«Прозвон» среды

Тебе проще всего искать гармоники плёнки и по резонирующему сигналу определять амплитуду.

1) Да, только нужно не постоянную частоту использовать, а подбирать одну из резонирующих гармоник. Четвёртую-пятую.

2) Физически - минимальный частотный фильтр. Можно поставить, если экспериментально окажется много помех, фильтр с варикапом присобаченый к DAC и программируемым резистором - ну это если вааще. Тут больше программная война будет

3) Тут посоветовать не могу. Но скажу точно - сам делай платку. Готовые модули обычно дешёвые и ничего хорошего туда не поставят.

А ВЫЗ тебе зачем? stm32f4xx и f7xx отличные DSP уже внутри имеют. Использовать внешние, тем более всего на ультразвуковых частотах бессмысленно.

Юзать буду STM32, вопрос только какую, т.к., скорее всего, прийдется иметь дело с DSP.

В этой задаче микроконтроллер, конечно же, самое важное. :) А теория колебаний с ее дифурами - фигня :)

Я в свое время работал в отделе вибрационно-частотных датчиков веса в одной компании у челока, который работал в свое время в НИКИМП. Там колеблющийся элемент - стальная пластина, колебания в которой возбуждались электромагнитом, а с другой стороны пластины снимались. Изначально была система колебательная с обратной связью. Я занимался тем (и это была темой моей работы), как измерить натяжение если подать сильный импульс и измерять затухающие колебания пластинки. Это чуть другой метод.

Ты тоже можешь использовать такое - либо возбуждать незатухающие колебания в твоем материале или же подавать мощный возбуждающий кратковременный сигнал («щипок») и глядеть, как колебания затухают. По снятому сигналу и весьма нетривиальному алгоритму, можно анализировать натянутость.

По снятому сигналу и весьма нетривиальному алгоритму, можно анализировать натянутость.

Если материал один и тот же, то можно при разных натяжениях (реперные точки) снять сигналы. Дальше можно измерять и интерполяцией определять натяжение. Но это все не будет работать, если материалы и толщины все время разные.

Я в свое время работал в отделе вибрационно-частотных датчиков веса в одной компании у челока, который работал в свое время в НИКИМП

Даже какие-то старые материалы (1, 2) нашел у себя, хех.

Вот советую тебе изучить вибрационно-чатотные датчики. В принципе, это аналогичная тема. Разница только в том, что в качестве пластины у тебя материал какой-то и возбуждение не электромагнитное (так как материал, наверное, немагнитный), а звуковое.

Совсем другая задача (может, она тебе и нужна - ты тумана напустил) - это контроль натяжения полотна в промышлености. И этим я тоже занимался и делал такую систему для производства туалетной бумаги :). Измерения натяжения - косвенные. В моем случае использовалась самодельная система «танцующих валов» с контролем положения потенциометром, а управление натяжением осуществлялось через ПИД-регулятор и далее - на мотор. Это классический и самый простой способ держать натяжение. Но все зависит от того, наскоько точно тебе надо выдерживать натяжение полотна. Есть применения. где это очень важно. Есть и другие решения.

Спасибо за ответ.

Под DSP я имел ввиду программный DSP. Ну нужен чтоб решать задачу в пространстве частот, для чего ж еще ) F7 даже не рассматриваю, ровно как и внешний DSP чип F4 - это край. У самого отладки все возможные есть, но дело тут уже в себестоимости.

Спасибо огромное, много что прояснил.

Сорри, что так неоднозначно описываю объект проблемы, чуть позже, надеюсь, все расскажу и покажу.

В этой задаче микроконтроллер, конечно же, самое важное. :) А теория колебаний с ее дифурами - фигня :)

Да я сам когда-то давно занимался в универе расчетом колебаний различных моделей (штыри, пластины по-разному закрепленные - все для расчета РЭС), но сейчас, когда дело дошло до практики, конечно уже не воспроизведу. Ну и, надо сказать, даже там относительно тривиально все было.

Но это все не будет работать, если материалы и толщины все время разные.

