Zie Geluidsgolven met gekleurd licht (RGB LED): 10 stappen (met afbeeldingen)

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

Door SteveMannEyeTap Humanistische IntelligentieVolg meer door de auteur:

Over: Ik ben opgegroeid in een tijd waarin technologieën transparant en gemakkelijk te begrijpen waren, maar nu evolueert de samenleving naar waanzin en onbegrijpelijkheid. Dus ik wilde technologie menselijk maken. Op 12-jarige leeftijd k… Meer over SteveMann »

Hier kunt u geluidsgolven zien en de interferentiepatronen observeren die door twee of meer transducers worden gemaakt, aangezien de afstand ertussen varieert. (Links, interferentiepatroon met twee microfoons met 40.000 cycli per seconde; rechtsboven, enkele microfoon met 3520 cps; rechtsonder, enkele microfoon met 7040 cps).

De geluidsgolven drijven een kleuren-LED aan en de kleur is de fase van de golf en de helderheid is de amplitude.

Een X-Y-plotter wordt gebruikt om de geluidsgolven in kaart te brengen en experimenten uit te voeren op fenomenologische augmented reality ("Real Reality"™), door middel van een Sequential Wave Imprinting Machine (SWIM).

DANKBETUIGINGEN:

Allereerst wil ik de vele mensen bedanken die hebben geholpen met dit project dat begon als een hobby uit mijn kindertijd, het fotograferen van radiogolven en geluidsgolven (https://wearcam.org/par). Dank aan vele vroegere en huidige studenten, waaronder Ryan, Max, Alex, Arkin, Sen en Jackson, en anderen in MannLab, waaronder Kyle en Daniel. Dank ook aan Stephanie (12 jaar) voor de observatie dat de fase van ultrasone transducers willekeurig is, en voor hulp bij het bedenken van een methode om ze per fase in twee stapels te sorteren: ``Stephative'' (Stephanie positief) en ``Stegative' ' (Stephanie negatief). Met dank aan Arkin, Visionertech, Shenzhen Investment Holdings en professor Wang (SYSU).

Stap 1: Principe van het gebruik van kleuren om golven weer te geven

Het basisidee is om kleur te gebruiken om golven weer te geven, zoals geluidsgolven.

Hier zien we een eenvoudig voorbeeld waarin ik kleur heb gebruikt om elektrische golven weer te geven.

Dit stelt ons in staat om bijvoorbeeld de Fourier-transformatie of een ander op golven gebaseerd elektrisch signaal visueel te visualiseren.

Ik gebruikte dit als een boekomslag die ik ontwierp [Advances in Machine Vision, 380pp, april 1992], samen met enkele bijdragen aan het boek.

Stap 2: Bouw de geluid-naar-kleurconverter

Om geluid naar kleur om te zetten, moeten we een geluid naar kleur converter bouwen.

Het geluid komt van de uitgang van een lock-in-versterker die verwijst naar de frequentie van de geluidsgolven, zoals uitgelegd in enkele van mijn vorige Instructables, evenals enkele van mijn gepubliceerde artikelen.

De uitgang van de lock-in versterker is een complexe waardevolle uitgang, die verschijnt op twee terminals (veel versterkers gebruiken BNC-connectoren voor hun uitgangen), één voor "X" (de in-fase component die het echte deel is) en één voor "Y" (de kwadratuurcomponent die het denkbeeldige deel is). Samen geven de spanningen bij X en Y een complex getal aan, en de tekening hierboven (links) toont het Argand-vlak waarop complexe gewaardeerde grootheden als kleur worden weergegeven. We gebruiken een Arduino met twee analoge ingangen en drie analoge uitgangen om van XY (complex getal) naar RGB (rood, groen, blauw) te converteren, volgens de meegeleverde swimled.ino-code.

Deze brengen we als RGB-kleursignalen naar een led-lichtbron. Het resultaat is om rond een kleurenwiel te gaan met fase als hoek, en met de lichtkwaliteit is de signaalsterkte (geluidsniveau). Dit wordt als volgt gedaan met een complex getal naar RGB-kleurmapper:

De complexe kleurenmapper converteert van een grootheid met complexe waarden, typisch uitgevoerd door een homodyne-ontvanger of lock-in-versterker of fase-coherente detector in een gekleurde lichtbron. Doorgaans wordt er meer licht geproduceerd wanneer de sterkte van het signaal groter is. De fase beïnvloedt de tint van de kleur.

