Seguimiento de la posición del arco de violín con LED SMD y fotorresistores

Objetivo: Marcar etiquetas que indiquen las posiciones del arco de violín en una señal acústica, por ejemplo, una sola nota musical tocada por un arco de cuerpo entero. El siguiente video muestra el ejemplo del que estoy hablando, solo mire desde la 1:00 hasta la 1:03: https://www.youtube.com/watch?v=XIKPHsVyxKs

Si divide el arco en tres partes con la misma longitud, aproximadamente dos marcadores pueden hacerlo. Entonces lo que quiero hacer es poner esos dos marcadores en la señal acústica correspondiente, así:ingrese la descripción de la imagen aquí

El objetivo es averiguar "oh, en este y aquel momento, la proa ha recorrido 1/3 y 2/3 de la longitud total, respectivamente" al mirar la señal acústica. Una forma ingenua es simplemente dividir el eje de tiempo de la señal acústica por tres, pero no se puede asegurar que la velocidad del arco sea constante.

Método : según el artículo http://www.ubicomp.org/ubicomp2013/adjunct/adjunct/p211.pdf , que utilizó un par de LED SMD de colores (como emisores en el arco) y una fotorresistencia con sensor de color (como receptor en el violín). ) para abordar el problema. Sin embargo, el circuito y la explicación de la figura 3 no están claramente descritos, lo que me generó muchos problemas.

Problema: en resumen, según tengo entendido, instalando LED SMD con diferentes colores en el arco (marcas rojas y azules en el caso de la figura anterior) y un sensor de color fotorresistor en el violín que detecta el voltaje variable en el tiempo cuando está iluminado mediante LEDs SMD en el arco móvil, se podría lograr el objetivo descrito en primer lugar. La siguiente figura explica la idea:ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, los picos en la figura indican las posiciones de ambos LED. Al alinear el voltaje variable en el tiempo y la señal acústica, se resuelve el objetivo que se muestra en la primera figura.

1. ¿La declaración anterior es correcta, alcanzable o no?

2. Si es así, ¿cómo configurar el circuito en ambos extremos (emisores y receptores)?

No estoy muy familiarizado con el hardware y los componentes eléctricos, espero que me puedan ayudar si es posible, ¡muchas gracias!

EDITAR: he implementado los LED y la fotorresistencia como detector, y funciona como deseaba. Aquí viene el otro problema: la alineación de la señal de audio grabada y el voltaje variable en el tiempo detectado por la fotorresistencia. Lo que me vino a la mente es un LED de detección de aceleración instalado en el punto de conducción del arco, que parpadea en el momento en que el jugador conduce el arco. La idea es hacer parpadear el LED una vez que un componente detecta el cambio de la dirección de aceleración. Tal cambio en la dirección de aceleración generará un impulso en el voltaje variable en el tiempo mostrado que indica el inicio de la señal de audio.

¿Cómo podría lograr tal detector de aceleración combinado con un LED, con un tamaño aceptable para ser instalado en el arco del violín?