Ммм.. насколько разные ? Материал по-сути один и тот же - полотно из полиэстера. От разных производителей, соответственно составы разные, толщины от 0.2 до 0.5 мм.

Совсем другая задача (может, она тебе и нужна - ты тумана напустил) - это контроль натяжения полотна в промышлености

Бытовуха, не промышленность.

И этим я тоже занимался и делал такую систему для производства туалетной бумаги

Улыбнуло )

Сорри, что так неоднозначно описываю объект проблемы, чуть позже, надеюсь, все расскажу и покажу.

А тогда и сказать ничего нельзя. И задача не ясна. Задача оценить, что вот этот образец натянут сильнее точно такого же такого же образца при тех же условиях растяжения в другом месте — это одно, а задача косвенного определения значения силы натяжения — совсем другая задача. Для измерения должен быть закон зависимости частоты колебаний от растягивающей силы *для данной модели и материала*, который как раз из теории колебаний и выясняется.

Да я сам когда-то давно занимался в универе расчетом колебаний различных моделей (штыри, пластины по-разному закрепленные - все для расчета РЭС), но сейчас, когда дело дошло до практики, конечно уже не воспроизведу. Ну и, надо сказать, даже там относительно тривиально все было.

У тебя секретный проект. Никто не знает, как у тебя заделаны образцы, какие линейные размеры всего этого хозяйства. Это на модель влияет напрямую. Механические свойства образцов влияют напрямую (модуль упругости E, например). Да и у тебя же не упругие пластины, у тебя полиэстер. Ткань? Это все еще волокнистое, пропускает воздух. Структура материала сложная, это не металл.

Ммм.. насколько разные ? Материал по-сути один и тот же - полотно из полиэстера. От разных производителей, соответственно составы разные, толщины от 0.2 до 0.5 мм.

Ну как же? Берем самый простой пример из всех - струна. Частота собственных колебаний струны зависит от диаметра — обратно пропорциональна ему. Сюда же: как заделан материал (по контуру, по краям), как растягивающая сила приложена и т. п. В общем, у меня по поводу твоей затеи скепсис.

Лучше отбрось затею и измеряй силу непосредственно при растяжении материала (тензодатчиками, например, наклеенными на материал или другими датчиками силы). Я бы подумал над методом измерения относительного растяжения материала по сравнению с образцом. Риски какие-нибудь невидимые нанести или метки.

Еще можно пробчики сделать. Например, надавлиаешь валиком металлическим на определенную глубину и измеряешь силу сопротивления. По результатам можно рассчитать силу натяжения образца.

http://konspekta.net/studopediaorg/baza1/90800333499.files/image916.jpg

Вот.

https://www.checkline.com/product/136-2-AMG

https://www.tensitron.com/tension-meter/wc

Эхх. Плохой я партизан. Тюнер для барабанов делаю. Есть барабан. Не важно какой - том, малый, бочка. http://blastbeat-shop.ru/products_pictures/DDRUM PM SD 6 5X14 IG.jpg

На нем есть пластик http://blastbeat-shop.ru/index.php?productID=3908

Нужно понять, на какую ноту настроена пара болтов. Т.е., так как натяжение «стрелы», идущей через противоположные болты одинаково, нужно узнать, на какую частоту эта пара болтов настроена (настроен пластик конечно, но для простоты выражусь так).

Есть механические тюнеры https://65.img.avito.st/640x480/3283821865.jpg

Есть электронные http://tune-bot.com/

Где-то видел, который вообще имеет ответку на андроиде, но это совсем для #идоров.

Но везде нужно стучать около этого болта. Это неудобно. Намного быстрее крутить болт, пока девайс не запищит. Через 2-3 раза практики вся процедура напомнит по скорости пит-стоп F1 вслепую.

Как я выше написал, в теории реализуемо, но практически нельзя понять, какое натяжение, так как требуется точная модель, что в случае барабана - кандидатская почти. :)

Есть, кстати, измерители с принципом, который я описал вот тут (про «щипок»). Вот, например:

http://www.gates.com/products/industrial/industrial-belts/tools-and-equipment...