Overweeg deze voorbeelden (zoals beschreven in IEEE-conferentiepaper "Rattletale"):

1. Een sterk positief reëel signaal (d.w.z. wanneer X=+10 volt) wordt gecodeerd als helderrood. Een zwak positief reëel signaal, d.w.z. wanneer X=+5 volt, wordt gecodeerd als een zwak rood.
2. Nuluitgang (X=0 en Y=0) presenteert zichzelf als zwart.
3. Een sterk negatief reëel signaal (d.w.z. X=-10 volt) is groen, terwijl een zwak negatief reëel signaal (X=-5 volt) zwak groen is.
4. Sterk denkbeeldige positieve signalen (Y=10v) zijn heldergeel en zwak positief-denkbeeldig (Y=5v) zijn zwakgeel.
5. Negatief denkbeeldige signalen zijn blauw (bijv. helderblauw voor Y=-10v en gedimd blauw voor Y=-5v).
6. Meer in het algemeen is de hoeveelheid geproduceerd licht ongeveer evenredig met een magnitude, R_{XY}=\sqrt{X^2+Y^2}, en de kleur met een fase, \Theta=\arctan(Y/X). Dus een signaal dat even positief reëel en positief imaginair is (dwz \Theta=45 graden) is zwak oranje als het zwak is, fel oranje of sterk (bijv. X=7,07 volt, Y=7,07 volt), en het helderst oranje of zeer sterk, dwz X= 10v en Y=10v, in welk geval de R (rood) en G (groen) LED-componenten vol zijn. Evenzo wordt een signaal dat even positief reëel en negatief denkbeeldig is, zichzelf als paars of violet weergegeven, d.w.z. met de R (rood) en B (blauw) LED-componenten beide tegelijk aan. Dit levert een zwak violet of helder violet op, in overeenstemming met de grootte van het signaal.[link]

De uitgangen X=augmented reality, en Y=augmented imaginality, van elke fasecoherente detector, lock-in-versterker of homodyne-ontvanger worden daarom gebruikt om een fenomenologisch verbeterde realiteit over een gezichtsveld of gezichtsveld te leggen, waardoor een mate van akoestische respons als visuele overlay.

Speciale dank aan een van mijn studenten, Jackson, die heeft geholpen met een implementatie van mijn XY naar RGB-converter.

Het bovenstaande is een vereenvoudigde versie, die ik deed om het gemakkelijk te maken om te onderwijzen en uit te leggen. De oorspronkelijke implementatie die ik in de jaren tachtig en begin jaren negentig deed, werkt nog beter, omdat het het kleurenwiel op een perceptueel uniforme manier verdeelt. Zie bijgevoegde Matlab ".m"-bestanden die ik begin jaren negentig schreef om de verbeterde XY-naar-RGB-conversie te implementeren.

Stap 3: Maak een RGB "printkop"

De "printkop" is een RGB LED, met 4 draden om deze aan te sluiten op de uitgang van de XY naar RGB converter.

Sluit eenvoudig 4 draden aan op de LED, één op gemeenschappelijk en één op elk van de klemmen voor de kleuren (rood, groen en blauw).

Speciale dank aan mijn voormalige student, Alex, die heeft geholpen met het samenstellen van een printkop.

Stap 4: Verkrijg of bouw een XY-plotter of ander 3D-positioneringssysteem (inclusief Fusion360-link)

We hebben een soort 3D-positioneringsapparaat nodig. Ik geef er de voorkeur aan om iets te verkrijgen of te bouwen dat gemakkelijk in het XY-vlak beweegt, maar ik heb geen gemakkelijke beweging in de derde (Z) as nodig, omdat dit vrij zeldzaam is (omdat we meestal in een raster scannen). Dus wat we hier hebben, is in de eerste plaats een XY-plotter, maar deze heeft lange rails waardoor deze indien nodig langs de derde as kan worden verplaatst.

