Xem sóng âm thanh bằng ánh sáng màu (LED RGB): 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Bởi SteveMannEyeTap Trí tuệ nhân vănFollow More của tác giả:

Giới thiệu: Tôi lớn lên vào thời điểm mà công nghệ minh bạch và dễ hiểu, nhưng bây giờ xã hội đang phát triển theo hướng điên rồ và không thể hiểu được. Vì vậy, tôi muốn biến công nghệ thành con người. Ở tuổi 12, tôi c… Thông tin thêm về SteveMann »

Tại đây, bạn có thể nhìn thấy các sóng âm thanh và quan sát các dạng giao thoa do hai hoặc nhiều đầu dò tạo ra vì khoảng cách giữa chúng là khác nhau. (Ngoài cùng bên trái, kiểu giao thoa với hai micrô ở 40, 000 chu kỳ mỗi giây; trên cùng bên phải, micrô đơn ở tốc độ 3520 cps; dưới cùng bên phải, micrô đơn ở 7040cps).

Các sóng âm thanh dẫn động một đèn LED màu, và màu sắc là pha của sóng và độ sáng là biên độ.

Máy vẽ đồ thị X-Y được sử dụng để vẽ ra các sóng âm thanh và tiến hành các thí nghiệm về thực tế tăng cường hiện tượng học ("Real Reality" ™), bằng Máy in dấu sóng tuần tự (SWIM).

SỰ NHÌN NHẬN:

Đầu tiên, tôi muốn ghi nhận rất nhiều người đã giúp đỡ dự án này, vốn bắt đầu như một sở thích thời thơ ấu của tôi, đó là chụp ảnh sóng vô tuyến và sóng âm thanh (https://wearcam.org/par). Cảm ơn rất nhiều sinh viên trong quá khứ và hiện tại, bao gồm Ryan, Max, Alex, Arkin, Sen, và Jackson, và những người khác trong MannLab, bao gồm Kyle và Daniel. Cũng xin cảm ơn Stephanie (12 tuổi) vì đã quan sát thấy giai đoạn của đầu dò siêu âm là ngẫu nhiên và đã giúp đỡ trong việc đưa ra phương pháp phân loại chúng theo giai đoạn thành hai nhóm: `` Stephative '' (Stephanie dương tính) và `` Stegative '' '(Stephanie phủ định). Cảm ơn Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings, và Giáo sư Wang (SYSU).

Bước 1: Nguyên tắc sử dụng màu sắc để biểu thị sóng

Ý tưởng cơ bản là sử dụng màu sắc để biểu thị sóng, chẳng hạn như sóng âm thanh.

Ở đây chúng ta thấy một ví dụ đơn giản, trong đó tôi đã sử dụng màu sắc để hiển thị sóng điện.

Điều này cho phép chúng ta hình dung, ví dụ, biến đổi Fourier, hoặc bất kỳ tín hiệu điện dựa trên sóng nào khác, một cách trực quan.

Tôi đã sử dụng nó làm bìa sách mà tôi đã thiết kế [Những tiến bộ trong Tầm nhìn Máy, 380pp, tháng 4 năm 1992], cùng với một số chương đóng góp cho cuốn sách.

Bước 2: Xây dựng bộ chuyển đổi âm thanh sang màu sắc

Để chuyển đổi âm thanh sang màu sắc, chúng ta cần xây dựng một bộ chuyển đổi âm thanh sang màu sắc.

Âm thanh phát ra từ đầu ra của bộ khuếch đại khóa trong được tham chiếu đến tần số của sóng âm, như được giải thích trong một số Tài liệu hướng dẫn trước đây của tôi, cũng như một số bài báo đã xuất bản của tôi.

Đầu ra của bộ khuếch đại khóa trong là đầu ra có giá trị phức tạp, xuất hiện trên hai thiết bị đầu cuối (nhiều bộ khuếch đại sử dụng đầu nối BNC cho đầu ra của chúng), một cho "X" (thành phần trong pha là phần thực) và một cho "Y" (thành phần vuông góc là phần ảo). Đồng thời các điện áp hiện diện tại X và Y biểu thị một số phức, và hình vẽ bên trên (bên trái) mô tả mặt phẳng Argand mà trên đó các đại lượng có giá trị phức được hiển thị dưới dạng màu sắc. Chúng tôi sử dụng Arduino với hai đầu vào tương tự và ba đầu ra tương tự để chuyển đổi từ XY (số phức) sang RGB (màu Đỏ, Xanh lục, Xanh lam), theo mã bơi được cung cấp.

Chúng tôi đưa chúng ra dưới dạng tín hiệu màu RGB đến nguồn sáng LED. Kết quả là quay quanh bánh xe màu với pha là góc và chất lượng ánh sáng là cường độ tín hiệu (mức âm thanh). Điều này được thực hiện với một số phức thành trình ánh xạ màu RGB, như sau:

Bộ ánh xạ màu phức tạp chuyển đổi từ một đại lượng có giá trị phức tạp, thường xuất ra từ bộ thu homodyne hoặc bộ khuếch đại khóa trong hoặc bộ tách sóng pha thành nguồn sáng màu. Thông thường, nhiều ánh sáng được tạo ra hơn khi cường độ của tín hiệu lớn hơn. Pha ảnh hưởng đến màu sắc.

