شاهد موجات الصوت باستخدام الضوء الملون (RGB LED): 10 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

بواسطة SteveMannEye انقر فوق الذكاء الإنساني تابع المزيد من المؤلف:

حول: لقد نشأت في وقت كانت فيه التقنيات شفافة وسهلة الفهم ، ولكن المجتمع الآن يتطور نحو الجنون وعدم الفهم. لذلك أردت أن أجعل التكنولوجيا بشرية. في سن الثانية عشرة ، كنت … المزيد عن SteveMann »

هنا يمكنك رؤية الموجات الصوتية ومراقبة أنماط التداخل التي تم إجراؤها بواسطة محولين أو أكثر حيث تتنوع المسافات بينهما. (في أقصى اليسار ، نمط تداخل مع ميكروفونين بسرعة 40 ألف دورة في الثانية ؛ أعلى اليمين ، ميكروفون فردي بسرعة 3520 سنت في الثانية ؛ أسفل اليمين ، ميكروفون فردي بسرعة 7040 سنت في الثانية).

تعمل الموجات الصوتية على تشغيل مؤشر LED ملون ، واللون هو مرحلة الموجة ، والسطوع هو السعة.

يستخدم الراسم X-Y لرسم الموجات الصوتية وإجراء تجارب على الواقع المعزز الظاهراتي ("Real Reality" ™) ، عن طريق آلة طباعة الموجة المتتابعة (SWIM).

شكر وتقدير:

أولاً ، أود أن أشيد بالعديد من الأشخاص الذين ساعدوا في هذا المشروع الذي بدأ كهواية طفولتي ، حيث قاموا بتصوير موجات الراديو والموجات الصوتية (https://wearcam.org/par). شكرًا لك على العديد من الطلاب السابقين والحاليين ، بما في ذلك Ryan و Max و Alex و Arkin و Sen و Jackson وآخرين في MannLab ، بما في ذلك Kyle و Daniel. شكرًا أيضًا لستيفاني (12 عامًا) لملاحظة أن مرحلة محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية عشوائية ، وللمساعدة في ابتكار طريقة لفرزها حسب الطور إلى أكوام: `` Stephative '' (ستيفاني إيجابية) و `` Stegative '' (ستيفاني سلبي). بفضل Arkin و Visionertech و Shenzhen Investment Holdings والبروفيسور وانغ (SYSU).

الخطوة 1: مبدأ استخدام الألوان لتمثيل الموجات

الفكرة الأساسية هي استخدام اللون لتمثيل الموجات ، مثل الموجات الصوتية.

نرى هنا مثالًا بسيطًا استخدمت فيه اللون لإظهار الموجات الكهربائية.

يتيح لنا ذلك تصور ، على سبيل المثال ، تحويل فورييه ، أو أي إشارة كهربائية أخرى قائمة على الموجة ، بصريًا.

لقد استخدمت هذا كغلاف كتاب صممته [Advances in Machine Vision، 380pp، April 1992] ، جنبًا إلى جنب مع بعض الفصول التي ساهمت بها في الكتاب.

الخطوة 2: بناء محول الصوت إلى اللون

لتحويل الصوت إلى لون ، نحتاج إلى إنشاء محول صوت إلى لون.

يأتي الصوت من إخراج مضخم صوت مغلق يُشار إليه بتردد موجات الصوت ، كما هو موضح في بعض Instructables السابقة ، وكذلك بعض أوراقي المنشورة.

ناتج مضخم القفل هو إخراج ذو قيمة معقدة ، يظهر على طرفين (تستخدم العديد من مكبرات الصوت موصلات BNC لمخرجاتها) ، أحدهما لـ "X" (المكون في الطور وهو الجزء الحقيقي) والآخر لـ "Y" (المكون التربيعي وهو الجزء التخيلي). تشير الفولتية الموجودة عند X و Y معًا إلى رقم مركب ، والرسم أعلاه (على اليسار) يصور مستوى Argand الذي يتم عرض الكميات ذات القيمة المعقدة على أنها لون. نستخدم Arduino مع مدخلين تناظريين وثلاثة مخرجات تناظرية للتحويل من XY (رقم مركب) إلى RGB (أحمر ، أخضر ، أزرق اللون) ، وفقًا لكود swimled.ino المزود.

نخرجها كإشارات ألوان RGB لمصدر ضوء LED. والنتيجة هي الالتفاف حول عجلة الألوان مع وجود المرحلة كزاوية ، وبجودة الضوء تكون قوة الإشارة (مستوى الصوت). يتم ذلك برقم معقد لمعيِّن الألوان RGB ، على النحو التالي:

يتحول مخطط اللون المعقد من كمية ذات قيمة معقدة ، عادةً ما يتم إخراجها من جهاز استقبال متجانس أو مضخم مغلق أو كاشف متماسك طوري إلى مصدر ضوء ملون. عادةً ما يتم إنتاج المزيد من الضوء عندما يكون حجم الإشارة أكبر. تؤثر المرحلة على تدرج اللون.