Если скачаешь там даташит, то там можно прочесть в разделе Sonic Tension Meter Operating Theory:

When an impulse is applied to a belt span, it first oscillates in all modes of vibration, but the higher frequency modes decay faster than the fundamental mode. This leaves a continuous sinusoidal wave that is related to a specific belt tension; note diagram. Using a microcomputer, a data processing method to capture a belt’s natural oscillation frequency was developed. Using this method, the wave form frequency can be determined easily.

The new system uses special sensors to detect belt oscillation wave forms. Data from these sensors is sent to the microcomputer inside the Sonic Tension Meter for processing and conversion into the natural frequency. To calculate belt tension, the Sonic Tension Meter system uses the “transverse vibration of strings theory.” To operate the meter, the belt mass, span length and width of the belt must be entered.

Вот обрати внимание на фразу the Sonic Tension Meter system uses the “transverse vibration of strings theory.” То есть использует модель колебания струны. Ремень рассматривается как струна. Барабан нельзя никак рассматривать как струну - тут гораздо более сложная теория.

Но теперь я не понимаю, почему ты хочешь силу натяжения? Если я тебе скажу, что вот тут натяжение 20 Н, то что это тебе скажет про ноту вообще?

Жму руку.

Если я тебе скажу, что вот тут натяжение 20 Н, то что это тебе скажет про ноту вообще?

Изначально идея была просто звонить с константной частотой и ловить этот звук на пластике. Исходя из его текущего сопротивления, делаем вывод о том, на какую частоту (на какую ноту) он настроен.

Если я тебе скажу, что вот тут натяжение 20 Н, то что это тебе скажет про ноту вообще?

Вообще ничего. Натяжение нужно для одинаковости настройки на всех болтах. Но оно не дает представления о звуке (разве только относительно: больше натяжение, выше тон).

Вообще говоря, я изначально планировал много чего выяснить на практике. То есть вывести спектр вообще и понаблюдать за его изменением при разных параметрах (барабаны, пластики, натяжения). По результатам эксперементиования, думаю, будет уже видно что к чему.

Но пока вопрос - чем звонить.

https://www.youtube.com/watch?v=KKQBhis1sjk

Достаточно интересно. И все равно, нужно ввести ширину ремня, массу, держать микрофон на расстоянии не более 1 см. И стоит это на ebay 775 долларов. Но тут понятно, ремни-то совсем разные бывают.

Ну, раз мы узнали, что у тебя не полотно, а барабан, то вот эта отправная точка будет полезна:

https://en.wikipedia.org/wiki/Vibrations_of_a_circular_membrane

И такое: https://www.google.ru/search?q=drum vibration. Смотри тут и pdf. Ультразвуком тут не подходит, а вот звуками низкой частоты можно получить колебания, амплитуду которых можно измерять прибором и делать какие-то выводы о том, как натянуто.

https://www.youtube.com/watch?v=v4ELxKKT5Rw

https://www.youtube.com/watch?v=QksHbCwYngw

я тут все это прочитал, и у меня возник вопрос - почему просто не использовать генератор качающейся частоты и замерить амплитуды ля каждой частоты?

Тут конкретика пошла только к концу, когда выяснилось, что нужно барабан настраивать, а до этого разговор шел обо всем на свете и ни о чем. В случае барабана, чтобы искать частоты, на которых возникают стоячие волны, и потребуется перестраиваемый генератор и система поиска максимальной амплитуды в определенных зонах, чтобы зафиксировать, что мы в резонанс попали: либо на слух, что неточно, либо оптическим или ультразвуковым датчиком (системой датчиков) или поверхность сканировать. А по картинке стоячих волн по всей мембране при разных резонансных частотах делать какие-то выводы. Но тут я уже не знаю. что получится.

Тред не читал, но у ультразвукового излучалелся есть своя «резонансная» частота (зависит от тольщины и типа ориентации пьезоэлемента), т.е. сила сигнала зависит от частоты. А если ещё и flexural, то там вообще треш с модами колебаний (первая ссылка «Прозвон» среды (комментарий)).

1. Является ли данный метод вообще подходящим для решения задачи?

