იხილეთ ხმის ტალღები ფერადი შუქის გამოყენებით (RGB LED): 10 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:18

SteveMannEyeTap ჰუმანისტური ინტელექტი დაიცავით მეტი ავტორის მიერ:

შესახებ: მე გავიზარდე იმ დროს, როდესაც ტექნოლოგიები გამჭვირვალე და ადვილად გასაგები იყო, მაგრამ ახლა საზოგადოება ვითარდება სიგიჟისა და გაუგებრობისკენ. ამიტომ მინდოდა ტექნოლოგია ადამიანური გამეხადა. 12 წლის ასაკში მე ვ… მეტი სტივმენის შესახებ »

აქ თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ ხმის ტალღები და დააკვირდეთ ორი ან მეტი გადამცემის მიერ ჩარევის შაბლონებს, რადგან მათ შორის მანძილი განსხვავებულია. (მარცხნივ, ჩარევის ნიმუში ორი მიკროფონით 40,000 ციკლი წამში; ზედა მარჯვენა, ერთი მიკროფონი 3520 cps; ქვედა მარჯვნივ, ერთი მიკროფონი 7040cps).

ხმის ტალღები მართავს ფერადი LED- ს, ხოლო ფერი არის ტალღის ფაზა, ხოლო სიკაშკაშე არის ამპლიტუდა.

X-Y პლოტერი გამოიყენება ხმის ტალღების გამოსახატავად და ექსპერიმენტების ჩასატარებლად ფენომენოლოგიურ გადიდებულ რეალობაზე ("რეალური რეალობა" ™), თანმიმდევრული ტალღის ამობეჭდვის აპარატის (SWIM) საშუალებით.

მადლობები:

პირველ რიგში მინდა მადლობა გადავუხადო ბევრ ადამიანს, ვინც დაეხმარა ამ პროექტში, რომელიც დაიწყო ჩემი ბავშვობის ჰობიდან, რადიოტალღების და ხმის ტალღების გადაღებაზე (https://wearcam.org/par). მადლობა მრავალ წარსულსა და ახლანდელ სტუდენტს, მათ შორის რაიანს, მაქსს, ალექსს, არკინს, სენს და ჯექსონს და სხვა MannLab– ში, მათ შორის კაილსა და დანიელს. ასევე მადლობა სტეფანიას (12 წლის) დაკვირვებისთვის, რომ ულტრაბგერითი გადამყვანების ფაზა შემთხვევითია და დახმარებისათვის, რათა მოხდეს მათი დალაგება ფაზად ორ გროვად: "Stephative" (Stephanie positive) და "Stegative" "(სტეფანია უარყოფითი). მადლობა არკინს, Visionertech- ს, Shenzhen Investment Holdings- ს და პროფესორ ვანგს (SYSU).

ნაბიჯი 1: ტალღების გამოსახატავად ფერების გამოყენების პრინციპი

ძირითადი იდეა არის ფერის გამოყენება ტალღების წარმოსადგენად, როგორიცაა ხმის ტალღები.

აქ ჩვენ ვხედავთ მარტივ მაგალითს, რომელშიც მე გამოვიყენე ფერი ელექტრული ტალღების საჩვენებლად.

ეს გვაძლევს ვიზუალურად ვიზუალიზაციას, მაგალითად, ფურიეს გარდაქმნას, ან ტალღაზე დაფუძნებულ ნებისმიერ სხვა სიგნალს.

მე გამოვიყენე ეს როგორც წიგნის ყდა, რომელიც მე შევიმუშავე [Advances in Machine Vision, 380 გვ., აპრილი 1992], ასევე წიგნში შეტანილი რამდენიმე თავით.

ნაბიჯი 2: შექმენით ხმის ფერი კონვერტორი

ბგერის ფერში გადასაყვანად, ჩვენ უნდა შევქმნათ ხმის ფერის გადამყვანი.

ხმა მოდის ჩაკეტილი გამაძლიერებლის გამომავალიდან, რომელიც მითითებულია ხმის ტალღების სიხშირეზე, როგორც ეს განმარტებულია ჩემს წინა ინსტრუქციებში, ასევე ჩემს გამოქვეყნებულ ნაშრომებში.

