In Vino Veritas - осциллятор рюмки: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

После того, как я закончил работу с камертонным генератором, мой брат предложил мне сделать генератор из рюмки. (https://www.instructables.com/id/Tuning-Fork-Osci…)

Он думал, что использовать рюмку для определения частоты будет труднее, чем камертон. Это.

Всем известен звук, который издает (винный) бокал, когда вы осторожно постучите по нему, обычно это звучит как быстро затухающий «пинг». Некоторые, более дорогие очки могут продолжать «петь», когда вы потираете мокрый палец о край. Звук возникает из-за того, что стекло быстро вибрирует особым образом. Круглая форма стекла превращается в эллипсы, снова в круг, а затем в эллипсы, но с поворотом на 90 градусов, и так далее. Воздух вибрирует вместе со стеклом, и в результате получается тон.

Вы даже можете найти серьезные исследования вибрации бокалов, просто введите в Google запрос «исследование акустики бокалов» и посмотрите pdf-файл ниже. (Признаюсь, я не все это читал)

Шаг 1: заставляем рюмку вибрировать

Когда я строил камертонный осциллятор, заставить его вибрировать было легко, достаточно, чтобы электромагнит постоянно его притягивал. Но со стеклянным магнетизмом не вариант. Я мог бы изготовить хитроумное устройство мокрым механическим пальцем, постоянно теряя стекло. Но механические решения на самом деле не моя сильная сторона. Тогда я подумал о том, чтобы прикрепить пьезоэлемент (его можно найти в «музыкальных» карточках с картинками), но мне не понравилась идея, чтобы что-нибудь касалось стекла. И это также изменило бы собственную частоту рюмки.

Можно заставить рюмку вибрировать звуковыми волнами. Я думаю, что все видели видеоклипы, в которых рюмки разбиваются мощными звуковыми волнами. Я подумал, что мне не нужен такой мощный звук … Поэтому я выбрал обычный громкоговоритель для создания звуковых волн, заставляющих стекло вибрировать.

Шаг 2: обнаружение вибраций

Генератору нужен замкнутый контур, поэтому мне пришлось регистрировать колебания, усиливать их и возвращать их (с правильной фазой) через громкоговоритель в рюмку. Как обнаружить эти вибрации. Что ж, это оказалось самой сложной частью.

По телевизору я видел парней, работающих в «трехбуквенных организациях», которые слушали вибрации оконных стекол, которые, в свою очередь, вибрировали из-за голосов в комнате за ними, с помощью так называемых лазерных микрофонов. Я подумал, что сделать такое устройство самому будет не так уж и сложно, поскольку стекло, которое я слушаю, находится всего в нескольких миллиметрах от него, как и лазер.

Я был неправ. Эти лазерные микрофоны используют интерференцию исходного лазерного света и отраженного света для обнаружения колебаний оконных стекол. Я не могу придумать, как сделать устройство для этого. Может быть, кто-то еще здесь, расскажите, пожалуйста, в комментариях ниже.

Использование микрофона для прослушивания рюмки тоже не работает, звук из динамика будет сильнее, и система будет колебаться, но не с частотой рюмки, вы, возможно, знаете визг, когда кто-то включает усилитель. много, и этот звук возвращается через микрофон.

В генераторе камертона я использовал оптический прерыватель для обнаружения колебаний зубцов. Это сработало, могу я повторить то же самое с чем-нибудь из стекла?

Стекло излучает свет, может быть, это можно было бы использовать. Поэтому я попробовал по-разному светить светодиодами разных цветов через бокал и обнаруживать любые изменения с помощью фототранзистора. Это не сработало. Затем я попробовал луч лазера, отражающийся от стекла, и попытался обнаружить в нем какие-либо колебания. Это тоже не сработало.

Что действительно работало, так это прохождение лазерного луча по стеклу таким образом, чтобы бокал блокировал большую часть света, свет, который достигает фототранзистора, модулируется вибрациями бокала. Проблема с этой установкой в том, что она чрезвычайно чувствительна к малейшим движениям лазера, стекла и детектора. Но это то, как я заставил это работать.

Шаг 3. Зеленые лазеры опасны

Сначала я использовал зеленый лазер, так как я знаю, что зеленый лазерный свет создается с помощью ИК-лазера и нелинейного кристалла, который удваивает частоту ИК-излучения до зеленого света. Но этот процесс не идеален, поэтому из него все равно выходит ИК-свет. У дешевых зеленых лазеров (например, у меня) нет ИК-фильтра, который бы его блокировал. А мой фототранзистор чувствителен к ИК-излучению. Но в конце концов я перешел на красный лазер, когда увидел, что из лазера выходит * много * ИК-излучения, и поскольку ваши глаза не реагируют на него, это может быть опасно. К счастью, мой фототранзистор так же хорошо реагирует на красный свет, как и на ИК.

Шаг 4: правильная частота

Прикоснувшись к стеклу и записав это на осциллограф, я увидел (как минимум) две частоты. Один оказался около 100 Гц, что очень мало, а другой - около 800 Гц. Это было похоже на частоту, которую я искал. Мне не нужны были эти 100 Гц, поэтому я сделал фильтр верхних частот, чтобы блокировать их (и в то же время блокировать низкочастотные шумы, такие как гул 50 Гц сети). Я использовал Мастер фильтров от Analog Devices, чтобы рассчитать правильные значения деталей, они не только делают отличные электронные детали, но и очень полезны при их использовании. (https://www.analog.com/designtools/en/filterwizard/) Позже я понял, что 100 Гц могли возникнуть из-за того, что все стекло тряслось на его ножке из-за того, что я постучал по нему.

Шаг 5: замкнуть петлю

Теперь, постучав по рюмке, я получил несколько хороших снимков на осциллографе, так что пришло время протестировать с помощью громкоговорителя. Сработало мгновенно, рюмка начала резонировать с частотой 807 Гц. Оттуда это было просто, я усилил сигнал, поступающий от (теперь отфильтрованного) фототранзистора, и подал его на громкоговоритель.

Шаг 6: Заключение

Вывод: можно сделать генератор с рюмкой вместо RC, LC, кристалла или любого другого «обычно используемого устройства для определения частоты», но это непросто. По крайней мере, это не так просто, как я это сделал. Расположение лазера, рюмки и фототранзистора чрезвычайно важно, это не просто миллиметр вперед или назад, это меньше, чем то, как я сказал своему брату, фаза луны слишком сильно влияет на позиционирование.

Может быть, кто-то знает лучшие, менее важные способы обнаружения вибрации рюмки (и нет, микрофон НЕ работает), расскажите, пожалуйста, в комментариях ниже.