Это один из многих вариантов тензометрии тонких оболочек ©, которые тебе «нинужны». Поэтому практически:

Лёгкий вариант: tune-bot © + Drum Tuning Calculator ©.

Но если хочешь трудностей, то могу предложить оптический способ.
Лазерная указка с насадкой создаёт точечное поле на поверхности ©. Деформация приводит к изменению координат точек, измеряемых, например, ТВ камерой + RPi3 ©, которые пересчитываются в «натянутость» одним из вариационных методов © :)

2. Как физически отфильтровать исходный сигнал, который неизбежно дойдет до приемника ?

Мостовая схема включения ©.

За предложения спасибо конечно, но все что ты предложил мне и <<нинужно>>. Почитай выше пожалуйста, если интересно.

Почитай выше пожалуйста, если интересно.

Прочитал, но не осилил, почему тебе не нужны Drum Tuner'ы типа 1, 2, ... ?

В случае барабана, чтобы искать частоты, на которых возникают стоячие волны, и потребуется перестраиваемый генератор и система поиска максимальной амплитуды в определенных зонах, чтобы зафиксировать, что мы в резонанс попали: либо на слух, что неточно, либо оптическим или ультразвуковым датчиком (системой датчиков) или поверхность сканировать. А по картинке стоячих волн по всей мембране при разных резонансных частотах делать какие-то выводы. Но тут я уже не знаю. что получится.

Е-е-е, нашел девайс, который по этому принципу работает! Называется Resotune II

http://circularscience.com/about-drums

https://www.youtube.com/watch?v=0p8yBBt04Uk

https://www.youtube.com/watch?v=VjyLy47S4bY

Первый не дает ноты, а только натяжение. Для одинаковости настройки на всех болтах.

Второй дает текущую ноту, но для этого надо одной рукой стучать, другой настраивать болт.

В очередной раз спасибо за гуглеж за меня.

Функционально - то же самое, что и я хочу. Дизайн и интерфейс конечно убожество. Дуру эту с собой никуда не возьмешь, все гаджеты для барабанщиков делаются размером с ладонь и такими, чтобы можно было в чехол со всем остальным кинуть не думая.

По второй ссылке порадовала гребенка выводов через порванную лицевуху X)))

Собсна патент http://www.google.com/patents/US6925880

Дуру эту с собой никуда не возьмешь, все гаджеты для барабанщиков делаются размером с ладонь и такими, чтобы можно было в чехол со всем остальным кинуть не думая.

Я понимаю негодование, но эта дура такого размера неспроста. Надо генерировать весьма низкие частоты и достаточной мощности, чтобы барабан отзывался. А пищалки такое тебе не сделают. Динамик с большим диффузором был бы еще больше, а вот два небольших НЧ-динамика уже туда-сюда. Думаешь, автору очень хотелось кирпич делать? Первая версия была еще чуть больше, как мне кажется. https://www.youtube.com/watch?v=PHpZqLWIqc0 :)

Дизайн и интерфейс конечно убожество.

Согласен. Гораздо разумнее было бы сделать перешиваемый девайс с ЖК-индикатором, потому что алгоритм и интерфейс можно улучшать, при этом систему возбуждения и измерения оставляя прежнюю. Но дизайн тут дело третье. Но я думаю, что сама схема там мало места занимает. Все место занимают динамики.

Есть, думаю, вариант для экспериментов: попробовать вместо динамиков использовать небольшие электромагнитные вибраторы (пардон), которые можно было бы прицепить прямо к корпусу или кольцу, встроить в девайс и крепить девайс к барабану, и чтобы у них был достаточный диапазон по частотам. Один или несколько симметрично и синхронно. То есть не использовать воздух, который раскачивает пластик, а трясти барабан и ждать резонансов. Может быть, это размер уменьшит хоть как-нибудь. Это почва для подумать.

Вместо микрофона можно еще рассмотреть оптический метод схема колебаний или ультразвуковой.

Да, займусь поиском альтернативы.

В этой задаче микроконтроллер, конечно же, самое важное. :) А теория колебаний с ее дифурами - фигня :)

Теперь в полной мере понимаю этот сарказм. МК тут вообще почти последняя инстанция.

