См. Звуковые волны с использованием цветного света (светодиод RGB): 10 шагов (с изображениями)

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

Автор: SteveMannEyeTap Гуманистический интеллект Читать дальше автора:

О себе: Я вырос в то время, когда технологии были прозрачными и легкими для понимания, но сейчас общество развивается в сторону безумия и непонятности. Итак, я хотел сделать технологии человечными. В 12 лет я … Подробнее о Стиве Мане »

Здесь вы можете видеть звуковые волны и наблюдать интерференционные картины, создаваемые двумя или более преобразователями, поскольку расстояние между ними варьируется. (Крайний левый, интерференционная картина с двумя микрофонами при 40 000 циклов в секунду; вверху справа, одиночный микрофон при 3520 cps; внизу справа, одиночный микрофон при 7040 cps).

Звуковые волны управляют цветным светодиодом, цвет - это фаза волны, а яркость - это амплитуда.

Плоттер X-Y используется для построения графиков звуковых волн и проведения экспериментов с феноменологической дополненной реальностью («Реальная реальность» ™) с помощью машины для создания последовательностей волн (SWIM).

БЛАГОДАРНОСТИ:

Прежде всего, я хотел бы поблагодарить многих людей, которые помогли с этим проектом, который начинался как мое детское хобби, фотографирование радиоволн и звуковых волн (https://wearcam.org/par). Спасибо многим бывшим и нынешним студентам, включая Райана, Макса, Алекса, Аркина, Сена и Джексона, а также других сотрудников MannLab, включая Кайла и Дэниела. Также спасибо Стефани (12 лет) за наблюдение, что фаза ультразвуковых преобразователей случайна, и за помощь в разработке метода их сортировки по фазе на две стопки: `` Стефанический '' (Стефани положительный) и `` Стегативный '' (Стефани отрицательная). Спасибо Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings и профессору Вану (SYSU).

Шаг 1. Принцип использования цветов для изображения волн

Основная идея состоит в том, чтобы использовать цвет для представления волн, например звуковых волн.

Здесь мы видим простой пример, в котором я использовал цвет, чтобы показать электрические волны.

Это позволяет нам визуально визуализировать, например, преобразование Фурье или любой другой волновой электрический сигнал.

Я использовал это как обложку книги, которую разработал [Advances in Machine Vision, 380pp, Apr 1992], вместе с некоторыми написанными главами для книги.

Шаг 2. Создайте преобразователь звука в цвет

Чтобы преобразовать звук в цвет, нам нужно создать преобразователь звука в цвет.

Звук исходит от выхода синхронизированного усилителя, привязанного к частоте звуковых волн, как объяснялось в некоторых из моих предыдущих инструкций, а также в некоторых из моих опубликованных статей.

Выход синхронизирующего усилителя представляет собой комплексный выход, который появляется на двух клеммах (многие усилители используют разъемы BNC для своих выходов), один для "X" (синфазный компонент, который является действительной частью) и один для «Y» (квадратурная составляющая, которая является мнимой частью). Вместе напряжения, присутствующие в X и Y, обозначают комплексное число, а рисунок выше (слева) изображает плоскость Аргана, на которой комплексные величины отображаются в виде цвета. Мы используем Arduino с двумя аналоговыми входами и тремя аналоговыми выходами для преобразования из XY (комплексное число) в RGB (красный, зеленый, синий цвет) в соответствии с предоставленным кодом swimled.ino.

Мы выводим их как цветовые сигналы RGB на светодиодный источник света. В результате можно обойти цветовое колесо с фазой в качестве угла, а качество света - это мощность сигнала (уровень звука). Это делается с помощью комплексного числа для цветового преобразователя RGB, как показано ниже:

Комплексный преобразователь цвета преобразует комплексную величину, обычно выводимую из гомодинного приемника, синхронизированного усилителя или фазово-когерентного детектора, в цветной источник света. Обычно больше света излучается, когда величина сигнала больше. Фаза влияет на оттенок цвета.

Рассмотрим эти примеры (изложенные в документе конференции IEEE «Rattletale»):

1. Сильный положительный реальный сигнал (т.е. когда X = + 10 вольт) кодируется ярко-красным цветом. Слабоположительный реальный сигнал, т.е. когда X = + 5 вольт, кодируется тускло-красным.
2. Нулевой выход (X = 0 и Y = 0) отображается черным цветом.
3. Сильный отрицательный реальный сигнал (т. Е. X = -10 вольт) является зеленым, тогда как слабо отрицательный реальный сигнал (X = -5 вольт) тускло-зеленым.
4. Сильно мнимые положительные сигналы (Y = 10v) имеют ярко-желтый цвет, а слабые положительно-мнимые (Y = 5v) - тускло-желтые.
5. Отрицательно мнимые сигналы имеют синий цвет (например, ярко-синий для Y = -10 В и тусклый синий для Y = -5 В).
6. В более общем смысле количество излучаемого света приблизительно пропорционально величине, R_ {XY} = / sqrt {X ^ 2 + Y ^ 2}, и цвету фазе, / Theta = / arctan (Y / X). Таким образом, сигнал, равный положительному действительному и положительному воображаемому (т. Е. / Theta = 45 градусов), будет тускло-оранжевым, если слабый, ярко-оранжевым - сильным (например, X = 7,07 вольт, Y = 7,07 вольт) и самым ярким оранжевым - очень сильным, то есть X = 10 В и Y = 10 В, и в этом случае компоненты светодиодов R (красный) и G (зеленый) горят полностью. Точно так же сигнал, который является одинаково положительным, действительным и отрицательным, воображаемым, становится пурпурным или фиолетовым, то есть при одновременном включении компонентов светодиодов R (красный) и B (синий). Это дает тускло-фиолетовый или ярко-фиолетовый, в зависимости от величины сигнала. [Ссылка]

Таким образом, выходные сигналы X = дополненная реальность и Y = расширенное воображение любого фазово-когерентного детектора, синхронизированного усилителя или гомодинного приемника используются для наложения феноменологически дополненной реальности на поле зрения или видимость, таким образом показывая степень акустический отклик в виде визуального наложения.

