रंगीन प्रकाश का उपयोग करते हुए ध्वनि तरंगें देखें (RGB LED): 10 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

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यहां आप ध्वनि तरंगों को देख सकते हैं और दो या दो से अधिक ट्रांसड्यूसर द्वारा बनाए गए हस्तक्षेप पैटर्न का निरीक्षण कर सकते हैं क्योंकि उनके बीच की दूरी अलग-अलग है। (बाईं ओर, 40,000 चक्र प्रति सेकेंड पर दो माइक्रोफ़ोन के साथ हस्तक्षेप पैटर्न; शीर्ष दाएं, 3520 सीपीएस पर एकल माइक्रोफ़ोन; नीचे दाएं, 7040 सीपीएस पर एकल माइक्रोफ़ोन)।

ध्वनि तरंगें एक रंग एलईडी चलाती हैं, और रंग तरंग का चरण है, और चमक आयाम है।

एक एक्स-वाई प्लॉटर का उपयोग ध्वनि तरंगों की साजिश रचने और अनुक्रमिक वेव इम्प्रिंटिंग मशीन (एसडब्ल्यूआईएम) के माध्यम से घटनात्मक संवर्धित वास्तविकता ("रियल रियलिटी" ™) पर प्रयोग करने के लिए किया जाता है।

स्वीकृतियां:

सबसे पहले मैं उन कई लोगों को स्वीकार करना चाहता हूं जिन्होंने इस परियोजना में मदद की है, जो मेरे बचपन के शौक के रूप में शुरू हुई थी, रेडियो तरंगों और ध्वनि तरंगों को फोटोग्राफ करना (https://wearcam.org/par)। रयान, मैक्स, एलेक्स, आर्किन, सेन और जैक्सन सहित कई अतीत और वर्तमान छात्रों के लिए धन्यवाद, और काइल और डैनियल सहित मैनलैब में अन्य। स्टेफ़नी (उम्र १२) के लिए भी धन्यवाद कि अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का चरण यादृच्छिक है, और चरण द्वारा उन्हें दो बवासीर में छाँटने की एक विधि तैयार करने में मदद के लिए: ``स्टेफेटिव'' (स्टेफ़नी सकारात्मक) और `` स्टेगेटिव ' ' (स्टेफ़नी नकारात्मक)। आर्किन, विज़नरटेक, शेनझेन इन्वेस्टमेंट होल्डिंग्स और प्रोफेसर वांग (एसवाईएसयू) को धन्यवाद।

चरण 1: तरंगों का प्रतिनिधित्व करने के लिए रंगों का उपयोग करने का सिद्धांत

मूल विचार तरंगों का प्रतिनिधित्व करने के लिए रंग का उपयोग करना है, जैसे ध्वनि तरंगें।

यहां हम एक सरल उदाहरण देखते हैं जिसमें मैंने विद्युत तरंगों को दिखाने के लिए रंग का उपयोग किया है।

यह हमें कल्पना करने की अनुमति देता है, उदाहरण के लिए, फूरियर रूपांतरण, या कोई अन्य तरंग-आधारित विद्युत संकेत, नेत्रहीन।

मैंने इसे एक पुस्तक कवर के रूप में इस्तेमाल किया जिसे मैंने [मशीन विजन में अग्रिम, ३८०पीपी, अप्रैल १९९२] डिजाइन किया था, साथ ही पुस्तक में कुछ योगदान किए गए अध्यायों के साथ।

चरण 2: ध्वनि से रंग कनवर्टर का निर्माण करें

ध्वनि को रंग में बदलने के लिए, हमें ध्वनि से रंग परिवर्तक बनाने की आवश्यकता है।

ध्वनि ध्वनि तरंगों की आवृत्ति के संदर्भ में लॉक-इन एम्पलीफायर के आउटपुट से आती है, जैसा कि मेरे पिछले कुछ इंस्ट्रक्शंस में बताया गया है, साथ ही मेरे कुछ प्रकाशित पेपर भी हैं।

लॉक-इन एम्पलीफायर का आउटपुट एक जटिल मूल्यवान आउटपुट है, जो दो टर्मिनलों पर दिखाई देता है (कई एम्पलीफायर अपने आउटपुट के लिए बीएनसी कनेक्टर का उपयोग करते हैं), एक "एक्स" के लिए (इन-फेज घटक जो वास्तविक हिस्सा है) और एक के लिए "Y" (चतुर्भुज घटक जो काल्पनिक भाग है)। एक्स और वाई पर मौजूद वोल्टेज एक साथ एक जटिल संख्या को दर्शाते हैं, और ऊपर (बाएं) चित्र में अरगंड विमान को दर्शाया गया है जिस पर जटिल मूल्यवान मात्राएं रंग के रूप में प्रदर्शित होती हैं। हम आपूर्ति किए गए स्विमल्ड.इनो कोड के अनुसार XY (जटिल संख्या) से RGB (लाल, हरा, नीला रंग) में बदलने के लिए दो एनालॉग इनपुट और तीन एनालॉग आउटपुट के साथ एक Arduino का उपयोग करते हैं।