Да, займусь поиском альтернативы.

Да, можно углубиться в тему и дополнить, развить алгоритм. Вдруг и один динамик раскочегарит. Может, он два поставил, чтобы наверняка или у него микрофон не настолько чувствительный. В инструкции указано, что позиция девайса вокруг lug важна - они симметрично качают область вокруг него. И как можно более симметричное расположение в инструкции отмечается.

друг и один динамик раскочегарит. Может, он два поставил, чтобы наверняка или у него микрофон не настолько чувствительный.

Этот вопрос он затрагивает.

As shown in FIG. 1, the acoustic energy source 11 comprises a plurality of acoustic drivers or loudspeakers 12; however, in other embodiments, a single speaker may be provided. Although the illustrated embodiment of the apparatus 10 comprises one acoustic sensor 14, additional embodiments may comprise two or more acoustic sensors. When the apparatus comprises two or more acoustic sensors, the sensors may be provided in a single housing, or may be provided as separate elements spaced apart from each other. In addition, shielding or other isolation type devices may be utilized to reduce cross-talk between the various signals.

Да и потом можно раскладную конструкицю использовать. Типа сложил пополам - стал вместо кирпича кубиком :)

Судя по пикче, там 2 динамика и излучают.

Ну складную в голову не пришло как применить, ну а вот подумать,как вынести акустическую часть вполне можно. К сожалению, пока только подумать.

Ну складную в голову не пришло как применить,

Если вот прямо два надо будет, то их, например, можно «валетом» сложить. они могут быть в трапецеидальных корпусах, а схема - в одном из них. Если надо сложить, то один динамик на 180 градусов диффузором к себе как-нибудь поворачиваешь (или отсоединяешь) - и сдвигаешь. У них же форма, как у пирамидки - можно перевертышем сложить. Получается более компактно, но не легче. Но это уже десятый вопрос. Зато можно начать экспериментировать. Усилок, генератор синуса, динамики, микрофон, звуковая карта для оцифровки (и генерации синуса), программа в комп — готовый стенд.

Я понимаю негодование, но эта дура такого размера неспроста. Надо генерировать весьма низкие частоты и достаточной мощности, чтобы барабан отзывался.

А я не понимаю зачем барабан раскачивать синусоидами? Калиброванный удар по барабану сердечником соленоида — это почти дельта-функция, спектр отклика которой достаточно информативен для анализа и перенастроек.

Калиброванный удар по барабану сердечником соленоида — это почти дельта-функция, спектр отклика которой достаточно информативен для анализа и перенастроек.

Но тогда стучать надо постоянно при настройке. А тут весь смысл в том, что девайс удерживает на постоянной основе частоту, которая при настройке натяжения создала бы стоячую волну, не затрагивающую центр (http://circularscience.com/wp-content/uploads/2015/09/circle21.gif, как будто его прижали пальцем). Регулировкой винтов на барабане надо попасть в резонанс. Амплитуда резко подскакивает, микрофон это дело фиксирует и нуль-индиктором показывает. Все просто и никакого спектрального анализа. Если я правильно понимаю, более высокие резонансы уже не используются - только три теоретические резонансные частоты (F_0, 1.593xF_0 и 2.135xF_0 - две последние стоячие волны с неподвижным центром). Ну и свип для поиска резонансов сделан.

А технически можно, конечно, сделать стучащую каким-нибудь соленоидом коробочку каждые там 2-3 сек., кручение винтов, выравнивание спектральных картин хотя бы в определенном коридоре. Как-то так тогда.

Все просто и никакого спектрального анализа.
Ну и свип для поиска резонансов сделан.

Это имело смысл в доцифровую эпоху, а сейчас цифровые анализаторы спектра есть даже в андроиде ©.
Резонансные пики там видны и без свипа.

А тут весь смысл в том, что девайс удерживает на постоянной основе частоту, которая при настройке натяжения создала бы стоячую волну, не затрагивающую центр

Это девайс для настройки «барабана Страдивари» :)

Барабан — шумовой инструмент, максимум спектра которого соответствует какой-либо ноте, но основной целью настройки является избавление от излишних обертонов. А предлагаемый метод без анализа спектра не позволяет их минимизировать.

