Se ljudvågor med färgat ljus (RGB LED): 10 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Av SteveMannEyeTap Humanistisk intelligensFölj mer av författaren:

Om: Jag växte upp vid en tid då teknologier var transparenta och lätta att förstå, men nu utvecklas samhället mot vansinne och obegriplighet. Så jag ville göra tekniken mänsklig. Vid 12 års ålder kan jag… Mer om SteveMann »

Här kan du se ljudvågor och observera interferensmönstren från två eller flera givare eftersom avståndet mellan dem varierar. (Vänster längst, interferensmönster med två mikrofoner vid 40 000 cykler per sekund; högst upp till höger, enkel mikrofon vid 3520 cps; nere till höger, enkel mikrofon vid 7040 cps).

Ljudvågorna driver en färg -LED, och färgen är vågens fas, och ljusstyrkan är amplituden.

En X-Y-plotter används för att plotta ut ljudvågorna och utföra experiment med fenomenologisk förstärkt verklighet ("Real Reality" ™), med hjälp av en sekventiell vågavtrycksmaskin (SWIM).

ERKÄNNANDEN:

Först vill jag erkänna de många människor som har hjälpt till med det här projektet som började som en barndomshobby för mig, fotograferade radiovågor och ljudvågor (https://wearcam.org/par). Tack till många tidigare och nuvarande studenter, inklusive Ryan, Max, Alex, Arkin, Sen och Jackson och andra i MannLab, inklusive Kyle och Daniel. Tack också till Stephanie (12 år) för observationen att fasen med ultraljudsgivare är slumpmässig och för hjälp med att ta fram en metod för att sortera dem efter fas i två högar: `` Stephative '' (Stephanie positive) och `` Stegative '' '(Stephanie negativ). Tack till Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings och professor Wang (SYSU).

Steg 1: Princip för användning av färger för att representera vågor

Grundidén är att använda färg för att representera vågor, till exempel ljudvågor.

Här ser vi ett enkelt exempel där jag har använt färg för att visa elektriska vågor.

Detta gör att vi kan visualisera exempelvis Fouriertransformen eller någon annan vågbaserad elektrisk signal visuellt.

Jag använde detta som ett bokomslag som jag designade [Advances in Machine Vision, 380pp, apr 1992], tillsammans med några bidragna kapitel till boken.

Steg 2: Bygg Sound to Color Converter

För att konvertera ljud till färg måste vi bygga en ljud till färgomvandlare.

Ljudet kommer från utsignalen från en inlåsningsförstärkare som refereras till frekvensen av ljudvågorna, som förklaras i några av mina tidigare instruktioner, liksom några av mina publicerade artiklar.

Utgången från inlåsningsförstärkaren är en komplex värderad utgång, som visas på två terminaler (många förstärkare använder BNC-kontakter för sina utgångar), en för "X" (in-fas-komponenten som är den verkliga delen) och en för "Y" (kvadraturkomponenten som är den imaginära delen). Tillsammans betecknar spänningarna vid X och Y ett komplext tal, och ritningen ovan (vänster) visar Argand -planet på vilket komplexa värderade mängder visas som färg. Vi använder en Arduino med två analoga ingångar och tre analoga utgångar för att konvertera från XY (komplext tal) till RGB (röd, grön, blå färg), enligt den medföljande swimled.ino -koden.

Vi tar fram dessa som RGB -färgsignaler till en LED -ljuskälla. Resultatet är att gå runt ett färghjul med fas som vinkel, och med ljuskvaliteten är signalstyrkan (ljudnivå). Detta görs med ett komplext nummer till RGB-färgmappare enligt följande:

Den komplexa färgkartläggaren konverterar från en komplex-värderad mängd, typiskt utsänd från en homodyne-mottagare eller inlåsningsförstärkare eller fas-koherent detektor till en färgad ljuskälla. Normalt produceras mer ljus när signalens storlek är större. Fasen påverkar färgtonen.

Tänk på dessa exempel (som beskrivs i IEEE -konferenspapper "Rattletale"):

1. En stark positiv reell signal (dvs. när X =+10 volt) kodas som ljusröd. En svagt positiv reell signal, dvs. när X =+5 volt, är kodad som svagt rött.
2. Nollutgång (X = 0 och Y = 0) presenterar sig som svart.
3. En stark negativ reell signal (dvs. X = -10 volt) är grön, medan svagt negativ real (X = -5 volt) är grön.
4. Starkt inbillade positiva signaler (Y = 10v) är ljusgula och svagt positiva-imaginära (Y = 5v) är svaga gula.
5. Negativt inbillade signaler är blå (t.ex. ljusblå för Y = -10v och mörkblå för Y = -5v).
6. Mer generellt är mängden ljus som produceras ungefär proportionell mot en storlek, R_ {XY} = / sqrt {X^2+Y^2}, och färgen till en fas, / Theta = / arctan (Y/X). Så en signal som är lika positiv verklig som positiv imaginär (dvs. / Theta = 45 grader) är svag orange om den är svag, ljus orange av stark (t.ex. X = 7,07 volt, Y = 7,07 volt) och den ljusaste orange av mycket stark, dvs X = 10v och Y = 10v, i vilket fall lysdioderna R (röd) och G (grön) är fulla. På samma sätt ger en signal som är lika positiv verklig och negativ imaginär sig som lila eller violett, dvs med R (röd) och B (blå) LED -komponenter båda på tillsammans. Detta ger en mörkviolett eller ljusviolett, i enlighet med signalens storlek. [Länk]

Utsignalerna X = augmented reality och Y = augmented imaginality hos alla fas-koherenta detektorer, inlåsningsförstärkare eller homodyne-mottagare används därför för att lägga över en fenomenologiskt förstorad verklighet på ett synfält eller synfält, vilket visar en viss grad av akustiskt svar som ett visuellt överlägg.