¡Es un proyecto intrigante! La configuración descrita en el pdf parece ser más compleja que la que describe anteriormente, ya que involucra múltiples LED infrarrojos para medir el movimiento del arco y también un sensor de color para detectar la posición absoluta. Me temo que la respuesta corta es que si no está 'bastante familiarizado' con el hardware electrónico, entonces esto probablemente se le escape, lo siento. Sin embargo, me pregunto si podría lograr lo que desea usando un par de LED en posiciones conocidas en la proa más una pequeña cámara de video en el puente, y usar un software de análisis de imágenes para rastrear las posiciones de los LED.
Creo que sería mejor simplemente poner algunos puntos reflectantes tanto en el violín como en el arco, y usar una cámara de video montada en un trípode y un software de captura de movimiento para rastrear las posiciones de ambos elementos.
Gracias por sus comentarios, parece que tiene una sugerencia similar de captura de movimiento. Sin embargo, me parece más complicado. @nekomatic Acabo de tomar la configuración más simple para la detección de la posición del arco, y estoy dispuesto a escuchar más sugerencias, aunque no estoy familiarizado con ella. Debido a que la captura de movimiento parece capturar solo el movimiento del arco, no tiene sentido, para mí, responder a la pregunta "oh, en este momento el arco ha recorrido 1/3 de la longitud del arco desde la parte inferior" cuando mirando a la señal acústica.
Creo que para ayudar aún más, vamos a necesitar más información sobre el nivel de experiencia en electrónica que tiene: ¿qué tipo de circuitos ha construido antes, si los ha hecho? Parece que la parte difícil de este proyecto no es la electrónica sino la disposición mecánica y óptica de los componentes y el análisis de los datos resultantes: ¿cuáles son tus habilidades en estas áreas?
Gracias. En realidad, la parte principal de este proyecto es analizar la señal acústica, también mi principal conocimiento, que es recortada automáticamente por los marcadores hechos por el sensor. Así que estoy atascado en este primer paso. Hasta donde recuerdo, antes hice un circuito fundamental midiendo la corriente a través de un potenciómetro, un circuito LED simple y fibra óptica, pero eran solo ejercicios básicos en la clase. Creo que podría estudiar el mío propio con alguna instrucción particular.

Respuestas (3)

Me gusta. Mantenlo simple para empezar. Con dos LED's del mismo color. Entonces solo verás dos picos a medida que pasan los led... tendrás que averiguar de qué extremo del arco proviene la señal. (o haga algunos trucos de color más tarde). Para el circuito de control del LED, una batería de 9 voltios, dos LED blancos (Vf ~ 3,0 V) y una resistencia para limitar la corriente. Algo alrededor de 300 ohmios daría ~ 10 mA de corriente LED.

En el lado del detector, podría usar un fotodiodo. Pero vamos a mantenerlo aún más simple. Obtenga otra batería de 9 voltios, una resistencia dependiente de la luz (LDR) y otra resistencia cuyo valor necesitaremos determinar experimentalmente. El LDR disminuye en resistencia cuando la luz brilla sobre él. Así que coloque las dos resistencias en serie con la batería y mida el voltaje a través de una de ellas mientras mueve el LED. Dependiendo de la resistencia que elija (fija o LDR), su señal será un voltaje creciente o decreciente a medida que pasa el LED. Ahora juega con un valor de resistencia fijo para dar señales razonables...
Y ahora haz algo de música :^)

Muchas gracias por responder, no veo la hora de probarlo. Para aclarar, en el lado del detector, habrá una serie de LDR, resistencia fija y batería. Puedo elegir el fijo para medir el voltaje en paralelo y leer el valor a través del sistema DAQ. En cuanto al lado del LED, uno de los problemas es determinar de qué extremo del arco proviene la señal, que se puede resolver utilizando diferentes colores de LED. ¿La afirmación es correcta o no? Solo una idea rápida, ¿es posible aplicar una fuente de alimentación diferente para cada LED para que el voltaje medido pueda diferir en los valores máximos?
Sí, eso es mayormente correcto. Con LED de diferentes colores, creo que querrías dos detectores con un filtro de color sobre cada uno. Hacer que un LED sea más brillante es una buena idea que debería probar. También puede obtener diferentes respuestas de LED de diferentes colores porque emiten diferentes cantidades de luz... o una respuesta espectral diferente del LDR. Volviéndose elegante, podría parpadear los LED a diferentes velocidades y detectar eso ... aunque los LDR no son muy rápidos, por lo que para parpadear es posible que desee un fotodiodo. Toca primero en tu banco de laboratorio, antes de poner algo en tu violín.
¡Gracias! Podría tener más problemas al jugar, preguntándome si aún podría pedir su ayuda en ese momento si es posible :)
Esta es una sugerencia razonable para comenzar, pero consulte mi respuesta para conocer las posibles deficiencias. Si una batería de 9 V es demasiado pesada para montarla en el violín o el arco, puede usar dos celdas de moneda de litio en serie para 6 V o una sola para 3 V, que sería adecuada para un LED rojo, verde, naranja o amarillo como estos suelen tener Vf de aproximadamente 2 V. También podría considerar un sensor de luz RGB en lugar de LDR, vea el enlace en mi respuesta.
¿Por qué crear un problema de decodificación, cuando usar dos colores lo resuelve?
Fred, si necesitas más ayuda, solo pregunta aquí. Mucha gente para ayudarte. @ScottSeidman, supongo que solo quería mantenerlo simple para empezar. El OP suena como si fuera "nuevo" en electrónica.