Барабан — шумовой инструмент, максимум спектра которого соответствует какой-либо ноте, но основной целью настройки является избавление от излишних обертонов.

Обертона все зависят от самой конструкции барабана и пластика. А что ты с ними сделаешь? Если у тебя уже есть какой-то пластик и какой-то барабан, то все, что ты можешь практически сделать с ними - это выбрать основной тон и равномерно натянуть полотно, чтобы колебания мембраны были как можно более классическими. Вот для этого этот девайс и есть. Каким образом влиять на обертона? Неравномерно натягивать? Я не знаю, так делают? Что-то подкладывать куда-то?

Каким образом влиять на обертона? ... равномерно натянуть полотно

Да.

Сложность в том, что после этого для подстройки основного тона нужно одновременно и равномерно подкручивать все болты, а рук только 2 :)

одновременно и равномерно подкручивать все болты, а рук только 2 :)

Все пропало! Надо бросать затею с электронными настройщиками. :)

https://www.youtube.com/watch?v=_KSVVn3BaoI Ъ-тюнер (Tru Tuner)

Надо бросать затею с электронными настройщиками. :)

Ага, всё гениальное — просто! :)

Но тут главное, чтобы все болты были одинаковыми и чтобы ничего не было погнуто. Обычно у солидных производителей все нормально, крепко и одинаково. Иначе можно получить при таком методе неравномерность. Может, и небольшую совсем.

Видел давно этот флюгеркихаймер. Все, что он дает - одинаковое число оборотов на каждом болте, что совершенно не гарантирует одинаковую ноту на каждом. Это я как барабанщик подтвердить могу. Пытаешься выкрутить болты максимально одинаково (на сколько конечно руки и глаза позволяют), а звук очень разный выходит. На видео кстати тоже это заметно. А причиной тому - допустимые погрешности резьбы болта и равномерности самого полотна. Именно для этого и нужен настройщик в том или ином виде, а не контроль количества оборотов.

А рама, на которую натянута какой формы?

Обод круглый

Барабан — шумовой инструмент, максимум спектра которого соответствует какой-либо ноте, но основной целью настройки является избавление от излишних обертонов. А предлагаемый метод без анализа спектра не позволяет их минимизировать.

Ну, все-таки основной целью является приведение звука в желаемый тон. Пусть даже и неправильно, между нот, но если музыканта удовлетворяет - бога ради. Разные вкусы, помещения, барабаны и т.д.

Если уже даже чуть по-правильному подходить, то все равно, обертона ты полностью не загасишь, ибо в самой конструкции много есть чему резонировать (хотя бы только нижний пластик и подструнник, которые тоже настраиваются). Вопрос только в том, что есть обертона. На какие-то несущественные всплески даже внимания обращать не стоит, это скорее уже к самим материалам. Лепестки рядом с желаемой нотой наверное стоит погасить, но, я думаю, при правильной настройке, они и не должны быть существенными.

Дык ешкин кот

Rapid Drum Head Replacement System

Просто чтоб быстро сменить пластик, про настройку ни слова.

Просто чтоб быстро сменить пластик, про настройку ни слова.

Ага, да. В одном их видео комментатор говорит, что после закручивания получается good starting point для fine tuning. Но название провокационное. В реальных условиях, когда есть неравномерности во всех компонентах и разбросы, никакой равномерности не получишь.

В коробочку еще можно привод для вращения болта вставить. А что? Пускай сам крутит винт. Перспективная разработка: привод к каждому болту, нажимаешь кнопку - все винты подтягиваются в разные стороны, все само настраивается. Хех. :)

Шутки - шутками, но изначально и была мысль сделать с приводом, но потом понял, что вполне можно и руками покрутить, избавив себя от возни с силовухой и, самое главное, от блока питания. Все должно быть на батарейках/аккумуляторе.

Мысль: соленоид бьет в середину, по кругу у каждого болта по пьезодатчику. Видим неравномерность, подкручиваем. Снова бьем.

Получится либо большая конструкция, либо куча датчиков на проводах, которые еще надо разместить.