Akustiska måltavlor

[kattafan]

[signalgenerator med en liten högtalare kan kanske användas för att kalibrerar målen så att man slipper skjuta för att justera ett nytt mål.

Ja, funderade på det där med kalibrering. Kunde man få en av ShotMarkers bruksanvisningar så kunde man kanske hitta en ledtråd.

Jag kan blanda ihop det, men jag har sett någon kalibrera genom att titta var skottet tog och sedan dra det till rätt plats på paddan. Det fungerar ju bra om man skjuter grupper, men inget vidare när man tränar på att träffa något.

Ja, det är ju fiffigt men kräver en del av användargränssnittet. Steg ett är att få värden och triangulering till att funka tillförlitligt. ShotMarker har åtta sensorer placeradet två och två i hörnen

[lone_wolf]

..... Steg ett är att få värden och triangulering till att funka tillförlitligt. ShotMarker har åtta sensorer placeradet två och två i hörnen

Man tar antagligen medelvärde av beräkningarna eller mätvärdena för högre noggrannhet.

Löste du ekvationen för att få ut träffkoordinaterna?

[kattafan]

..... Steg ett är att få värden och triangulering till att funka tillförlitligt. ShotMarker har åtta sensorer placeradet två och två i hörnen

Man tar antagligen medelvärde av beräkningarna eller mätvärdena för högre noggrannhet.

Löste du ekvationen för att få ut träffkoordinaterna?

jag ställde upp den i a f, se sida 1.
Har glömt lösa ut den.

Har fundetar på om det inte skulle vara enklare att göra en ramp med mikrofonerna på för att slippa kalibrera och greja. 3-4 mickar med jämna mellanrum på en pinne borde göra samma sak som en i var hörna fast möjligen med lite sämre noggrannhet. Megalinks tavlor har ju en ramp som är 130cm med en mikrofon i var ände och en i mitten. Om man vill kan man ju sätta sidomikrofonerna på lägre höjd än centrummikrofonen, då är det alltid centrummikrofonen som reagerar först inom ett trattformat mätområde. Kanske snabbar upp programmet något lite.

Angående ShotMarkers 8 så är det förmodligen ett medelvärde ja. Rätt smart faktiskt.

[Bjerker]

Borde det inte vara så att tre mikrofoner räcker för att ge en punkt, men med fyra bör det även gå att kompensera för variationer i ljudhastigheten?

Skickat från min Lenovo TB-X606X via Tapatalk

[kattafan]

Borde det inte vara så att tre mikrofoner räcker för att ge en punkt, men med fyra bör det även gå att kompensera för variationer i ljudhastigheten?

Skickat från min Lenovo TB-X606X via Tapatalk

Hur ska en fjärde kompensera för ljudhastigheten?

Är det inte enklare att koppla på en termometer? Finns ju mängder av enkla sensorer som känner av allehanda klimatfaktorer.

[Bjerker]

Det finns säkert enklare lösningar, men.
Ritar du ut tre mickar och en träffpunkt på ett papper, drar en linje från träffpunkt en till respektive mick, och sedan krymper längden på strecken med låt säga 5%. Då kan du få ihop strecken till en ny punkt, dvs simulera en förändring av ljudhastigheten. Har du fyra mätpunkter går det inte längre att göra denna övning, i alla fall inte om mikrofonerna sitter lite asymmetriskt i förhållande till varandra.

Min slutsats är att det bör gå att kompensera för variationer i ljudhastigheten. Men jag har inte ens försökt få ihop matematiken. Och jag har ingen aning om den praktiska noggrannheten duger.

Så tänkte jag.

Skickat från min Lenovo TB-X606X via Tapatalk

[lasse-a]

Det finns säkert enklare lösningar, men.
Ritar du ut tre mickar och en träffpunkt på ett papper, drar en linje från träffpunkt en till respektive mick, och sedan krymper längden på strecken med låt säga 5%. Då kan du få ihop strecken till en ny punkt, dvs simulera en förändring av ljudhastigheten. Har du fyra mätpunkter går det inte längre att göra denna övning, i alla fall inte om mikrofonerna sitter lite asymmetriskt i förhållande till varandra.

