In Vino Veritas - en vinglassoscillator: 6 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Etter at jeg var ferdig med en stemmegaffeloscillator, utfordret broren min meg til å lage en oscillator ved hjelp av et vinglass. (https://www.instructables.com/id/Tuning-Fork-Osci…)

Han trodde det ville være vanskeligere å bruke et vinglass enn en stemmegaffel som frekvensbestemmende element. Det er.

Alle kjenner lyden et (vin) glass gir når du trykker forsiktig på det, vanligvis høres det ut som en raskt forfallende "ping". Noen dyrere briller kan fortsette å "synge" når du gnir en våt finger over kanten. Lyden dette produserer skyldes at glasset raskt vibrerer på en spesiell måte. Glassets runde form endres til en ellips, tilbake til en sirkel og deretter til en ellips, men rotert 90 grader, og så videre. Luften vibrerer med glasset og en tone er resultatet.

Du kan til og med finne seriøs forskning på vibrasjonene i vinglass, bare Google for: "en studie av vinglassakustikk" og se pdf -filen nedenfor. (Jeg innrømmer at jeg ikke har lest alt)

Trinn 1: Gjør vinglasset vibrert

Når jeg bygger tuninggaffeloscillatoren, var det enkelt å få den til å vibrere, du trenger bare en elektromagnet som tiltrekker den gjentatte ganger. Men med glassmagnetisme ikke et alternativ. Jeg kunne ha laget et utstyr med en mekanisk våt finger og konstant gidd glasset. Men mekaniske løsninger er egentlig ikke min sterke side. Da tenkte jeg på å feste et piezo -element (som du finner på "musikalske" bildekort), men jeg likte ikke tanken på at noe skulle røre glasset. Og det ville også forandre vinglassets naturlige frekvens.

Det er mulig å få et vinglass til å vibrere med lydbølger. Jeg antar at alle har sett filmklipp av vinglass som er knust med kraftige lydbølger. Jeg trengte ikke så kraftig lyd, tenkte jeg… Så jeg valgte en vanlig høyttaler for å produsere lydbølgene som får glasset til å vibrere.

Trinn 2: Oppdag vibrasjonene

En oscillator trenger en lukket sløyfe, så jeg måtte registrere vibrasjonene, forsterke dem og mate dem tilbake (med riktig fase) via høyttaleren til vinglasset. Hvordan oppdage disse vibrasjonene. Det viste seg å være den vanskeligste delen.

På TV har jeg sett gutter som jobber for "tre bokstavsorganisasjoner" og lyttet til vibrasjonene i vindusruter som igjen vibrerte på grunn av stemmer i rommet bak, med det som kalles laser-mikrofoner. Jeg tenkte at det ikke ville være så vanskelig å lage et slikt apparat selv, ettersom glasset jeg hører på er bare noen få millimeter unna, akkurat som laseren.

Jeg tok feil. Disse lasermikrofonene bruker forstyrrelser fra det originale laserlyset og det reflekterte lyset for å oppdage vibrasjonene i vindusrutene. Jeg kan ikke tenke på noen måte jeg kan lage en enhet for å gjøre det. Kanskje noen andre her gjør det, vennligst fortell meg det i kommentarene nedenfor.

Å bruke en mikrofon til å lytte til vinglasset fungerer heller ikke, lyden fra høyttaleren blir sterkere og systemet vil svinge, men ikke med vinglassets frekvens, du kjenner muligens hviningen når noen skruer opp forsterkeren også mye og den lyden kommer tilbake via en mikrofon.

Med stemmegaffeloscillatoren brukte jeg en optisk avbryter for å oppdage vibrasjonene i tindene. Det fungerte bra, kan jeg gjenta det med noe laget av glass?

Glass bøyer lys, kanskje det kan brukes. Så jeg prøvde med lysdioder i forskjellige farger som skinner gjennom vinglasset på forskjellige måter og oppdaget eventuelle endringer med en fototransistor. Det fungerte ikke. Så prøvde jeg en laserlysstråle som reflekterte fra glasset og prøvde å oppdage vibrasjoner i det. Det fungerte heller ikke.

Det som fungerte var å skumme laserstrålen over glasset på en slik måte at vinglasset ville blokkere det meste av lyset, lyset som når fototransistoren moduleres med vinglassets vibrasjoner. Problemet med dette oppsettet er at det er ekstremt følsomt for de minste bevegelsene til laseren, glasset og detektoren. Men det er måten jeg fikk det til å fungere på.

Trinn 3: Grønne lasere er farlige

Først brukte jeg en grønn laser ettersom jeg vet at grønt laserlys er laget med en IR -laser og en ikke -lineær krystall som dobler IR -lysets frekvens til grønt lys. Men den prosessen er ikke perfekt, så det kommer fremdeles noe IR -lys ut av den. Med de billige grønne laserne (f.eks. Mitt) er det ikke noe IR -filter for å blokkere det. Og fototransistoren min er følsom for IR -lys. Men til slutt byttet jeg til en rød laser da jeg så at det kom * mye * IR ut av laseren, og ettersom øynene dine ikke reagerer på det, kan det være farlig. Heldigvis reagerer fototransistoren min like godt på rødt lys som på IR.

Trinn 4: Riktig frekvens

Ved å trykke på glasset og registrere det på oscilloskopet så jeg (minst) to frekvenser dukke opp. Den ene syntes å være omtrent 100 Hz, som er veldig lav og den andre rundt 800 Hz. Den så ut som frekvensen jeg lette etter. Jeg ville ikke ha 100 Hz, så jeg lagde et høypassfilter for å blokkere det (og samtidig blokkere lavfrekvent støy, for eksempel 50 Hz brum av strømnettet). Jeg brukte filterveiviseren av analoge enheter til å beregne de riktige verdiene til delene, de lager ikke bare fremragende elektroniske deler, de er også veldig hjelpsomme med bruken. (https://www.analog.com/designtools/en/filterwizard/) Senere innså jeg at 100 Hz kan ha blitt produsert av at hele glasset ristet på det på grunn av at jeg banket på det.

Trinn 5: Lukking av løkken

Ved å trykke på vinglasset fikk jeg noen fine bilder på oscilloskopet, så det var på tide å teste med en høyttaler. Det fungerte umiddelbart, vinglasset begynte å resonere med en frekvens på 807 Hz. Derfra var det enkelt, jeg forsterket signalet som kom fra (nå filtrert) fototransistor og matet det til høyttaleren.

Trinn 6: Konklusjon

Konklusjon, det er mulig å lage en oscillator med et vinglass i stedet for en RC, LC, krystall eller annen normalt brukt frekvensbestemmende enhet, men det er ikke lett. Det er i hvert fall ikke lett slik jeg gjorde det. Plasseringen av laseren, vinglasset og fototransistoren er ekstremt kritisk, det er ikke bare en millimeter forover eller bakover, det er mindre enn det, som jeg sa til broren min, påvirker månefasen posisjoneringen for mye.

Kanskje noen vet om bedre, mindre kritiske måter å oppdage vibrasjoner på et vinglass (og nei, en mikrofon fungerer IKKE) Fortell meg det i kommentarene nedenfor.