In Vino Veritas - ein Weinglas-Oszillator - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

Nachdem ich einen Stimmgabel-Oszillator fertiggestellt hatte, forderte mich mein Bruder auf, einen Oszillator mit einem Weinglas herzustellen. (https://www.instructables.com/id/Tuning-Fork-Osci…)

Er dachte, es sei schwieriger, ein Weinglas als eine Stimmgabel als frequenzbestimmendes Element zu verwenden. Es ist.

Jeder kennt das Geräusch, das ein (Wein-)Glas macht, wenn man es sanft antippt, normalerweise klingt es wie ein schnell ausklingendes "Ping". Manche, teurere Brillen können weiter "singen", wenn man mit einem nassen Finger über den Rand reibt. Der dabei entstehende Klang entsteht durch das in besonderer Weise schnell vibrierende Glas. Die runde Form des Glases verwandelt sich in eine Ellipse, wieder in einen Kreis und dann in eine Ellipse, aber um 90 Grad gedreht usw. Die Luft vibriert mit dem Glas und ein Ton ist das Ergebnis.

Sie können sogar ernsthafte Forschungen zu den Schwingungen von Weingläsern finden, einfach nach Google nach: "eine Studie über die Akustik von Weingläsern" suchen und das unten stehende PDF sehen. (Ich gebe zu, ich habe nicht alles gelesen)

Schritt 1: Das Weinglas zum Vibrieren bringen

Als ich den Stimmgabel-Oszillator baute, war es einfach, ihn zum Schwingen zu bringen, Sie müssen ihn nur immer wieder von einem Elektromagneten anziehen. Aber mit Glasmagnetismus keine Option. Ich hätte mit einem mechanischen nassen Finger einen Apparat herstellen können, der ständig über das Glas rieb. Aber mechanische Lösungen sind nicht wirklich meine Stärke. Dann dachte ich daran, ein Piezoelement anzubringen (wie man es in "musikalischen" Bildkarten findet), aber die Idee, dass etwas das Glas berührt, gefiel mir nicht. Und es würde auch die Eigenfrequenz des Weinglases verändern.

Es ist möglich, ein Weinglas mit Schallwellen zum Schwingen zu bringen. Ich schätze, jeder hat Filmclips von Weingläsern gesehen, die von starken Schallwellen zerschmettert wurden. Ich brauchte keinen so starken Klang, dachte ich… Also wählte ich einen gewöhnlichen Lautsprecher, um die Schallwellen zu erzeugen, die das Glas zum Schwingen bringen.

Schritt 2: Ermitteln der Vibrationen

Ein Oszillator braucht einen geschlossenen Regelkreis, also musste ich die Schwingungen registrieren, verstärken und (mit der richtigen Phase) über den Lautsprecher zum Weinglas zurückführen. So erkennen Sie diese Schwingungen. Nun, das erwies sich als der schwierigste Teil.

Im Fernsehen habe ich Leute gesehen, die für "Drei-Buchstaben-Organisationen" arbeiteten, die mit sogenannten Lasermikrofonen den Vibrationen von Fensterscheiben lauschten, die ihrerseits durch Stimmen im Raum dahinter vibrierten. Ich dachte, es wäre nicht allzu schwierig, ein solches Gerät selbst zu bauen, da das Glas, das ich höre, nur wenige Millimeter entfernt ist, ebenso wie der Laser.

Ich lag falsch. Diese Lasermikrofone nutzen die Interferenz des ursprünglichen Laserlichts und des reflektierten Lichts, um die Schwingungen der Fensterscheiben zu erfassen. Ich kann mir keine Möglichkeit vorstellen, ein Gerät zu bauen, um das zu tun. Vielleicht tut es jemand anderes hier, bitte sagen Sie es mir in den Kommentaren unten.

Das Abhören des Weinglases über ein Mikrofon funktioniert auch nicht, der Klang aus dem Lautsprecher wird stärker und das System schwingt, aber nicht mit der Frequenz des Weinglases, Sie kennen möglicherweise auch das Quietschen, wenn jemand den Verstärker aufdreht viel und dieser Ton kommt über ein Mikrofon zurück.

Beim Stimmgabel-Oszillator habe ich einen optischen Unterbrecher verwendet, um die Schwingungen der Zinken zu erkennen. Das hat gut funktioniert, könnte ich das mit etwas aus Glas wiederholen?