Min slutsats är att det bör gå att kompensera för variationer i ljudhastigheten. Men jag har inte ens försökt få ihop matematiken. Och jag har ingen aning om den praktiska noggrannheten duger.

Så tänkte jag.

Hmm, det där förstår jag inte. En illustration kunde hjälpa. Men tänk på att vi inte "drar några streck", vi har inte vinkeln till träffpunkten från mikrofonen, vi har bara avståndet. Så det är cirklar vi måste dra på ett visst avstånd från mikrofonen. Där cirklarna möts (ja, det blir en feltriangel i de flesta fall, man väljer lämpligtvis mittpunkten) där ligger träffen.

[Bjerker]

Ska se om jag kan skissa ihop något. Det kanske faller när man kollar närmare på problemet

Skickat från min Lenovo TB-X606X via Tapatalk

[kattafan]

Vad är det jag missar med allas fetisch för förändringar i ljudhastighet? Det är väl i princip bara temperaturen som påverkar och den går ju att mäta. Skulle det visa sig att det inte räcker kan man ju sätta en liten högtalare som referens för kalibrering.

I skissen på förstasidan är min skiss av hur jag tänker att träffpunkten beräknas. De tre hypotenusorna är just radien i mätcirkeln för varje mikrofon. Korrigera gärna om det finns feltänk.

Har fått hem mikrofoner nu så nu ska jag bara hitta lite tid.

skiss på matteproblemet igen

20220129_164336.jpg

x är den okända tiden för den mikrofon som fångar ljudet först.
x+y och x+z är tiden för de andra mikrofonerna.
Jag ritatde inte in bågarna för varje mikrofon ljudomfång eftersom det blev för kladdigt

EDIT: Hittade faktiskt just en som löser problemet på samma sätt. Finns det på internet så måste det ju vara sant, eller hur? https://math.stackexchange.com/question ... angulation

[lasse-a]

Ska se om jag kan skissa ihop något. Det kanske faller när man kollar närmare på problemet

Det var mitt artiga sätt att säga att det är precis vad jag tror. Dvs träffpunkten påverkas inte av felaktigheter i ljudhastigheten. Feltriangeln blir större än vad den behöver vara, men mittpunkten borde bli densamma.

[lasse-a]

Korrigera gärna om det finns feltänk.

Inte fel, men problemet i praktiken är att det alltid kommer bli avvikelser. Så du kan inte mäta fram en punkt, utan det blir en (inte helt strikt) triangel. Så man måste mäta fram mittpunkten på feltriangeln och anta att träffen satt där.

Här är en överdriven demobild av problemet:

triangulation-3.png

[kattafan]

Ska se om jag kan skissa ihop något. Det kanske faller när man kollar närmare på problemet

Det var mitt artiga sätt att säga att det är precis vad jag tror. Dvs träffpunkten påverkas inte av felaktigheter i ljudhastigheten. Feltriangeln blir större än vad den behöver vara, men mittpunkten borde bli densamma.

Fast påverkas inte träffpunkten av ljudhastigheten? Lägre ljudhastighet ger längre uppmätt radie (se bilden ovan) och ger en annan träffpunkt.
Edit: Ah, kanske fattar nu. Böjar misstänka att du har rätt


In other news så funderar jag på nyttan av att ha alla mikrofoner på samma sida horisontellt. Om man har centrummicken högre än sidomickarna så kan man designa den så att centrummicken alltid tar upp ljudet först (inom en ganska vid mättriangel), då slipper man ett beräkningssteg.

Aja, ska se om jag kan få testat ikväll med mickar.
Hittade en arduino som har 5 interrupt också, kommer på fredag.

[lasse-a]

Fast påverkas inte träffpunkten av ljudhastigheten? Lägre ljudhastighet ger längre uppmätt radie (se bilden ovan) och ger en annan träffpunkt.

Ja fast samtliga radier påverkas. Så triangeln krymper eller blir större, men formen och tyngdpunkten förändras inte. Men jag orkar inte räkna på det, så jag låter det vara osagt att det verkligen är så. Jag lutar mig bara på intuition. Att det är så för rimligt små fel och ungefär samma avstånd till mikrofonerna, det vågar jag nog iaf lova.