Ett särskilt tack till en av mina studenter, Jackson, som hjälpte till med implementeringen av min XY till RGB -omvandlare.

Ovanstående är en förenklad version, vilket jag gjorde för att göra det enkelt att lära ut och förklara. Den ursprungliga implementeringen som jag gjorde redan på 1980 -talet och början av 1990 -talet fungerar ännu bättre, eftersom det rymmer färghjulet på ett perceptuellt enhetligt sätt. Se bifogade Matlab ".m" -filer som jag skrev tillbaka i början av 1990 -talet för att implementera den förbättrade XY till RGB -konverteringen.

Steg 3: Gör ett RGB "skrivhuvud"

"Skrivhuvudet" är en RGB -LED, med 4 trådar för att ansluta den till utgången från XY till RGB -omvandlaren.

Anslut bara 4 ledningar till lysdioden, en till gemensam och en till var och en av terminalerna för färgerna (rött, grönt och blått).

Ett särskilt tack till min tidigare elev, Alex, som hjälpte till med att sätta ihop ett skrivhuvud.

Steg 4: Skaffa eller bygg en XY -plotter eller annat 3D -positioneringssystem (Fusion360 Link ingår)

Vi kräver någon form av 3D -positioneringsenhet. Jag föredrar att få eller bygga något som rör sig lätt i XY -planet, men jag kräver inte enkel rörelse i den tredje (Z) axeln, eftersom det är ganska sällan (eftersom vi vanligtvis skannar in en raster). Det vi har här är alltså främst en XY -plotter men den har långa skenor som gör att den kan flyttas längs den tredje axeln vid behov.

Plottern skannar ut utrymmet genom att flytta en givare, tillsammans med en ljuskälla (RGB LED), genom utrymmet, medan slutaren på en kamera är öppen för rätt exponeringstid för att fånga varje bildruta (en eller flera) bildrutor, t.ex. för en stillbild eller filmfil).

XY-PLOTTER (Fusion 360-fil). Mekaniken är enkel; vilken XYZ- eller XY -plotter som helst. Här är plotteren vi använder, 2-dimensionell SWIM (Sequential Wave Imprinting Machine): https://a360.co/2KkslB3 Plotteren rör sig lätt i XY-planet och rör sig på ett mer krångligt sätt i Z, så att vi sveper ta ut bilder i 2D och gå sedan långsamt framåt i Z -axeln. Länken är till en Fusion 360 -fil. Vi använder Fusion 360 eftersom det är molnbaserat och gör att vi kan samarbeta mellan MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto och MannLab Shenzhen, över tre tidszoner. Solidworks är värdelöst för att göra det! (Vi använder inte längre Solidworks eftersom vi hade för många problem med versiongaffling över tidszoner eftersom vi brukade spendera mycket tid på att sätta ihop olika redigeringar av Solidworks -filer. Det är viktigt att ha allt på ett ställe och Fusion 360 gör det riktigt bra.)

Steg 5: Anslut till en låsförstärkare

Apparaten mäter ljudvågor med avseende på en särskild referensfrekvens.

Ljudvågorna mäts genom ett utrymme, med hjälp av en mekanism som rör en mikrofon eller högtalare genom hela utrymmet.

Vi kan se interferensmönstret mellan två högtalare genom att flytta en mikrofon genom utrymmet, tillsammans med RGB -lysdioden, samtidigt som fotografiska medier exponeras för den rörliga ljuskällan.

Alternativt kan vi flytta en högtalare genom rymden för att fotografera kapaciteten hos en rad mikrofoner för att lyssna. Detta skapar en form av buggsopare som känner av sensorernas (mikrofoners) förmåga att känna.

Att avkänna sensorer och avkänna deras förmåga att känna kallas metavakning och beskrivs i detalj i följande forskningsrapport:

ANSLUTA DET:

Bilderna i den här instruktionsboken togs genom att ansluta en signalgenerator till en högtalare såväl som referensingången till en inlåsningsförstärkare, medan en RGB-LED flyttades tillsammans med högtalaren. En Arduino användes för att synkronisera en fotografisk kamera med den rörliga lysdioden.

Den specifika lock-in-förstärkaren som används här är SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™ som är utformad speciellt för augmented reality, även om du kan bygga din egen lock-in-förstärkare (en barndomshobby för mig var att fotografera ljudvågor och radiovågor, så jag har byggt ett antal inlåsningsförstärkare för detta ändamål, som beskrivs i

wearcam.org/par).

Du kan utbyta rollen som högtalare och mikrofon. På så sätt kan du mäta ljudvågor, eller meta ljudvågor.

Välkommen till den fenomenologiska verklighetens värld. För mer information, se även

Steg 6: Fotografera och dela dina resultat

För en snabbguide om hur du fotograferar vågor, se några av mina tidigare instruktioner såsom:

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

och

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

Ha det roligt och klicka på "Jag klarade mig" för att dela dina resultat. Jag kommer gärna att erbjuda konstruktiv hjälp och tips om hur du kan ha kul med fenomenologisk verklighet.

Steg 7: Genomför vetenskapliga experiment

Här kan vi till exempel se en jämförelse mellan en 6-element mikrofon array och en 5-element mikrofon array.

Vi kan se att när det finns ett udda antal element får vi en trevligare centrallob som händer tidigare, och ibland "mindre är mer" (t.ex. 5 mikrofoner är ibland bättre än sex, när vi försöker göra strålformning).

Steg 8: Prova det under vattnet

Tvåa i Rainbow Contests färger