De plotter scant de ruimte door een transducer, samen met een lichtbron (RGB LED), door de ruimte te bewegen, terwijl de sluiter van een camera open staat voor de juiste belichtingsduur om elk frame van visueel beeld vast te leggen (een of meer frames, bijvoorbeeld voor een foto of filmbestand).

XY-PLOTTER (Fusion 360-bestand). De mechanica is eenvoudig; elke XYZ- of XY-plotter is voldoende. Hier is de plotter die we gebruiken, 2-dimensionale SWIM (Sequentiële Wave Imprinting Machine): https://a360.co/2KkslB3 De plotter beweegt gemakkelijk in het XY-vlak en beweegt op een meer omslachtige manier in Z, zodat we vegen beelden in 2D uit en ga dan langzaam verder in de Z-as. De link is naar een Fusion 360-bestand. We gebruiken Fusion 360 omdat het cloudgebaseerd is en ons in staat stelt samen te werken tussen MannLab Silicon Valley, MannLab Toronto en MannLab Shenzhen, in 3 tijdzones. Solidworks is daar nutteloos voor! (We gebruiken Solidworks niet meer omdat we te veel problemen hadden met versie-forking over tijdzones, omdat we vroeger veel tijd besteedden aan het samenstellen van verschillende bewerkingen van Solidworks-bestanden. Het is essentieel om alles op één plek te bewaren en Fusion 360 doet dat heel goed.)

Stap 5: Maak verbinding met een lock-in-versterker

Het apparaat meet geluidsgolven ten opzichte van een bepaalde referentiefrequentie.

De geluidsgolven worden door een ruimte gemeten door middel van een mechanisme dat een microfoon of luidspreker door de ruimte beweegt.

We kunnen het interferentiepatroon tussen twee luidsprekers zien door een microfoon door de ruimte te bewegen, samen met de RGB-led, terwijl fotografische media worden blootgesteld aan de bewegende lichtbron.

Als alternatief kunnen we een luidspreker door de ruimte verplaatsen om de capaciteit van een reeks microfoons om te luisteren te fotograferen. Hierdoor ontstaat een soort bug-sweeper die het vermogen van sensoren (microfoons) om waar te nemen, waarneemt.

Het waarnemen van sensoren en het waarnemen van hun waarnemingsvermogen wordt metaveillance genoemd en wordt in detail beschreven in de volgende onderzoekspaper:

AANSLUITEN:

De foto's in deze Instructable zijn gemaakt door een signaalgenerator aan te sluiten op een luidspreker en op de referentie-ingang van een lock-in-versterker, terwijl een RGB-LED samen met de luidspreker wordt verplaatst. Een Arduino werd gebruikt om een fotografische camera te synchroniseren met de bewegende LED.

De specifieke lock-in-versterker die hier wordt gebruikt, is de SYSU x Mannlab Scientific Outstrument™ die speciaal is ontworpen voor augmented reality, hoewel je je eigen lock-in-versterker kunt bouwen (een hobby van mij uit mijn jeugd was het fotograferen van geluidsgolven en radiogolven, dus ik hebben hiervoor een aantal lock-in versterkers gebouwd, zoals beschreven in

wearcam.org/par).

Je kunt de rol van spreker(s) en microfoon(s) verwisselen. Op deze manier kun je geluidsgolven, of metageluidsgolven, meten.

Welkom in de wereld van de fenomenologische realiteit. Voor meer informatie, zie ook

Stap 6: fotografeer en deel uw resultaten

Zie enkele van mijn vorige Instructables voor een korte handleiding over het fotograferen van golven, zoals:

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

en

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

Veel plezier en klik op "Ik heb het gehaald" om je resultaten te delen, en ik zal je graag constructieve hulp en hints bieden over hoe je plezier kunt hebben met de fenomenologische realiteit.

Stap 7: Voer wetenschappelijke experimenten uit

Hier kunnen we bijvoorbeeld een vergelijking zien tussen een microfoonarray met 6 elementen en een microfoonarray met 5 elementen.

We kunnen zien dat wanneer er een oneven aantal elementen is, we eerder een mooiere centrale lob krijgen, en dus soms "minder is meer" (bijv. 5 microfoons zijn soms beter dan zes, wanneer we proberen om beamforming te doen).

Stap 8: Probeer het onder water

Tweede plaats in de kleuren van de regenboogwedstrijd