Aja, ska se om jag kan få testat ikväll med mickar.
Hittade en arduino som har 5 interrupt också, kommer på fredag.

Problemet med arduino är att det är svårt att stänga av alla andra interrupt som slår med jämna mellanrum, och även när man lyckats så har man en variabel interrupt-latens på 1-4 cykler (beroende på vilken instruktion som körs). Så de är svåra att mäta tid med tillräcklig noggrant. Det är därför jag byggt mina egna räknare för kronograferna av lös logik. Det blev i slutändan enklare.

Nu har jag inte skissat på just det här problemet, så noggrannheten kanske räcker, men enkelt är det inte. Och när man stängt av allt annat så får man leva utan timers och millis(), osv. som beror på dem.

[Palkom]

Jag hoppas ni ursäktar att jag hoppar in och gissar hejvilt, men jag kände att man kanske borde tänka på det här fantastiska projektet lite annorlunda.

Om vi har 3 mikrofoner i (0,0), (1,0) och (0,1) kan vi få ut två kvantitativa värden, tidsdifferens längs med x- och y-axel, låt oss säga dx och dy i brist på deltatecken.

dx = t0 - tx, om t0 är tiden då (0,0) mikrofonen triggar, och tx då (1,0) mikrofonen triggar, och respektive för dy.

När dx = dy = 0 har vi alltså träffat i mitten av tavlan, för det tar lika lång tid för ljudet att färdas till alla olika mikrofoner, så vi har översatt hela problemet till nya koordinater, och vi kan hitta vår träffpunkt utifrån det. Gött. Har vi en dx = 1 [sekund] har vi alltså att träffpunkten är flyttad så att t0 är 1 sekund större än tx, och det tar längre tid att få värdet från den mikrofonen, träffen är alltså längre ifrån och närmre (1,0) än (0,0), specifikt (1 sekund) * (ljudhastigheten i materialet) längre bort, och på samma sätt kan vi få förflyttningen i y-led. Gött. Kan vi få ut ljudhastigheten? Dessvärre inte med tre mikrofoner. Vi behöver veta när träffen är för det, så vi kan få en total tid det tar för ljudet att färdas mellan två mikrofoner och med ett känt avstånd beräkna hastigheten. Men om vi använder en fjärde mikrofon, på (1,1) exempelvis, kan vi göra vår dx dy-skattning, få fram en punkt där vi tror träffen är, (x,y), och beräkna ett antaget dx' dy' mot punkten (1,1) istället och med hjälp av tx, ty och nu t1 kan vi med kända avstånd mellan mickarna översätta våra tider till avstånd kompenserade för ljudhastigheten i måltavlan.

Spelar det här någon roll? Om vi antar att vi har en 50x50cm stor måltavla av gummi kan vi försöka hitta lite data på ljudhastigheten i materialet plottat mot temperaturen. https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/d ... 1&type=pdf visar att vi kan ha ett rätt stort temperaturberoende i materialet, och hastigheten kan diffa på upp till 10-15%. Det skulle ge oss en felmätning på maximalt 7.5cm, linjärt ökandes ut från centrum på tavlan ut mot kanterna. Mitten skulle ju fortfarande visa rätt, eftersom differensen där är noll mellan mickarna. Halvvägs ut skulle vi ha 2.5-3.75cm fel i varje ledd, och det känns ju som att det inte funkar för inskjutning. Som slutsats kan vi alltså dra att ljudhastighetskontroll är viktigt.

Kommer vi kunna få några bra mätvärden, då? Om vi har en gummitavla i vilken ljudhastigheten än 1600m/s behöver vi kunna mäta med 0.001/1600 sekunders upplösning, vilket översätts till 62.5 kHz samplingsfrekvens och jag kan alldeles för lite om arduino för att avgöra om det är rimligt.

I vilket fall, tack för att ni orkade läsa min utsvävning.

[kattafan]

Jag hoppas ni ursäktar att jag hoppar in och gissar hejvilt, men jag kände att man kanske borde tänka på det här fantastiska projektet lite annorlunda.

