е описано подробно в следния изследователски документ:

СВЪРЗВАНЕТО:

Снимките в тази инструкция са направени чрез свързване на генератор на сигнал към високоговорител, както и към референтния вход на заключващ усилвател, докато се движи RGB LED заедно с високоговорителя. Използва се Arduino за синхронизиране на фотоапарат с движещия се светодиод.

Конкретният заключващ усилвател, използван тук, е SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™, който е проектиран специално за разширена реалност, въпреки че можете да създадете свой собствен заключващ усилвател (мое хоби от детството беше фотографирането на звукови вълни и радиовълни, така че аз са изградили редица заключващи усилватели за тази цел, както е описано в

wearcam.org/par).

Можете да разменяте ролята на говорител (и) и микрофон (и). По този начин можете да измервате звукови вълни или мета звукови вълни.

Добре дошли в света на феноменологичната реалност. За повече информация вижте също

Стъпка 6: Заснемете и споделете резултатите си

За кратко ръководство за това как да снимате вълни, вижте някои от предишните ми инструкции като:

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

и

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

Забавлявайте се и щракнете върху „Успях“, за да споделите резултатите си и с удоволствие ще предложа конструктивна помощ и съвети как да се забавлявате с феноменологичната реалност.

Стъпка 7: Провеждане на научни експерименти

Тук можем да видим например сравнение между 6-елементна микрофонна решетка и 5-елементна микрофонна решетка.

Можем да видим, че когато има нечетен брой елементи, получаваме по -хубав централен лоб, който се случва по -рано и по този начин понякога „по -малкото е повече“(например 5 микрофона понякога са по -добри от шест, когато се опитваме да направим формиране на лъч).

Стъпка 8: Опитайте го под вода

Вицешампион в конкурса „Цветовете на дъгата“