In Vino Veritas - een wijnglasoscillator - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Nadat ik een stemvorkoscillator had afgemaakt, daagde mijn broer me uit om met een wijnglas een oscillator te maken. (https://www.instructables.com/id/Tuning-Fork-Osci…)

Hij dacht dat het moeilijker zou zijn om een wijnglas te gebruiken dan een stemvork als frequentiebepalend element. Het is.

Iedereen kent het geluid dat een (wijn)glas maakt als je er zachtjes op tikt, meestal klinkt het als een snel wegstervend "ping". Sommige, duurdere brillen kunnen blijven "zingen" als je met een natte vinger over de rand wrijft. Het geluid dat hierdoor ontstaat wordt veroorzaakt doordat het glas op een bijzondere manier snel gaat trillen. De ronde vorm van het glas verandert in een ellips, terug in een cirkel en dan in een ellips maar dan 90 graden gedraaid, enzovoort. De lucht trilt mee met het glas en een toon is het resultaat.

U kunt zelfs serieus onderzoek vinden naar de trillingen van wijnglazen, Google maar eens op: "a study of wineglass acoustics" en zie de pdf hieronder. (ik geef toe dat ik niet alles heb gelezen)

Stap 1: Het wijnglas laten trillen

Toen ik de stemvork-oscillator bouwde, was het gemakkelijk om hem te laten trillen, je hebt gewoon een elektromagneet die hem herhaaldelijk aantrekt. Maar met glasmagnetisme geen optie. Ik had een ding kunnen maken met een mechanische natte vinger, constant over het glas wrijvend. Maar mechanische oplossingen zijn niet echt mijn sterkste kant. Toen dacht ik aan een piëzo-element (zoals je kunt vinden in "muzikale" fotokaarten), maar ik hield niet van het idee dat iets het glas zou raken. En het zou ook de natuurlijke frequentie van het wijnglas veranderen.

Het is mogelijk om een wijnglas te laten trillen met geluidsgolven. Ik denk dat iedereen filmclips heeft gezien van wijnglazen die werden verbrijzeld met krachtige geluidsgolven. Ik had niet zo'n krachtig geluid nodig, dacht ik… Dus koos ik voor een gewone luidspreker om de geluidsgolven te produceren die het glas laten trillen.

Stap 2: De trillingen detecteren

Een oscillator heeft een gesloten lus nodig, dus ik moest de trillingen registreren, versterken en via de luidspreker (met de juiste fase) terugvoeren naar het wijnglas. Hoe die trillingen te detecteren. Nou, dat bleek het moeilijkste deel te zijn.

Op tv heb ik jongens zien werken voor "drieletterorganisaties" die luisterden naar de trillingen van ruiten die op hun beurt trilden door stemmen in de kamer erachter, met zogenaamde lasermicrofoons. Ik dacht dat het niet zo moeilijk zou zijn om zelf zo'n apparaat te maken, aangezien het glas waar ik naar luister slechts een paar millimeter verwijderd is, net als de laser.

Ik had het fout. Die lasermicrofoons gebruiken de interferentie van het oorspronkelijke laserlicht en het gereflecteerde licht om de trillingen van de ruiten te detecteren. Ik kan geen manier bedenken waarop ik een apparaat zou kunnen maken om dat te doen. Misschien iemand anders hier, vertel het me alsjeblieft in de reacties hieronder.

Een microfoon gebruiken om naar het wijnglas te luisteren werkt ook niet, het geluid dat uit de luidspreker komt zal sterker zijn en het systeem zal oscilleren, maar niet met de frequentie van het wijnglas, mogelijk ken je het gepiep wanneer iemand de versterker ook harder zet veel en dat geluid komt terug via een microfoon.

Bij de stemvorkoscillator heb ik een optische onderbreker gebruikt om de trillingen van de tanden te detecteren. Dat werkte goed, zou ik dat kunnen herhalen met iets van glas?

Glas buigt licht, misschien kan dat gebruikt worden. Dus ik probeerde met leds van verschillende kleuren die op verschillende manieren door het wijnglas schenen en eventuele veranderingen met een fototransistor te detecteren. Het werkte niet. Toen probeerde ik een laserlichtstraal die op het glas weerkaatste en probeerde eventuele trillingen erin te detecteren. Dat werkte ook niet.

Wat wel werkte, was de laserstraal zo over het glas te laten glijden dat het wijnglas het meeste licht zou blokkeren, het licht dat de fototransistor bereikt wordt gemoduleerd met de trillingen van het wijnglas. Het probleem met deze opstelling is dat deze extreem gevoelig is voor de kleinste bewegingen van de laser, het glas en de detector. Maar het is de manier waarop ik het heb laten werken.

Stap 3: Groene lasers zijn gevaarlijk

Eerst gebruikte ik een groene laser omdat ik weet dat groen laserlicht wordt gemaakt met een IR-laser en een niet-lineair kristal dat de frequentie van het IR-licht verdubbelt tot groen licht. Maar dat proces is niet perfect, dus er komt nog steeds wat IR-licht uit. Bij de goedkope groene lasers (bijvoorbeeld de mijne) is er geen IR-filter om het te blokkeren. En mijn fototransistor is gevoelig voor IR-licht. Maar uiteindelijk ben ik overgestapt op een rode laser toen ik zag dat er *veel* IR uit de laser kwam en omdat je ogen er niet op reageren, kan dat gevaarlijk zijn. Gelukkig reageert mijn fototransistor net zo goed op rood licht als op IR.

Stap 4: De juiste frequentie

Door op het glas te tikken en het op de oscilloscoop op te nemen zag ik (minstens) twee frequenties opduiken. De ene bleek ongeveer 100 Hz te zijn, wat erg laag is en de andere rond de 800 Hz. Die leek op de frequentie die ik zocht. Ik wilde die 100 Hz niet, dus maakte ik een hoogdoorlaatfilter om het te blokkeren (en tegelijkertijd laagfrequente ruis zoals het 50 Hz-gezoem van het lichtnet te blokkeren). Ik heb de Filter Wizard van Analog Devices gebruikt om de juiste waarden van de onderdelen te berekenen, ze maken niet alleen uitstekende elektronische onderdelen, ze zijn ook erg handig bij het gebruik ervan. (https://www.analog.com/designtools/en/filterwizard/) Later realiseerde ik me dat de 100 Hz kan zijn geproduceerd doordat het hele glas op de steel schudde omdat ik erop tikte.

Stap 5: De lus sluiten

Nu ik op het wijnglas tikte, kreeg ik een paar mooie plaatjes op de oscilloscoop, dus het was tijd om te testen met een luidspreker. Het werkte meteen, het wijnglas begon te resoneren met een frequentie van 807 Hz. Vanaf daar was het eenvoudig, ik versterkte het signaal dat uit de (nu gefilterde) fototransistor kwam en voerde het naar de luidspreker.

Stap 6: Conclusie

Conclusie, het is mogelijk om een oscillator te maken met een wijnglas in plaats van een RC, LC, kristal of een ander "normaal gebruikt frequentiebepalingsapparaat", maar het is niet eenvoudig. Het is in ieder geval niet gemakkelijk zoals ik het deed. De positionering van de laser, het wijnglas en de fototransistor is uiterst kritisch, het is niet slechts een millimeter vooruit of achteruit, het is minder dan dat, zoals ik tegen mijn broer zei, de fase van de maan beïnvloedt de positionering te veel.

Misschien weet iemand betere, minder kritische manieren om de trillingen van een wijnglas te detecteren (en nee, een microfoon werkt NIET) Vertel het me alsjeblieft in de reacties hieronder.