हम इन्हें आरजीबी रंग संकेतों के रूप में एक एलईडी प्रकाश स्रोत में लाते हैं। परिणाम कोण के रूप में चरण के साथ एक रंगीन पहिया के चारों ओर जाना है, और प्रकाश की गुणवत्ता के साथ सिग्नल की ताकत (ध्वनि स्तर) है। यह आरजीबी रंग-मैपर के लिए एक जटिल संख्या के साथ किया जाता है, जो निम्नानुसार है:

जटिल रंग-मैपर एक जटिल-मूल्यवान मात्रा से परिवर्तित होता है, आमतौर पर एक होमोडाइन रिसीवर या लॉक-इन एम्पलीफायर या चरण-सुसंगत डिटेक्टर से रंगीन प्रकाश स्रोत में आउटपुट होता है। आमतौर पर सिग्नल का परिमाण अधिक होने पर अधिक प्रकाश उत्पन्न होता है। चरण रंग के रंग को प्रभावित करता है।

इन उदाहरणों पर विचार करें (जैसा कि आईईईई सम्मेलन पत्र "रैटलटेल" में उल्लिखित है):

1. एक मजबूत सकारात्मक वास्तविक संकेत (अर्थात जब X=+10 वोल्ट) चमकदार लाल के रूप में एन्कोड किया गया है। एक कमजोर सकारात्मक वास्तविक संकेत, यानी जब X=+5 वोल्ट, एक मंद लाल के रूप में एन्कोड किया गया है।
2. शून्य आउटपुट (X=0 और Y=0) स्वयं को काले रंग के रूप में प्रस्तुत करता है।
3. एक मजबूत नकारात्मक वास्तविक संकेत (यानी X=-10 वोल्ट) हरा है, जबकि कमजोर नकारात्मक वास्तविक (X=-5 वोल्ट) मंद हरा है।
4. अत्यधिक काल्पनिक सकारात्मक संकेत (Y=10v) चमकीले पीले होते हैं, और कमजोर सकारात्मक-काल्पनिक (Y=5v) मंद पीले होते हैं।
5. नकारात्मक रूप से काल्पनिक संकेत नीले होते हैं (जैसे Y=-10v के लिए चमकीला नीला और Y=-5v के लिए मंद नीला)।
6. अधिक सामान्यतः, उत्पादित प्रकाश की मात्रा परिमाण के लगभग समानुपाती होती है, R_{XY}=\sqrt{X^2+Y^2}, और एक चरण के रंग, \Theta=\arctan(Y/X)। तो एक संकेत समान रूप से सकारात्मक वास्तविक और सकारात्मक काल्पनिक (यानी / थीटा = 45 डिग्री) कमजोर नारंगी है, मजबूत का उज्ज्वल नारंगी (उदाहरण के लिए एक्स = 7.07 वोल्ट, वाई = 7.07 वोल्ट), और बहुत मजबूत का सबसे चमकीला नारंगी, यानी एक्स = 10v और Y=10v, जिस स्थिति में R (लाल) और G (हरा) एलईडी घटक पूर्ण हैं। इसी तरह एक संकेत जो समान रूप से सकारात्मक वास्तविक और नकारात्मक काल्पनिक है, खुद को बैंगनी या बैंगनी के रूप में प्रस्तुत करता है, यानी आर (लाल) और बी (नीला) एलईडी घटकों के साथ दोनों एक साथ। यह संकेत के परिमाण के अनुसार एक मंद बैंगनी या चमकीला बैंगनी उत्पन्न करता है। [लिंक]

किसी भी चरण-सुसंगत डिटेक्टर, लॉक-इन एम्पलीफायर, या होमोडाइन रिसीवर के आउटपुट एक्स = बढ़ी हुई वास्तविकता, और वाई = बढ़ी हुई कल्पना, इसलिए दृष्टि या दृश्य के क्षेत्र पर एक घटनात्मक रूप से संवर्धित वास्तविकता को ओवरले करने के लिए उपयोग किया जाता है, इस प्रकार एक डिग्री दिखा रहा है एक दृश्य उपरिशायी के रूप में ध्वनिक प्रतिक्रिया।