Glas beugt Licht, das könnte man vielleicht gebrauchen. Also habe ich es mit verschiedenfarbigen LEDs versucht, die auf unterschiedliche Weise durch das Weinglas leuchten und mit einem Fototransistor alle Veränderungen erkennen. Es hat nicht funktioniert. Dann versuchte ich es mit einem Laserlichtstrahl, der vom Glas reflektiert wurde, und versuchte, Vibrationen darin zu erkennen. Das hat auch nicht funktioniert.

Was funktioniert hat, war, den Laserstrahl so über das Glas zu gleiten, dass das Weinglas das meiste Licht blockiert, das Licht, das den Fototransistor erreicht, wird mit den Vibrationen des Weinglases moduliert. Das Problem bei diesem Aufbau ist, dass er extrem empfindlich auf kleinste Bewegungen des Lasers, des Glases und des Detektors reagiert. Aber so habe ich es geschafft.

Schritt 3: Grüne Laser sind gefährlich

Zuerst habe ich einen grünen Laser verwendet, da ich weiß, dass grünes Laserlicht mit einem IR-Laser und einem nichtlinearen Kristall hergestellt wird, der die Frequenz des IR-Lichts zu grünem Licht verdoppelt. Aber dieser Prozess ist nicht perfekt, so dass immer noch etwas IR-Licht herauskommt. Bei den billigen grünen Lasern (z. B. mir) gibt es keinen IR-Filter, der ihn blockiert. Und mein Fototransistor ist empfindlich gegenüber IR-Licht. Aber am Ende wechselte ich zu einem roten Laser, als ich sah, dass *viel* IR aus dem Laser kam und da deine Augen nicht darauf reagieren, kann das gefährlich sein. Zum Glück reagiert mein Fototransistor auf rotes Licht genauso gut wie auf IR.

Schritt 4: Die richtige Frequenz

Indem ich auf das Glas klopfte und es auf dem Oszilloskop aufzeichnete, sah ich (mindestens) zwei Frequenzen auftauchen. Einer schien ungefähr 100 Hz zu haben, was sehr niedrig ist, und der andere ungefähr 800 Hz. Das sah aus wie die Frequenz, nach der ich suchte. Ich wollte diese 100 Hz nicht, also habe ich einen Hochpassfilter gemacht, um es zu blockieren (und gleichzeitig niederfrequente Geräusche wie das 50-Hz-Brummen des Netzes zu blockieren). Ich habe den Filter Wizard von Analog Devices verwendet, um die korrekten Werte der Teile zu berechnen, sie machen nicht nur hervorragende elektronische Teile, sie sind auch sehr hilfreich bei deren Verwendung. (https://www.analog.com/designtools/en/filterwizard/) Später stellte ich fest, dass die 100 Hz möglicherweise durch das gesamte Glas auf dem Stiel aufgrund meines Klopfens erzeugt wurden.

Schritt 5: Schließen der Schleife

Das Klopfen auf das Weinglas gab mir jetzt ein paar schöne Bilder auf dem Oszilloskop, also war es Zeit, mit einem Lautsprecher zu testen. Es funktionierte sofort, das Weinglas begann mit einer Frequenz von 807 Hz zu schwingen. Von dort war es einfach, ich habe das Signal des (jetzt gefilterten) Fototransistors verstärkt und dem Lautsprecher zugeführt.

Schritt 6: Fazit

Fazit, es ist möglich, einen Oszillator mit einem Weinglas statt einem RC, LC, Quarz oder einem anderen "normalerweise verwendeten Frequenzbestimmungsgerät" zu bauen, aber es ist nicht einfach. Zumindest ist es nicht einfach, wie ich es gemacht habe. Die Positionierung des Lasers, des Weinglases und des Fototransistors ist extrem kritisch, es ist nicht nur ein Millimeter vorwärts oder rückwärts, es ist weniger, wie ich meinem Bruder sagte, die Mondphase beeinflusst die Positionierung zu sehr.

Vielleicht kennt jemand bessere, weniger kritische Möglichkeiten, um die Vibrationen eines Weinglases zu erkennen (und nein, ein Mikrofon funktioniert NICHT) Bitte teilen Sie mir dies in den Kommentaren unten mit.