ჩაკეტილი გამაძლიერებლის გამომავალი არის კომპლექსური ღირებულებითი გამომავალი, რომელიც ჩნდება ორ ტერმინალზე (ბევრი გამაძლიერებელი იყენებს BNC კონექტორებს მათი გამოსასვლელად), ერთი "X"-სთვის (ფაზის კომპონენტი, რომელიც არის რეალური ნაწილი) და ერთი "Y" (კვადრატის კომპონენტი, რომელიც წარმოსახვითი ნაწილია). ერთად ძაბვები X და Y აღნიშნავს კომპლექსურ რიცხვს, ხოლო ზემოთ ნახატი (მარცხნივ) ასახავს არგანდის სიბრტყეს, რომელზედაც კომპლექსური ღირებულებების რაოდენობა ნაჩვენებია როგორც ფერი. ჩვენ ვიყენებთ Arduino– ს ორი ანალოგური შეყვანისა და სამი ანალოგური გამომავალით XY– დან (კომპლექსური რიცხვი) RGB– ში (წითელი, მწვანე, ლურჯი ფერი), როგორც მოწოდებულია swiled.ino კოდის მიხედვით.

ჩვენ ამას გამოვყოფთ როგორც RGB ფერის სიგნალებს LED სინათლის წყაროსთან. შედეგი არის ფერადი ბორბლის გარშემო ფაზა კუთხის სახით, ხოლო სინათლის ხარისხთან არის სიგნალის სიძლიერე (ხმის დონე). ეს კეთდება კომპლექსური რიცხვით RGB ფერის შემდგენელზე, შემდეგნაირად:

კომპლექსური ფერის შემდგენელი გადადის კომპლექსური მნიშვნელობის სიდიდედან, რომელიც ჩვეულებრივ გამოდის ჰომოდინის მიმღებიდან ან ჩაკეტილი გამაძლიერებელიდან ან ფაზის თანმიმდევრული დეტექტორიდან ფერად სინათლის წყაროდ. როგორც წესი, უფრო მეტი სინათლე იწარმოება, როდესაც სიგნალის სიდიდე უფრო დიდია. ფაზა გავლენას ახდენს ფერის ტონალობაზე.

განვიხილოთ ეს მაგალითები (როგორც ეს ასახულია IEEE კონფერენციის ნაშრომში "Rattletale"):

1. ძლიერი დადებითი რეალური სიგნალი (ანუ როდესაც X =+10 ვოლტი) დაშიფრულია როგორც ნათელი წითელი. სუსტად დადებითი რეალური სიგნალი, ანუ როდესაც X =+5 ვოლტი დაშიფრულია როგორც მკრთალი წითელი.
2. ნულოვანი გამომავალი (X = 0 და Y = 0) წარმოაჩენს თავს შავად.
3. ძლიერი უარყოფითი რეალური სიგნალი (ანუ X = -10 ვოლტი) არის მწვანე, ხოლო სუსტად უარყოფითი რეალური (X = -5 ვოლტი) მუქი მწვანე.
4. ძლიერ წარმოსახვითი დადებითი სიგნალები (Y = 10v) არის ღია ყვითელი, ხოლო სუსტად პოზიტიურ-წარმოსახვითი (Y = 5v) არის მკრთალი ყვითელი.
5. უარყოფითად წარმოსახვითი სიგნალები არის ლურჯი (მაგ. ნათელი ლურჯი Y = -10v და მუქი ლურჯი Y = -5v).
6. უფრო ზოგადად, წარმოქმნილი სინათლის რაოდენობა არის დაახლოებით პროპორციული სიდიდის, R_ {XY} = / sqrt {X^2+Y^2} და ფერი ფაზაში, / Theta = / arctan (Y/X). ასე რომ სიგნალი თანაბრად დადებითი რეალური და დადებითი წარმოსახვითი (ანუ / თეტა = 45 გრადუსი) არის მკრთალი ნარინჯისფერი თუ სუსტი, ძლიერი ნარინჯისფერი ძლიერი (მაგ. X = 7.07 ვოლტი, Y = 7.07 ვოლტი) და ყველაზე ნათელი ნარინჯისფერი ძალიან ძლიერი, ანუ X = 10v და Y = 10v, ამ შემთხვევაში R (წითელი) და G (მწვანე) LED კომპონენტები სრულად არის ჩართული. ანალოგიურად, სიგნალი, რომელიც ერთნაირად დადებითია რეალური და უარყოფითი წარმოსახვითი, იძენს მეწამულს ან იისფერს, ანუ R (წითელი) და B (ლურჯი) LED კომპონენტებით ორივე ერთად. ეს აწარმოებს დაბნელებულ იისფერს ან ნათელ იისფერს, სიგნალის სიდიდის შესაბამისად. [ბმული]

გამომავალი X = გადიდებული რეალობა და Y = გადიდებული წარმოსახვა, ნებისმიერი ფაზის თანმიმდევრული დეტექტორი, ჩაკეტვის გამაძლიერებელი ან ჰომოდინის მიმღები, ამიტომ გამოიყენება ფენომენოლოგიურად გადიდებული რეალობის გადაფარვისთვის ხედვის ან ხედვის ველზე, რითაც აჩვენებს ხარისხს აკუსტიკური პასუხი ვიზუალური გადახურვის სახით.

