In Vino Veritas - en vinglasoscillator: 6 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Efter at jeg var færdig med en stemmegaffeloscillator, udfordrede min bror mig til at lave en oscillator ved hjælp af et vinglas. (https://www.instructables.com/id/Tuning-Fork-Osci…)

Han troede, at det ville være vanskeligere at bruge et vinglas end en stemmegaffel som frekvensbestemmende element. Det er.

Alle kender den lyd, et (vin) glas giver, når du trykker forsigtigt på det, normalt lyder det som et hurtigt forfaldent "ping". Nogle dyrere glas kan blive ved med at "synge", når du gnider en våd finger ud over kanten. Den lyd, der produceres, skyldes, at glasset hurtigt vibrerer på en særlig måde. Glassets runde form ændres til en ellips, tilbage i en cirkel og derefter til en ellips, men roteret 90 grader osv. Luften vibrerer med glasset, og en tone er resultatet.

Du kan endda finde seriøs forskning om vinglasets vibrationer, bare Google for: "en undersøgelse af vinglasakustik" og se pdf -filen herunder. (Jeg indrømmer, at jeg ikke har læst det hele)

Trin 1: Få vinglasset til at vibrere

Når jeg byggede stemmegaffeloscillatoren, var det let at få den til at vibrere, du har bare en elektromagnet til at tiltrække den gentagne gange. Men med glasmagnetisme ikke en mulighed. Jeg kunne have lavet en ting med en mekanisk våd finger og konstant gnide glasset. Men mekaniske løsninger er ikke rigtig min stærke side. Så tænkte jeg på at vedhæfte et piezo -element (som du kan finde i "musikalske" billedkort), men jeg kunne ikke lide tanken om, at noget rørte ved glasset. Og det ville også ændre vinglasets naturlige frekvens.

Det er muligt at få et vinglas til at vibrere med lydbølger. Jeg tror, at alle har set filmklip af vinglas, der er knust med kraftige lydbølger. Jeg behøvede ikke lyd så kraftig, tænkte jeg … Så jeg valgte en almindelig højttaler til at producere de lydbølger, der får glasset til at vibrere.

Trin 2: Registrering af vibrationerne

En oscillator har brug for en lukket sløjfe, så jeg var nødt til at registrere vibrationerne, forstærke dem og feed dem tilbage (med den korrekte fase) via højttaleren til vinglasset. Sådan registreres disse vibrationer. Det viste sig at være den sværeste del.

På tv har jeg set fyre, der arbejder for "tre bogstavsorganisationer", lytte til vibrationer i vinduesruder, der igen vibrerede på grund af stemmer i rummet bagved, med det, der kaldes laser-mikrofoner. Jeg tænkte, at det ikke ville være så svært at lave sådan en enhed selv, da glasset, jeg lytter til, kun er et par millimeter væk, ligesom laseren.

Jeg tog fejl. Disse lasermikrofoner bruger interferens fra det originale laserlys og det reflekterede lys til at registrere vibrationer i vinduesruderne. Jeg kan ikke tænke på nogen måde, jeg kunne lave en enhed til at gøre det. Måske en anden her gør det, fortæl mig det i kommentarerne herunder.

Brug af en mikrofon til at lytte til vinglasset virker heller ikke, lyden fra højttaleren vil være stærkere, og systemet vil svinge, men ikke med vinglasets frekvens, du kender muligvis hvinen, når nogen også skruer op for forstærkeren meget, og den lyd vender tilbage via en mikrofon.

Med stemmegaffeloscillatoren brugte jeg en optisk afbryder til at registrere vibrationer i tænderne. Det fungerede godt, kunne jeg gentage det med noget af glas?

Glas bøjer lys, måske det kunne bruges. Så jeg prøvede med lysdioder i forskellige farver, der skinnede gennem vinglasset på forskellige måder og opdagede eventuelle ændringer med en fototransistor. Det virkede ikke. Derefter forsøgte jeg en laserlysstråle, der reflekterede fra glasset og forsøgte at registrere eventuelle vibrationer i det. Det virkede heller ikke.

Det, der virkede, var at skimme laserstrålen hen over glasset på en sådan måde, at vinglasset ville blokere det meste af lyset, lyset, der når fototransistoren, moduleres med vinglassets vibrationer. Problemet med denne opsætning er, at den er ekstremt følsom over for de mindste bevægelser af laseren, glasset og detektoren. Men det er den måde, jeg fik det til at fungere.

Trin 3: Grønne lasere er farlige

Først brugte jeg en grøn laser, da jeg ved, at grønt laserlys er lavet med en IR -laser og en ikke -lineær krystal, der fordobler IR -lysets frekvens til grønt lys. Men denne proces er ikke perfekt, så der kommer stadig noget IR -lys ud af det. Med de billige grønne lasere (f.eks. Mit) er der intet IR -filter til at blokere det. Og min fototransistor er følsom over for IR -lys. Men i sidste ende skiftede jeg til en rød laser, da jeg så, at der kom * meget * IR ud af laseren, og da dine øjne ikke reagerer på det, kan det være farligt. Heldigvis reagerer min fototransistor lige så godt på rødt lys som på IR.

Trin 4: Den rigtige frekvens

Ved at trykke på glasset og optage det på oscilloskopet så jeg (mindst) to frekvenser dukke op. Den ene syntes at være omkring 100 Hz, hvilket er meget lavt og den anden omkring 800 Hz. Den lignede den frekvens, jeg ledte efter. Jeg ville ikke have det 100 Hz, så jeg lavede et højpasfilter for at blokere det (og samtidig blokere lavfrekvent støj, f.eks. 50 Hz brummen af lysnettet). Jeg brugte Filterguiden af analoge enheder til at beregne de korrekte værdier af delene, de laver ikke kun fremragende elektroniske dele, de er også meget hjælpsomme med deres brug. (https://www.analog.com/designtools/en/filterwizard/) Senere indså jeg, at 100 Hz muligvis er blevet frembragt ved, at hele glasset rystede på det på grund af min tapping på det.

Trin 5: Lukning af sløjfen

Nu ved at trykke på vinglasset fik jeg nogle flotte billeder på oscilloskopet, så det var tid til at teste med en højttaler. Det virkede øjeblikkeligt, vinglasset begyndte at give genlyd med en frekvens på 807 Hz. Derfra var det enkelt, jeg forstærkede signalet fra den (nu filtrerede) fototransistor og førte det til højttaleren.

Trin 6: Konklusion

Konklusion, det er muligt at lave en oscillator med et vinglas i stedet for en RC, LC, krystal eller enhver anden normalt brugt frekvensbestemmende enhed, men det er ikke let. Det er i hvert fald ikke let, som jeg gjorde det. Placeringen af laseren, vinglasset og fototransistoren er ekstremt kritisk, det er ikke kun en millimeter frem eller tilbage, det er mindre end det, som jeg sagde til min bror, månefasen påvirker positioneringen for meget.

Måske kender nogen til bedre, mindre kritiske måder at registrere vibrationer på et vinglas (og nej, en mikrofon virker IKKE) Fortæl mig det i kommentarerne herunder.