मेरे छात्रों में से एक, जैक्सन के लिए विशेष धन्यवाद, जिन्होंने मेरे XY को RGB कनवर्टर के कार्यान्वयन में मदद की।

उपरोक्त एक सरलीकृत संस्करण है, जिसे मैंने पढ़ाना और समझाना आसान बनाने के लिए किया। मूल कार्यान्वयन जो मैंने 1980 के दशक और 1990 के दशक की शुरुआत में किया था, वह और भी बेहतर काम करता है, क्योंकि यह रंग चक्र को अवधारणात्मक रूप से समान तरीके से रखता है। संलग्न मैटलैब ".m" फाइलें देखें जिन्हें मैंने 1990 के दशक की शुरुआत में बेहतर XY से RGB रूपांतरण को लागू करने के लिए लिखा था।

चरण 3: RGB "प्रिंट हेड" बनाएं

"प्रिंट हेड" एक आरजीबी एलईडी है, जिसमें 4 तार हैं जो इसे XY के आउटपुट से RGB कनवर्टर से जोड़ते हैं।

बस 4 तारों को एलईडी से, एक को आम से, और एक को रंगों (लाल, हरा और नीला) के लिए प्रत्येक टर्मिनल से कनेक्ट करें।

मेरे पूर्व छात्र, एलेक्स को विशेष धन्यवाद, जिन्होंने एक प्रिंट हेड को एक साथ रखने में मदद की।

चरण 4: XY प्लॉटर या अन्य 3D पोजिशनिंग सिस्टम प्राप्त करें या बनाएं (Fusion360 लिंक शामिल है)

हमें किसी प्रकार के 3D पोजिशनिंग डिवाइस की आवश्यकता है। मैं कुछ ऐसा प्राप्त करना या बनाना पसंद करता हूं जो XY विमान में आसानी से चलता है, लेकिन मुझे तीसरे (Z) अक्ष में आसान गति की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि यह काफी कम है (क्योंकि हम आमतौर पर एक रेखापुंज में स्कैन करते हैं)। इस प्रकार हमारे पास यहां मुख्य रूप से एक XY प्लॉटर है, लेकिन इसमें लंबी रेल है जो इसे आवश्यक होने पर तीसरी धुरी के साथ ले जाने की अनुमति देती है।

प्लॉटर अंतरिक्ष के माध्यम से एक प्रकाश स्रोत (आरजीबी एलईडी) के साथ एक ट्रांसड्यूसर को स्थानांतरित करके अंतरिक्ष को स्कैन करता है, जबकि कैमरे का शटर दृश्य छवि के प्रत्येक फ्रेम को कैप्चर करने के लिए सही एक्सपोजर अवधि के लिए खुला होता है (एक या अधिक फ्रेम, उदाहरण के लिए एक स्थिर चित्र या मूवी फ़ाइल के लिए)।

XY-PLOTTER (फ्यूजन 360 फ़ाइल)। यांत्रिकी सरल हैं; कोई भी XYZ या XY प्लॉटर करेगा। यहां हमारे द्वारा उपयोग किया जाने वाला प्लॉटर है, 2-आयामी SWIM (सीक्वेंशियल वेव इम्प्रिंटिंग मशीन): https://a360.co/2KkslB3 प्लॉटर XY प्लेन में आसानी से चलता है, और Z में अधिक बोझिल तरीके से चलता है, जैसे कि हम स्वीप करते हैं छवियों को 2D में आउट करें और फिर Z अक्ष में धीरे-धीरे आगे बढ़ें। लिंक फ़्यूज़न 360 फ़ाइल का है। हम फ़्यूज़न 360 का उपयोग करते हैं क्योंकि यह क्लाउड-आधारित है और हमें 3 समय क्षेत्रों में मैनलैब सिलिकॉन वैली, मैनलैब टोरंटो और मैनलैब शेन्ज़ेन के बीच सहयोग करने की अनुमति देता है। ऐसा करने के लिए सॉलिडवर्क्स बेकार है! (हम अब सॉलिडवर्क्स का उपयोग नहीं करते हैं क्योंकि हमें टाइमज़ोन में संस्करण फोर्किंग के साथ बहुत सारी समस्याएं थीं क्योंकि हम सॉलिडवर्क्स फाइलों के विभिन्न संपादनों को एक साथ जोड़ने में काफी समय व्यतीत करते थे। सबकुछ एक ही स्थान पर रखना आवश्यक है और फ्यूजन 360 वास्तव में अच्छी तरह से करता है ।)