Hãy xem xét các ví dụ này (như được nêu trong tài liệu hội nghị IEEE "Rattletale"):

1. Tín hiệu thực dương mạnh (tức là khi X = + 10 vôn) được mã hóa thành màu đỏ tươi. Tín hiệu thực dương yếu, tức là khi X = + 5 vôn, được mã hóa thành màu đỏ mờ.
2. Đầu ra 0 (X = 0 và Y = 0) tự hiển thị là màu đen.
3. Tín hiệu thực âm mạnh (tức là X = -10 vôn) có màu xanh lục, trong khi tín hiệu thực âm yếu (X = -5 vôn) có màu xanh lục mờ.
4. Tín hiệu tích cực tưởng tượng mạnh (Y = 10v) có màu vàng sáng và tín hiệu tích cực tưởng tượng yếu (Y = 5v) có màu vàng mờ.
5. Tín hiệu tưởng tượng phủ định có màu xanh lam (ví dụ: màu xanh lam sáng đối với Y = -10v và màu xanh lam mờ đối với Y = -5v).
6. Nói chung, lượng ánh sáng được tạo ra xấp xỉ tỷ lệ với độ lớn, R_ {XY} = / sqrt {X ^ 2 + Y ^ 2}, và màu sắc theo pha, / Theta = / arctan (Y / X). Vì vậy, tín hiệu ảo thực và dương dương như nhau (tức là / Theta = 45 độ) có màu cam mờ nếu yếu, màu cam sáng của mạnh (ví dụ X = 7,07 vôn, Y = 7,07 vôn) và màu cam sáng nhất của rất mạnh, tức là X = 10v và Y = 10v, trong trường hợp này các thành phần LED R (đỏ) và G (xanh lá cây) được bật đầy đủ. Tương tự, một tín hiệu có âm thực và âm ảo như nhau tự hiển thị dưới dạng màu tím hoặc tím, tức là với các thành phần LED R (đỏ) và B (xanh lam) cùng bật. Điều này tạo ra màu tím mờ hoặc tím sáng, phù hợp với độ lớn của tín hiệu. [Link]

Do đó, các kết quả đầu ra X = thực tế tăng cường và Y = trí tưởng tượng tăng cường, của bất kỳ máy dò mạch pha, bộ khuếch đại khóa trong hoặc máy thu homodyne nào được sử dụng để phủ một thực tế tăng cường hiện tượng lên một trường nhìn hoặc tầm nhìn, do đó hiển thị mức độ phản hồi âm thanh như một lớp phủ trực quan.

Đặc biệt cảm ơn một trong những sinh viên của tôi, Jackson, người đã giúp triển khai bộ chuyển đổi XY sang RGB của tôi.

Trên đây là một phiên bản đơn giản hóa, tôi đã làm để giúp bạn dễ dàng giảng dạy và giải thích. Việc triển khai ban đầu mà tôi đã thực hiện vào những năm 1980 và đầu những năm 1990 thậm chí còn hoạt động tốt hơn, bởi vì nó tạo khoảng trống cho bánh xe màu theo một cách đồng nhất về mặt tri giác. Xem các tệp Matlab ".m" đính kèm mà tôi đã viết vào đầu những năm 1990 để triển khai chuyển đổi XY sang RGB được cải tiến.

Bước 3: Tạo "đầu in" RGB

"Đầu in" là một đèn LED RGB, có 4 dây để kết nối nó với đầu ra của bộ chuyển đổi XY sang RGB.

Chỉ cần kết nối 4 dây với đèn LED, một với dây chung và một dây với mỗi thiết bị đầu cuối cho các màu (Đỏ, Xanh lục và Xanh lam).

Đặc biệt cảm ơn học trò cũ của tôi, Alex, người đã giúp lắp ráp một đầu in.

Bước 4: Lấy hoặc xây dựng máy vẽ XY hoặc hệ thống định vị 3D khác (Bao gồm liên kết Fusion360)

Chúng tôi yêu cầu một số loại thiết bị định vị 3D. Tôi thích lấy hoặc xây dựng thứ gì đó di chuyển dễ dàng trong mặt phẳng XY, nhưng tôi không yêu cầu chuyển động dễ dàng trong trục thứ ba (Z), bởi vì điều này khá hiếm khi xảy ra (vì chúng tôi thường quét trong raster). Vì vậy, những gì chúng ta có ở đây chủ yếu là một máy vẽ XY nhưng nó có các thanh ray dài cho phép nó di chuyển dọc theo trục thứ ba khi cần thiết.