ضع في اعتبارك هذه الأمثلة (كما هو موضح في ورقة مؤتمر IEEE "Rattletale"):

1. إشارة حقيقية موجبة قوية (أي عندما X = + 10 فولت) يتم ترميزها باللون الأحمر الفاتح. إشارة حقيقية موجبة بشكل ضعيف ، أي عندما X = + 5 فولت ، يتم ترميزها على أنها حمراء قاتمة.
2. الناتج الصفري (X = 0 و Y = 0) يقدم نفسه على أنه أسود.
3. الإشارة الحقيقية السلبية القوية (أي X = -10 فولت) تكون خضراء ، في حين أن الإشارة الحقيقية السلبية الضعيفة (X = -5 فولت) تكون خضراء قاتمة.
4. الإشارات الإيجابية الخيالية القوية (Y = 10v) صفراء ساطعة ، والأصفر الخافت الموجب (Y = 5v) أصفر خافت.
5. الإشارات التخيلية السلبية باللون الأزرق (على سبيل المثال ، الأزرق الساطع لـ Y = -10v والأزرق الخافت لـ Y = -5v).
6. بشكل عام ، تتناسب كمية الضوء الناتج تقريبًا مع الحجم ، R_ {XY} = / sqrt {X ^ 2 + Y ^ 2} ، واللون بالنسبة للطور ، / Theta = / arctan (Y / X). لذا فإن الإشارة الموجبة المتساوية الحقيقية والإيجابية التخيلية (أي / Theta = 45 درجة) تكون برتقالية قاتمة إذا كانت ضعيفة ، وبرتقالية زاهية قوية (على سبيل المثال X = 7.07 فولت ، Y = 7.07 فولت) ، وبرتقالية لامعة من قوية جدًا ، أي X = 10v و Y = 10v ، وفي هذه الحالة تكون مكونات LED R (الأحمر) و G (الأخضر) ممتلئة. وبالمثل ، فإن الإشارة التي تكون موجبة بشكل متساوٍ في التخيل الحقيقي والسلبي تظهر نفسها على أنها أرجوانية أو بنفسجية ، أي مع مكونات LED R (الأحمر) و B (الأزرق) معًا. ينتج عن هذا اللون البنفسجي الخافت أو البنفسجي الساطع ، وفقًا لحجم الإشارة. [رابط]

تُستخدم المخرجات X = الواقع المعزز ، و Y = الخيال المعزز ، لأي كاشف مترابط الطور ، أو مضخم قفل ، أو مستقبل متجانسة لتراكب الواقع المعزز بشكل ظاهري على مجال الرؤية أو الرؤية ، وبالتالي إظهار درجة من استجابة صوتية كتراكب بصري.

شكر خاص لأحد طلابي ، جاكسون ، الذي ساعد في تنفيذ محول XY إلى RGB الخاص بي.

ما ورد أعلاه هو نسخة مبسطة ، وهو ما فعلته لتسهيل التدريس والشرح. يعمل التطبيق الأصلي الذي قمت به في الثمانينيات وأوائل التسعينيات بشكل أفضل ، لأنه يباعد عجلة الألوان بطريقة موحدة بشكل مدرك. انظر ملفات Matlab المرفقة ".m" التي كتبتها في أوائل التسعينيات لتنفيذ تحويل XY المحسن إلى RGB.

الخطوة 3: عمل "رأس طباعة" RGB

"رأس الطباعة" هو RGB LED ، مع 4 أسلاك لتوصيله بإخراج محول XY إلى RGB.

ما عليك سوى توصيل 4 أسلاك بمصباح LED ، وواحد بالمشترك ، وواحد بكل من أطراف التوصيل للألوان (أحمر ، وأخضر ، وأزرق).

شكر خاص لطالبتي السابقة ، أليكس ، التي ساعدت في تجميع رأس الطباعة.

الخطوة 4: الحصول على أو إنشاء رسم تخطيطي XY أو نظام تحديد المواقع ثلاثي الأبعاد (مرفق رابط Fusion360)

نحن نطلب نوعًا من جهاز تحديد المواقع ثلاثي الأبعاد. أفضل الحصول على أو بناء شيء يتحرك بسهولة في المستوى XY ، لكنني لا أحتاج إلى حركة سهلة في المحور الثالث (Z) ، لأن هذا نادر جدًا (نظرًا لأننا عادةً ما نقوم بالمسح في خطوط المسح). وبالتالي فإن ما لدينا هنا هو في الأساس رسام XY ولكن له قضبان طويلة تسمح بتحريكه على طول المحور الثالث عند الضرورة.

يقوم الراسم بمسح المساحة ، عن طريق تحريك محول الطاقة ، مع مصدر الضوء (RGB LED) ، عبر الفضاء ، بينما يكون مصراع الكاميرا مفتوحًا لمدة التعرض الصحيحة لالتقاط كل إطار من الصورة المرئية (واحد أو أكثر الإطارات ، على سبيل المثال لصور ثابتة أو ملف فيلم).