Особая благодарность одному из моих студентов, Джексону, который помог с реализацией моего конвертера XY в RGB.

Вышеупомянутая упрощенная версия, которую я сделал, чтобы упростить обучение и объяснение. Первоначальная реализация, которую я сделал еще в 1980-х и начале 1990-х, работает даже лучше, потому что она равномерно распределяет цветовое колесо. См. Прикрепленные файлы Matlab ".m", которые я написал еще в начале 1990-х годов, чтобы реализовать улучшенное преобразование XY в RGB.

Шаг 3. Создайте «печатающую головку» RGB

«Печатающая головка» представляет собой светодиод RGB с 4 проводами для подключения к выходу преобразователя XY в RGB.

Просто подключите 4 провода к светодиоду, один к общему и по одному к каждой из клемм для цветов (красный, зеленый и синий).

Особая благодарность моему бывшему ученику Алексу, который помог собрать печатающую головку.

Шаг 4. Получите или создайте XY-плоттер или другую систему трехмерного позиционирования (ссылка на Fusion360 включена)

Нам требуется какое-то устройство 3D-позиционирования. Я предпочитаю получить или построить что-то, что легко перемещается в плоскости XY, но мне не требуется легкое перемещение по третьей (Z) оси, потому что это довольно редко (поскольку мы обычно сканируем в растре). Таким образом, мы имеем в первую очередь XY-плоттер, но у него есть длинные направляющие, позволяющие при необходимости перемещать его по третьей оси.

Плоттер сканирует пространство, перемещая преобразователь вместе с источником света (светодиод RGB) через пространство, в то время как затвор камеры открыт для правильной продолжительности экспозиции для захвата каждого кадра визуального изображения (одного или нескольких кадры, например, для неподвижного изображения или файла фильма).

XY-PLOTTER (файл Fusion 360). Механика проста; подойдет любой плоттер XYZ или XY. Вот плоттер, который мы используем, 2-мерный SWIM (машина для последовательной печати): https://a360.co/2KkslB3 Плоттер легко перемещается в плоскости XY и перемещается более громоздко в плоскости Z, так что мы перемещаемся выводить изображения в 2D, а затем медленно продвигаться по оси Z. Ссылка на файл Fusion 360. Мы используем Fusion 360, потому что он основан на облаке и позволяет нам сотрудничать между MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto и MannLab Shenzhen в трех часовых поясах. Solidworks для этого бесполезен! (Мы больше не используем Solidworks, потому что у нас было слишком много проблем с разветвлением версий для разных часовых поясов, поскольку раньше мы тратили много времени на сборку различных изменений файлов Solidworks. Очень важно хранить все в одном месте, и Fusion 360 отлично с этим справляется..)

Шаг 5: подключитесь к синхронному усилителю

Устройство измеряет звуковые волны относительно определенной опорной частоты.

Звуковые волны измеряются по всему пространству с помощью механизма, который перемещает микрофон или динамик по всему пространству.

Мы можем увидеть картину интерференции между двумя динамиками, перемещая микрофон через пространство вместе с RGB-светодиодом, одновременно подвергая фотографические носители движущемуся источнику света.

В качестве альтернативы мы можем перемещать динамик в пространстве, чтобы сфотографировать способность массива микрофонов слушать. Это создает форму уборщика ошибок, который определяет способность датчиков (микрофонов) обнаруживать.

Обнаружение датчиков и их способность воспринимать называется метавонаблюдением и подробно описывается в следующем исследовательском документе:

ПОДКЛЮЧЕНИЕ:

Изображения в этом руководстве были сделаны путем подключения генератора сигналов к динамику, а также к опорному входу синхронизированного усилителя при одновременном перемещении светодиода RGB вместе с динамиком. Arduino использовался для синхронизации фотоаппарата с движущимся светодиодом.

Здесь используется специальный синхронизирующий усилитель SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™, который разработан специально для дополненной реальности, хотя вы можете создать свой собственный синхронный усилитель (мое детское хобби было фотографировать звуковые волны и радиоволны, поэтому я для этой цели построили ряд синхронизирующих усилителей, как описано в

wearcam.org/par).

Вы можете поменять местами динамик (и) и микрофон (ы). Таким образом вы можете измерять звуковые волны или мета-звуковые волны.

Добро пожаловать в мир феноменологической реальности. Для получения дополнительной информации см. Также

Шаг 6: сфотографируйте и поделитесь своими результатами

Краткое руководство о том, как фотографировать волны, можно найти в некоторых из моих предыдущих инструкций, таких как:

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

а также

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

Получайте удовольствие и нажмите «Я сделал это», чтобы поделиться своими результатами, и я буду рад предложить конструктивную помощь и советы о том, как получить удовольствие от феноменологической реальности.

Шаг 7: Проведите научные эксперименты

Здесь мы можем увидеть, например, сравнение между решеткой микрофонов из 6 элементов и решеткой из 5 элементов.

Мы можем видеть, что при нечетном количестве элементов центральный лепесток становится лучше, и поэтому иногда «меньше значит больше» (например, 5 микрофонов иногда лучше, чем шесть, когда мы пытаемся формировать луч).

Шаг 8: попробуйте под водой

Финалист конкурса цветов радуги