Vegeu Ones de so amb llum de color (LED RGB): 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Per SteveMannEyeTap Intel·ligència humanística Segueix més de l’autor:

Quant a: Vaig créixer en un moment en què les tecnologies eren transparents i fàcils d’entendre, però ara la societat evoluciona cap a la bogeria i la incomprensibilitat. Així que volia fer la tecnologia humana. Als 12 anys, vaig saber … Més sobre SteveMann »

Aquí podeu veure ones sonores i observar els patrons d’interferència realitzats per dos o més transductors a mesura que l’espai entre ells és variat. (Patró d’interferència més a l’esquerra amb dos micròfons a 40.000 cicles per segon; superior dret, micròfon únic a 3520 cps; inferior dret, micròfon únic a 7040 cps).

Les ones sonores condueixen un LED de color i el color és la fase de l’ona i la brillantor és l’amplitud.

Un traçador X-Y s'utilitza per traçar les ones sonores i realitzar experiments sobre realitat augmentada fenomenològica ("Real Reality" ™), mitjançant una màquina d'impressió d'ona seqüencial (SWIM).

AGRANMENTS:

En primer lloc, voldria agrair a les moltes persones que han ajudat amb aquest projecte que va començar com una afició infantil, fotografiant ones de ràdio i ones de so (https://wearcam.org/par). Gràcies a molts estudiants passats i presents, inclosos Ryan, Max, Alex, Arkin, Sen i Jackson, i altres a MannLab, inclosos Kyle i Daniel. Gràcies també a Stephanie (12 anys) per l'observació que la fase dels transductors d'ultrasons és aleatòria i per ajudar-vos a dissenyar un mètode per ordenar-los per fases en dues piles: "Stephative" (Stephanie positiva) i "Stegative" '(Stephanie negativa). Gràcies a Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings i al professor Wang (SYSU).

Pas 1: Principi d’utilitzar els colors per representar les ones

La idea bàsica és utilitzar el color per representar ones, com ara les ones sonores.

Aquí veiem un exemple senzill en què he utilitzat el color per mostrar ones elèctriques.

Això ens permet visualitzar, per exemple, la transformada de Fourier o qualsevol altre senyal elèctric basat en ones, visualment.

Vaig utilitzar-ho com a portada del llibre que vaig dissenyar [Advances in Machine Vision, 380pp, abril de 1992], juntament amb alguns capítols aportats al llibre.

Pas 2: creeu el convertidor de so a color

Per convertir el so en color, hem de crear un convertidor de so a color.

El so prové de la sortida d’un amplificador de bloqueig referenciat a la freqüència de les ones sonores, tal com s’explica en alguns dels meus instructables anteriors, així com en alguns dels meus articles publicats.

La sortida de l'amplificador de bloqueig és una sortida de valor complex, que apareix en dos terminals (molts amplificadors utilitzen connectors BNC per a les seves sortides), un per a "X" (el component en fase que és la part real) i un per a "Y" (el component de quadratura que és la part imaginària). Juntes les tensions presents a X i Y denoten un nombre complex, i el dibuix superior (esquerra) representa el pla Argand sobre el qual es mostren quantitats complexes valorades com a color. Utilitzem un Arduino amb dues entrades analògiques i tres sortides analògiques per convertir de XY (nombre complex) a RGB (color vermell, verd, blau), segons el codi swimled.ino subministrat.

Els traiem com a senyals de color RGB a una font de llum LED. El resultat és donar la volta a una roda de colors amb la fase com a angle i amb la quantitat de llum la intensitat del senyal (nivell sonor). Això es fa amb un nombre complex a mapejador de colors RGB, de la següent manera:

El mapejador de colors complex es converteix a partir d’una quantitat de valor complex, que normalment surt d’un receptor homodí o d’un amplificador de bloqueig o d’un detector coherent de fase en una font de llum de colors. Normalment es produeix més llum quan la magnitud del senyal és major. La fase afecta la tonalitat del color.

Penseu en aquests exemples (tal com es descriu al document de conferències de l'IEEE "Rattletale"):

1. Un senyal real fort positiu (és a dir, quan X = + 10 volts) es codifica en vermell brillant. Un senyal real dèbilment positiu, és a dir, quan X = + 5 volts, es codifica com un vermell feble.
2. La sortida zero (X = 0 i Y = 0) es presenta negre.
3. Un senyal real fort negatiu (és a dir, X = -10 volts) és de color verd, mentre que el real dèbilment negatiu (X = -5 volts) és de color verd fosc.
4. Els senyals positius fortament imaginaris (Y = 10v) són de color groc brillant, i els imaginaris positius poc febles (Y = 5v) són de color groc clar.
5. Els senyals imaginaris negatius són de color blau (per exemple, blau brillant per a Y = -10v i blau fosc per a Y = -5v).
6. Més generalment, la quantitat de llum produïda és aproximadament proporcional a una magnitud, R_ {XY} = / sqrt {X ^ 2 + Y ^ 2}, i el color a una fase, / Theta = / arctan (Y / X). Així, doncs, un senyal imaginari real i positiu igualment positiu (és a dir, / Theta = 45 graus) és de color taronja feble si és feble, taronja brillant de fort (per exemple, X = 7,07 volts, Y = 7,07 volts) i taronja més brillant de molt fort, és a dir, X = 10v i Y = 10v, en aquest cas els components LED R (vermell) i G (verd) estan plens. De la mateixa manera, un senyal que sigui igual d’imaginari, real i negatiu, es converteix en violeta o violeta, és a dir, amb els components LED R (vermell) i B (blau) tots dos units. Això produeix un violeta tenue o violeta brillant, d'acord amb la magnitud del senyal. [Enllaç]

Les sortides X = realitat augmentada i Y = imaginalitat augmentada de qualsevol detector, amplificador de bloqueig o receptor homodí coherent de fase s’utilitzen per tant per superposar una realitat augmentada fenomenològicament sobre un camp de visió o de vista, mostrant així un grau de resposta acústica com a superposició visual.