Máy vẽ đồ thị quét không gian, bằng cách di chuyển một đầu dò, cùng với nguồn sáng (LED RGB), xuyên qua không gian, trong khi cửa trập của máy ảnh được mở với thời lượng phơi sáng chính xác để chụp từng khung hình ảnh trực quan (một hoặc nhiều khung hình, ví dụ như ảnh tĩnh hoặc tệp phim).

XY-PLOTTER (tệp Fusion 360). Cơ chế rất đơn giản; bất kỳ máy vẽ XYZ hoặc XY nào sẽ làm được. Đây là máy vẽ mà chúng tôi sử dụng, SWIM 2 chiều (Máy in sóng tuần tự): https://a360.co/2KkslB3 Máy vẽ di chuyển dễ dàng trong mặt phẳng XY và di chuyển theo cách phức tạp hơn trong Z, sao cho chúng ta quét ra hình ảnh ở dạng 2D và sau đó di chuyển từ từ theo trục Z. Liên kết là đến một tệp Fusion 360. Chúng tôi sử dụng Fusion 360 vì nó dựa trên đám mây và cho phép chúng tôi cộng tác giữa MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto và MannLab Shenzhen, trên 3 múi giờ. Solidworks là vô ích khi làm điều đó! (Chúng tôi không còn sử dụng Solidworks nữa vì chúng tôi gặp quá nhiều vấn đề với việc phân nhánh phiên bản giữa các múi giờ vì chúng tôi đã từng dành nhiều thời gian để ghép các chỉnh sửa khác nhau của các tệp Solidworks. Điều cần thiết là phải giữ mọi thứ ở một nơi và Fusion 360 làm điều đó thực sự tốt.)

Bước 5: Kết nối với Bộ khuếch đại khóa trong

Thiết bị đo sóng âm thanh đối với một tần số chuẩn cụ thể.

Sóng âm thanh được đo trong toàn bộ không gian, bằng cơ chế di chuyển micrô hoặc loa trong toàn bộ không gian.

Chúng ta có thể thấy hình thức giao thoa giữa hai loa bằng cách di chuyển một micrô trong không gian, cùng với đèn LED RGB, trong khi để phương tiện chụp ảnh tiếp xúc với nguồn sáng chuyển động.

Ngoài ra, chúng ta có thể di chuyển loa trong không gian để chụp ảnh công suất của một dãy micrô để nghe. Điều này tạo ra một dạng công cụ quét lỗi cảm nhận khả năng cảm nhận của các cảm biến (micrô).

Cảm biến các cảm biến và nhận biết khả năng cảm nhận của chúng được gọi là giám sát siêu tốc và được mô tả chi tiết trong bài báo nghiên cứu sau:

KẾT NỐI NÓ LÊN:

Các hình ảnh trong Có thể hướng dẫn này được chụp bằng cách kết nối bộ tạo tín hiệu với loa cũng như với đầu vào tham chiếu của bộ khuếch đại khóa trong, đồng thời di chuyển đèn LED RGB cùng với loa. Arduino được sử dụng để đồng bộ hóa máy ảnh với đèn LED chuyển động.

Bộ khuếch đại khóa trong cụ thể được sử dụng ở đây là SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™ được thiết kế đặc biệt cho thực tế tăng cường, mặc dù bạn có thể chế tạo bộ khuếch đại khóa trong của riêng mình (sở thích thời thơ ấu của tôi là chụp ảnh sóng âm thanh và sóng vô tuyến, vì vậy tôi đã chế tạo một số bộ khuếch đại khóa trong cho mục đích này, như được mô tả trong

wearcam.org/par).

Bạn có thể trao đổi vai trò của (các) loa và (các) micrô. Bằng cách này, bạn có thể đo sóng âm thanh, hoặc sóng âm thanh meta.

Chào mừng đến với thế giới của hiện tượng học thực tại. Để biết thêm thông tin, hãy xem thêm

Bước 6: Chụp ảnh và chia sẻ kết quả của bạn

Để có hướng dẫn nhanh về cách chụp ảnh sóng, hãy xem một số Tài liệu hướng dẫn trước đây của tôi như:

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

và

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

Chúc bạn vui vẻ và nhấp vào "Tôi đã làm được" để chia sẻ kết quả của bạn và tôi sẽ sẵn lòng cung cấp sự trợ giúp và gợi ý mang tính xây dựng về cách vui chơi với thực tế hiện tượng.

Bước 7: Tiến hành các thí nghiệm khoa học

Ở đây, chúng ta có thể thấy, ví dụ, so sánh giữa mảng micrô 6 phần tử và mảng micrô 5 phần tử.

Chúng ta có thể thấy rằng khi có một số phần tử lẻ, chúng ta sẽ có được một thùy trung tâm đẹp hơn xảy ra sớm hơn và do đó, đôi khi "ít hơn là nhiều hơn" (ví dụ: 5 micrô đôi khi tốt hơn sáu, khi chúng tôi đang cố gắng thực hiện định dạng chùm).

Bước 8: Thử nó dưới nước

Á quân cuộc thi Sắc màu cầu vồng