Sin duda, puede probar una configuración con dos LED de diferentes colores y dos sensores ópticos del mismo color (por ejemplo, LDR con los filtros de color correspondientes o dos salidas de un sensor de color IC), pero el problema que preveo es tratar de derivar la posición del arco de las respuestas del sensor. es que la señal de los LDR variará no solo con el movimiento del arco a lo largo de su golpe, sino también con el ángulo del arco en relación con el violín, que no siempre será el mismo si intenta capturar datos de 'naturaleza'. ' jugando y con cualquier cambio en la iluminación ambiental a menos que tenga cuidado de eliminarlo o filtrarlo.

Algunos otros métodos que podría considerar son:

  • Una pequeña cámara de video montada en el cuerpo del violín que registra el movimiento de los LED o puntos reflectantes en el arco, que luego puede rastrear y convertir a la posición del arco usando un software de análisis de imágenes. Después de aislar los puntos en la imagen, el análisis podría ser tan simple como calcular su posición izquierda/derecha en el marco; creo que esto sería mucho más fácil que intentar analizar la captura de movimiento del violín y el arco desde una cámara fija.
  • Un patrón alternado de barras claras y oscuras en la proa que sería iluminada por una fuente de luz lineal, por ejemplo, un LED brillante que brilla a través de una ranura estrecha y un solo sensor óptico para medir la luz reflejada. Esto le daría un patrón de respuestas altas y bajas a partir del cual podría determinar la posición del arco. Por sí mismo no le dará una posición absoluta, pero sugiere que siempre tiene la intención de capturar un golpe de arco completo, por lo que puede asumir que (por ejemplo) el primer pico en la respuesta siempre corresponde a la primera barra brillante en el arco.
  • Un sensor de proximidad ultrasónico montado en el cuerpo del violín o en la mano o muñeca derecha del ejecutante, quizás combinado con algún tipo de objetivo en la mano/muñeca o el violín, respectivamente, para aumentar el reflejo del ultrasonido. Si esto funciona, debería darte una señal que se corresponda bastante bien con la posición absoluta del arco.

Sparkfun sería una fuente de posibles sensores ( ópticos , de proximidad ) y tiene distribuidores en muchos países si no está en los EE. UU., pero muchas otras compañías también ofrecen este tipo de sensores.

Gracias por estas alternativas informativas. Acabo de probar el circuito en la placa de pan y funcionó. También me preocupaba el problema de la batería pesada, pero la batería y los LED alternativos probablemente lo resolverían. Creo que el mayor problema proviene, como dijiste, de la rotación del arco mientras tocas. Para esto, tomando el artículo mencionado en la publicación original como referencia, un anillo de LED SMD como cada marcador en el arco probablemente podría hacer el trabajo, supongo.

Tengo una idea, pero requiere algunos conocimientos de DSP y habilidades de programación. Supongo que los movimientos del arco se distinguen claramente en el monitor de señales. Si filtra el registro con un filtro pasapanda lo suficientemente estrecho, cerca de las frecuencias más bajas. La forma de onda que tendrás será una función de la velocidad del arco como modulación de frecuencia. Lo que tienes que hacer es solo contar las alternancias que pertenecen al movimiento en particular, dividirlas por 3, contar 1/3 y marcar, otra vez y marcar, eso es todo.

Seguimiento de la posición del arco de violín con LED SMD y fotorresistores
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