XY-PLOTTER (ملف Fusion 360). الميكانيكا بسيطة ؛ أي راسمة XYZ أو XY ستفعل. ها هو الراسم الذي نستخدمه ، SWIM ثنائي الأبعاد (آلة طباعة الموجة المتسلسلة): https://a360.co/2KkslB3 يتحرك الراسم بسهولة في المستوى XY ، ويتحرك بطريقة أكثر تعقيدًا في Z ، بحيث نكتسح إخراج الصور في 2D ثم تقدم في المحور Z ببطء. الرابط هو ملف فيوجن 360. نحن نستخدم Fusion 360 لأنه قائم على السحابة ويتيح لنا التعاون بين MannLab Silicon Valley و MannLab Toronto و MannLab Shenzhen ، عبر 3 مناطق زمنية. سوليدووركس غير مجدية للقيام بذلك! (لم نعد نستخدم Solidworks لأننا واجهنا العديد من المشكلات مع إصدار تفرعات عبر المناطق الزمنية حيث اعتدنا قضاء الكثير من الوقت في تجميع تعديلات مختلفة لملفات Solidworks. من الضروري الاحتفاظ بكل شيء في مكان واحد ويقوم Fusion 360 بذلك بشكل جيد حقًا.)

الخطوة 5: قم بتوصيله بمكبر صوت مغلق

يقيس الجهاز الموجات الصوتية فيما يتعلق بتردد مرجعي معين.

يتم قياس الموجات الصوتية في جميع أنحاء الفضاء ، عن طريق آلية تحرك ميكروفون أو مكبر صوت في جميع أنحاء الفضاء.

يمكننا أن نرى نمط التداخل بين اثنين من مكبرات الصوت عن طريق تحريك ميكروفون عبر الفضاء ، جنبًا إلى جنب مع RGB LED ، مع تعريض الوسائط الفوتوغرافية لمصدر الضوء المتحرك.

بدلاً من ذلك ، يمكننا تحريك مكبر صوت عبر الفضاء لتصوير قدرة مجموعة من الميكروفونات على الاستماع. هذا يخلق شكلاً من أشكال كاسحة الحشرات التي تستشعر قدرة المستشعرات (الميكروفونات) على الإحساس.

يُطلق على أجهزة الاستشعار واستشعار قدرتها على الإحساس اسم المراقبة الوصفية ويتم وصفها بالتفصيل في ورقة البحث التالية:

توصيله:

تم التقاط الصور الموجودة في Instructable عن طريق توصيل مولد إشارة بمكبر صوت بالإضافة إلى الإدخال المرجعي لمكبر صوت مغلق ، أثناء تحريك RGB LED مع السماعة. تم استخدام Arduino لمزامنة كاميرا فوتوغرافية مع مؤشر LED المتحرك.

مضخم القفل المحدد المستخدم هنا هو SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™ المصمم خصيصًا للواقع المعزز ، على الرغم من أنه يمكنك بناء مكبر الصوت الخاص بك (كانت هواية الطفولة هي تصوير الموجات الصوتية وموجات الراديو ، لذلك أنا قاموا ببناء عدد من مكبرات الصوت المثبتة لهذا الغرض ، كما هو موضح في

wearcam.org/par).

يمكنك تبادل دور المتحدث (المتحدثين) والميكروفون (الميكروفونات). بهذه الطريقة يمكنك قياس الموجات الصوتية أو الموجات الصوتية الفوقية.

مرحبًا بكم في عالم الواقع الظواهر. لمزيد من المعلومات ، راجع أيضًا

الخطوة 6: تصوير نتائجك ومشاركتها

للحصول على دليل سريع حول كيفية تصوير الأمواج ، راجع بعض إرشاداتي السابقة مثل:

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

و

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

استمتع ، وانقر على "لقد نجحت" لمشاركة نتائجك ، وسأكون سعيدًا بتقديم مساعدة بناءة وتلميحات حول كيفية الاستمتاع بالواقع الظاهراتي.

الخطوة السابعة: إجراء التجارب العلمية

هنا يمكننا أن نرى ، على سبيل المثال ، مقارنة بين مجموعة ميكروفون مكونة من 6 عناصر ومجموعة ميكروفون مكونة من 5 عناصر.

يمكننا أن نرى أنه عندما يكون هناك عدد فردي من العناصر ، فإننا نحصل على فص مركزي أجمل يحدث في وقت أقرب ، وبالتالي في بعض الأحيان يكون "الأقل أكثر" (على سبيل المثال ، 5 ميكروفونات تكون أحيانًا أفضل من ستة ، عندما نحاول القيام بتكوين الحزمة).

الخطوة 8: جربها تحت الماء

الوصيف في مسابقة ألوان قوس قزح