განსაკუთრებული მადლობა ერთ ჩემს სტუდენტს, ჯექსონს, რომელიც დაეხმარა ჩემი XY to RGB გადამყვანის განხორციელებაში.

ზემოაღნიშნული არის გამარტივებული ვერსია, რომელიც გავაკეთე იმისათვის, რომ გამეადვილებინა სწავლება და ახსნა. თავდაპირველი განხორციელება, რომელიც მე 1980 -იან წლებში და 1990 -იანი წლების დასაწყისში გავაკეთე, კიდევ უფრო კარგად მუშაობს, რადგან ის ათავსებს ფერის ბორბალს აღქმის ერთგვაროვანი გზით. იხილეთ თანდართული Matlab ფაილები.

ნაბიჯი 3: გააკეთეთ RGB "ბეჭდვის თავი"

"ბეჭდვის თავი" არის RGB LED, რომელსაც აქვს 4 მავთული, რომელიც მას XY to RGB გადამყვანის გამომავალთან აკავშირებს.

უბრალოდ შეუერთეთ 4 მავთული LED- ს, ერთი საერთო და ერთი თითოეულ ტერმინალს ფერისთვის (წითელი, მწვანე და ლურჯი).

განსაკუთრებული მადლობა ჩემს ყოფილ სტუდენტს, ალექსს, რომელიც დაეხმარა ბეჭდვის თავის შედგენაში.

ნაბიჯი 4: მიიღეთ ან შექმენით XY პლოტერი ან სხვა 3D პოზიციონირების სისტემა (მოყვება Fusion360 ბმული)

ჩვენ გვჭირდება 3D პოზიციონირების მოწყობილობა. მე მირჩევნია მოვიპოვო ან ავაშენო ის, რაც ადვილად მოძრაობს XY სიბრტყეში, მაგრამ მე არ მოვითხოვ მარტივ მოძრაობას მესამე (Z) ღერძზე, რადგან ეს საკმაოდ იშვიათია (რადგან ჩვენ ჩვეულებრივ რასტერში ვამოწმებთ). ამრიგად, ის, რაც აქ გვაქვს, უპირველეს ყოვლისა, არის XY პლოტერი, მაგრამ მას აქვს გრძელი რელსები, რაც საჭიროების შემთხვევაში საშუალებას აძლევს მას გადაადგილდეს მესამე ღერძის გასწვრივ.

პლოტერი სკანირებას უკეთებს სივრცეს ტრანსფორმატორის გადაადგილებით, სინათლის წყაროსთან ერთად (RGB LED) სივრცეში, ხოლო კამერის ჩამკეტი ღიაა ექსპოზიციის სწორი ხანგრძლივობისთვის ვიზუალური გამოსახულების თითოეული კადრის გადასაღებად (ერთი ან მეტი) ჩარჩოები, მაგ. სურათის ან ფილმის ფაილისთვის).

XY-PLOTTER (Fusion 360 ფაილი). მექანიკა მარტივია; ნებისმიერი XYZ ან XY შემდგენელი გააკეთებს. აქ არის პლოტერი, რომელსაც ჩვენ ვიყენებთ, 2-განზომილებიანი SWIM (თანმიმდევრული ტალღის ამობეჭდვის მანქანა): https://a360.co/2KkslB3 პლოტერი ადვილად მოძრაობს XY სიბრტყეში და მოძრაობს უფრო რთულად Z– ში, გამოუშვით სურათები 2D- ში და შემდეგ ნელა მიიწიეთ Z ღერძზე. ბმული არის Fusion 360 ფაილზე. ჩვენ ვიყენებთ Fusion 360-ს, რადგან ის არის ღრუბელზე დაფუძნებული და საშუალებას გვაძლევს ვითანამშრომლოთ MannLab Silicon Valley- ს, MannLab Toronto- სა და MannLab Shenzhen- ს შორის, 3 დროის ზონაში. Solidworks აზრი არ აქვს ამის გაკეთებას! (ჩვენ აღარ ვიყენებთ Solidworks– ს, რადგან ჩვენ გვქონდა ძალიან ბევრი პრობლემა ვერსიების გაყალბებასთან დროის ზონებში, რადგანაც ჩვენ დიდ დროს ვხარჯავდით Solidworks– ის ფაილების სხვადასხვა რედაქტირების შესაქმნელად. აუცილებელია ყველაფრის ერთ ადგილას შენახვა და Fusion 360 ამას ნამდვილად კარგად აკეთებს.)