Un agraïment especial a un dels meus estudiants, Jackson, que va ajudar amb la implementació del meu convertidor XY a RGB.

L’anterior és una versió simplificada, que vaig fer per facilitar l’ensenyament i l’explicació. La implementació original que vaig fer als anys vuitanta i principis dels noranta funciona encara millor, perquè espaia la roda de colors d’una manera perceptualment uniforme. Vegeu els fitxers ".m" Matlab adjunts que vaig escriure a principis dels anys noranta per implementar la millora de la conversió XY a RGB.

Pas 3: feu un "capçal d'impressió" RGB

El "capçal d'impressió" és un LED RGB, amb 4 cables per connectar-lo a la sortida del convertidor XY a RGB.

Simplement connecteu 4 cables al LED, un al comú i un a cadascun dels terminals dels colors (vermell, verd i blau).

Un agraïment especial al meu antic alumne, Alex, que va ajudar a muntar un capçal d’impressió.

Pas 4: Obteniu o creeu un traçador XY o un altre sistema de posicionament 3D (enllaç Fusion360 inclòs)

Necessitem algun tipus de dispositiu de posicionament 3D. Prefereixo obtenir o construir alguna cosa que es mogui fàcilment al pla XY, però no requereixo un moviment fàcil al tercer eix (Z), perquè això és bastant poc freqüent (ja que normalment escanejem en un ràster). Per tant, el que tenim aquí és principalment un traçador XY, però té rails llargs que permeten moure'l al llarg del tercer eix quan sigui necessari.

El traçador explora l’espai movent un transductor juntament amb una font de llum (LED RGB) a través de l’espai, mentre l’obturador d’una càmera està obert durant la durada de l’exposició correcta per capturar cada fotograma de la imatge visual (un o més) per a una imatge fixa o un fitxer de pel·lícula).

XY-PLOTTER (fitxer Fusion 360). La mecànica és senzilla; ho farà qualsevol traçador XYZ o XY. Aquí teniu el traçador que fem servir, 2 dimensions SWIM (Sequential Wave Imprinting Machine): https://a360.co/2KkslB3 El traçador es mou fàcilment en el pla XY i es mou d’una manera més feixuga en Z, de manera que escombrem treure imatges en 2D i després avançar a l'eix Z lentament. L’enllaç és a un fitxer Fusion 360. Utilitzem Fusion 360 perquè es basa en el núvol i ens permet col·laborar entre MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto i MannLab Shenzhen, en 3 zones horàries. Solidworks no serveix de res per fer-ho. (Ja no fem servir Solidworks perquè teníem massa problemes amb la versió de bifurcació de zones horàries, ja que passàvem molt de temps reunint diferents edicions dels fitxers Solidworks. És fonamental mantenir-ho tot en un lloc i Fusion 360 ho fa molt bé.)

Pas 5: connecteu-vos a un amplificador de bloqueig

L’aparell mesura les ones sonores respecte d’una freqüència de referència concreta.

Les ones sonores es mesuren a través d'un espai, mitjançant un mecanisme que mou un micròfon o un altaveu per tot l'espai.

Podem veure el patró d’interferència entre dos altaveus movent un micròfon per l’espai, juntament amb el LED RGB, mentre exposem els suports fotogràfics a la font de llum en moviment.

Alternativament, podem moure un altaveu per l’espai per fotografiar la capacitat d’escoltar una sèrie de micròfons. Això crea una forma d'escombradora que detecta la capacitat dels sensors (micròfons) per detectar-los.

Detectar els sensors i detectar la seva capacitat per detectar s’anomena meta-vigilància i es descriu detalladament en el següent treball de recerca:

CONNECTAR-LO:

Les imatges d’aquest instructiu es van fer connectant un generador de senyal a un altaveu, així com a l’entrada de referència d’un amplificador de bloqueig, mentre es movia un LED RGB juntament amb l’altaveu. Es va utilitzar un Arduino per sincronitzar una càmera fotogràfica amb el LED en moviment.

L’amplificador específic de bloqueig que s’utilitza aquí és el SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™, dissenyat específicament per a la realitat augmentada, tot i que podeu construir el vostre propi amplificador de bloqueig (el meu hobby infantil era fotografiar ones de so i ones de ràdio, han construït una sèrie d'amplificadors de bloqueig per a aquest propòsit, tal com es descriu a

wearcam.org/par).

Podeu intercanviar el paper dels altaveus i dels micròfons. D’aquesta manera es poden mesurar ones sonores o meta ones sonores.

Benvingut al món de la realitat fenomenològica. Per obtenir més informació, vegeu també

Pas 6: fotografia i comparteix els teus resultats

Per obtenir una guia ràpida sobre com fotografiar ones, consulteu alguns dels meus instructables anteriors, com ara:

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

i

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

Diverteix-te i fes clic a "Ho he aconseguit" per compartir els teus resultats i estaré encantat d'oferir ajuda constructiva i consells sobre com divertir-te amb la realitat fenomenològica.

Pas 7: realitzeu experiments científics

Aquí podem veure, per exemple, una comparació entre un conjunt de micròfons de 6 elements i un conjunt de micròfons de 5 elements.

Podem veure que quan hi ha un nombre imparell d’elements, aconseguim que un lòbul central més agradable passi més aviat i, per tant, de vegades "menys és més" (per exemple, cinc micròfons de vegades són millors que sis, quan intentem fer la formació de feixos).

Pas 8: proveu-ho sota l'aigua

Subcampiona al concurs Colors of the Rainbow