चरण 5: लॉक-इन एम्पलीफायर से कनेक्ट करें

उपकरण एक विशेष संदर्भ आवृत्ति के संबंध में ध्वनि तरंगों को मापता है।

ध्वनि तरंगों को पूरे अंतरिक्ष में एक तंत्र के माध्यम से मापा जाता है जो पूरे अंतरिक्ष में एक माइक्रोफ़ोन या स्पीकर को स्थानांतरित करता है।

हम आरजीबी एलईडी के साथ अंतरिक्ष के माध्यम से एक माइक्रोफोन को स्थानांतरित करके दो वक्ताओं के बीच हस्तक्षेप पैटर्न देख सकते हैं, जबकि फोटोग्राफिक मीडिया को चलती प्रकाश स्रोत में उजागर कर सकते हैं।

वैकल्पिक रूप से हम सुनने के लिए माइक्रोफ़ोन की एक सरणी की क्षमता को चित्रित करने के लिए एक स्पीकर को अंतरिक्ष के माध्यम से स्थानांतरित कर सकते हैं। यह बग स्वीपर का एक रूप बनाता है जो सेंसर (माइक्रोफ़ोन) को समझने की क्षमता को महसूस करता है।

संवेदकों को संवेदन करना और उनकी संवेदन क्षमता को संवेदन करना मेटावीलांस कहलाता है और निम्नलिखित शोध पत्र में इसका विस्तार से वर्णन किया गया है:

इसे कनेक्ट करना:

इस निर्देश में चित्र एक सिग्नल जनरेटर को एक स्पीकर के साथ-साथ एक लॉक-इन एम्पलीफायर के संदर्भ इनपुट से जोड़कर लिया गया था, जबकि स्पीकर के साथ एक आरजीबी एलईडी को स्थानांतरित किया गया था। एक Arduino का उपयोग एक फोटोग्राफिक कैमरे को चलती एलईडी में सिंक्रनाइज़ करने के लिए किया गया था।

यहां इस्तेमाल किया जाने वाला विशिष्ट लॉक-इन एम्पलीफायर SYSU x Mannlab वैज्ञानिक आउटस्ट्रुमेंट ™ है जो विशेष रूप से संवर्धित वास्तविकता के लिए डिज़ाइन किया गया है, हालांकि आप अपना खुद का लॉक-इन एम्पलीफायर बना सकते हैं (मेरा बचपन का शौक ध्वनि तरंगों और रेडियो तरंगों को चित्रित करना था, इसलिए मैं इस उद्देश्य के लिए कई लॉक-इन एम्पलीफायरों का निर्माण किया है, जैसा कि में वर्णित है

wearcam.org/par)।

आप स्पीकर और माइक्रोफ़ोन की भूमिका का आदान-प्रदान कर सकते हैं। इस तरह आप ध्वनि तरंगों, या मेटा ध्वनि तरंगों को माप सकते हैं।

घटनात्मक वास्तविकता की दुनिया में आपका स्वागत है। अधिक जानकारी के लिए https://arxiv.org/pdf/1804.08386.pdf भी देखें

चरण 6: फोटोग्राफ करें और अपने परिणाम साझा करें।

तरंगों की तस्वीरें कैसे लें, इस पर एक त्वरित मार्गदर्शिका के लिए, मेरे पिछले कुछ अनुदेश देखें जैसे:

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

तथा

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

मज़े करें, और अपने परिणामों को साझा करने के लिए "मैंने इसे बनाया" पर क्लिक करें, और मुझे घटनात्मक वास्तविकता के साथ मज़े करने के तरीके पर रचनात्मक सहायता और संकेत देने में खुशी होगी।

चरण 7: वैज्ञानिक प्रयोग करें

यहां हम देख सकते हैं, उदाहरण के लिए, 6-तत्व माइक्रोफ़ोन सरणी और 5-तत्व माइक्रोफ़ोन सरणी के बीच तुलना।

हम देख सकते हैं कि जब तत्वों की एक विषम संख्या होती है, तो हमें एक अच्छा केंद्रीय लोब जल्दी होता है, और इस प्रकार कभी-कभी "कम अधिक होता है" (उदाहरण के लिए 5 माइक्रोफ़ोन कभी-कभी छह से बेहतर होते हैं, जब हम बीमफॉर्मिंग करने की कोशिश कर रहे होते हैं)।

चरण 8: इसे पानी के नीचे आज़माएं

इंद्रधनुष प्रतियोगिता के रंगों में उपविजेता