ნაბიჯი 5: დაუკავშირდით ჩაკეტვის გამაძლიერებელს

აპარატი ზომავს ხმის ტალღებს კონკრეტული საცნობარო სიხშირის მიმართ.

ხმის ტალღები იზომება მთელ სივრცეში, მექანიზმის საშუალებით, რომელიც მოძრაობს მიკროფონს ან დინამიკს მთელს სივრცეში.

ჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ ჩარევის ნიმუში ორ დინამიკს შორის მიკროფონის გადაადგილებით სივრცეში, RGB LED– თან ერთად, ხოლო ფოტოგრაფიული მედიის გამოვლენა მოძრავი სინათლის წყაროსთან.

გარდა ამისა, ჩვენ შეგვიძლია სპიკერი გადავიტანოთ სივრცეში, რათა გადავიღოთ მიკროფონების მასივის მოსასმენად. ეს ქმნის შეცდომების გამწმენდის ფორმას, რომელიც გრძნობს სენსორების (მიკროფონების) შეგრძნების უნარს.

სენსორების შეგრძნებას და მათი შეგრძნების უნარს ეწოდება მეტავეილენსი და დეტალურად არის აღწერილი შემდეგ კვლევით ნაშრომში:

დაკავშირება:

ამ ინსტრუქციის სურათები გადაღებულია სიგნალის გენერატორის სპიკერთან, ასევე ჩაკეტილი გამაძლიერებლის საცნობარო შეყვანისას, ხოლო RGB LED სპიკერთან ერთად გადაადგილებით. არდუინო გამოიყენებოდა ფოტოგრაფიული კამერის სინქრონიზაციისათვის მოძრავ LED- თან.

აქ გამოყენებული სპეციფიური ჩაკეტვის გამაძლიერებელი არის SYSU x Mannlab Scientific Outstrument ™, რომელიც შექმნილია სპეციალურად გაძლიერებული რეალობისთვის, თუმცა თქვენ შეგიძლიათ შექმნათ თქვენი საკუთარი საკეტი გამაძლიერებელი (ჩემი ბავშვობის ჰობი იყო ხმის ტალღების და რადიოტალღების გადაღება, ასე რომ, მე ამ მიზნით ააშენეს მრავალი საკეტი გამაძლიერებელი, როგორც ეს აღწერილია

wearcam.org/par).

თქვენ შეგიძლიათ გაცვალოთ სპიკერი (ები) და მიკროფონი (ები). ამ გზით თქვენ შეგიძლიათ გაზომოთ ხმოვანი ტალღები, ან მეტა ბგერითი ტალღები.

კეთილი იყოს თქვენი მობრძანება ფენომენოლოგიური რეალობის სამყაროში. დამატებითი ინფორმაციისთვის იხილეთ ასევე

ნაბიჯი 6: გადაიღეთ და გაუზიარეთ თქვენი შედეგები

ტალღების გადაღების სწრაფი სახელმძღვანელოსთვის იხილეთ ჩემი წინა ინსტრუქციები, როგორიცაა:

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

და

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

გაერთეთ და დააწკაპუნეთ "მე მოვახერხე" თქვენი შედეგების გასაზიარებლად და მე სიამოვნებით შემოგთავაზებთ კონსტრუქციულ დახმარებას და მინიშნებებს, თუ როგორ უნდა გაერთოთ ფენომენოლოგიურ რეალობაში.

ნაბიჯი 7: ჩაატარეთ სამეცნიერო ექსპერიმენტები

აქ ჩვენ შეგვიძლია ვნახოთ, მაგალითად, შედარება 6-ელემენტიანი მიკროფონის მასივსა და 5-ელემენტიანი მიკროფონის მასივს შორის.

ჩვენ ვხედავთ, რომ როდესაც არსებობს უცნაური რაოდენობის ელემენტები, ჩვენ ვიღებთ უფრო ლამაზ ცენტრალურ ლობუსს, რაც ხდება ადრე და, შესაბამისად, ზოგჯერ "ნაკლები არის მეტი" (მაგალითად, 5 მიკროფონი ზოგჯერ უკეთესია ვიდრე ექვსი, როდესაც ჩვენ ვცდილობთ გავაკეთოთ სხივების ფორმირება).

ნაბიჯი 8: სცადეთ წყალქვეშ

Rainbow in the Colors of Rainbow კონკურსი