Om vi har 3 mikrofoner i (0,0), (1,0) och (0,1) kan vi få ut två kvantitativa värden, tidsdifferens längs med x- och y-axel, låt oss säga dx och dy i brist på deltatecken.

dx = t0 - tx, om t0 är tiden då (0,0) mikrofonen triggar, och tx då (1,0) mikrofonen triggar, och respektive för dy.

När dx = dy = 0 har vi alltså träffat i mitten av tavlan, för det tar lika lång tid för ljudet att färdas till alla olika mikrofoner, så vi har översatt hela problemet till nya koordinater, och vi kan hitta vår träffpunkt utifrån det. Gött. Har vi en dx = 1 [sekund] har vi alltså att träffpunkten är flyttad så att t0 är 1 sekund större än tx, och det tar längre tid att få värdet från den mikrofonen, träffen är alltså längre ifrån och närmre (1,0) än (0,0), specifikt (1 sekund) * (ljudhastigheten i materialet) längre bort, och på samma sätt kan vi få förflyttningen i y-led. Gött. Kan vi få ut ljudhastigheten? Dessvärre inte med tre mikrofoner. Vi behöver veta när träffen är för det, så vi kan få en total tid det tar för ljudet att färdas mellan två mikrofoner och med ett känt avstånd beräkna hastigheten. Men om vi använder en fjärde mikrofon, på (1,1) exempelvis, kan vi göra vår dx dy-skattning, få fram en punkt där vi tror träffen är, (x,y), och beräkna ett antaget dx' dy' mot punkten (1,1) istället och med hjälp av tx, ty och nu t1 kan vi med kända avstånd mellan mickarna översätta våra tider till avstånd kompenserade för ljudhastigheten i måltavlan.

Spelar det här någon roll? Om vi antar att vi har en 50x50cm stor måltavla av gummi kan vi försöka hitta lite data på ljudhastigheten i materialet plottat mot temperaturen. https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/d ... 1&type=pdf visar att vi kan ha ett rätt stort temperaturberoende i materialet, och hastigheten kan diffa på upp till 10-15%. Det skulle ge oss en felmätning på maximalt 7.5cm, linjärt ökandes ut från centrum på tavlan ut mot kanterna. Mitten skulle ju fortfarande visa rätt, eftersom differensen där är noll mellan mickarna. Halvvägs ut skulle vi ha 2.5-3.75cm fel i varje ledd, och det känns ju som att det inte funkar för inskjutning. Som slutsats kan vi alltså dra att ljudhastighetskontroll är viktigt.

Kommer vi kunna få några bra mätvärden, då? Om vi har en gummitavla i vilken ljudhastigheten än 1600m/s behöver vi kunna mäta med 0.001/1600 sekunders upplösning, vilket översätts till 62.5 kHz samplingsfrekvens och jag kan alldeles för lite om arduino för att avgöra om det är rimligt.

I vilket fall, tack för att ni orkade läsa min utsvävning.

Du får gärna rita en bild som förklarar lite hur du menar för det blev lite snurrigt i min hjärna.

Tanken är att mäta bogvågsknallen från kulan, inte i materialet. På så sätt kan man mäta oavsett målmaterial, t.ex. tyg, papp, gummi, plåt osv

[Palkom]

Ja, det kanske var lite otydligt... Här är iaf hur jag tänker att koordinatbytet blir, det kanske kan förklara lite.


Måste inte kulan komma in helt ortogonalt mot målet för att bogvågen ska ge något vettigt? Och måste inte kulans hastighet vara förbestämd så att vinkeln på bogvågen kan beräknas?

EDIT: Bildformatteringsanalfabet, här är direktlänk: https://ibb.co/VjpHZFG

[kattafan]

Ja, det kanske var lite otydligt... Här är iaf hur jag tänker att koordinatbytet blir, det kanske kan förklara lite.


Måste inte kulan komma in helt ortogonalt mot målet för att bogvågen ska ge något vettigt? Och måste inte kulans hastighet vara förbestämd så att vinkeln på bogvågen kan beräknas?

EDIT: Bildformatteringsanalfabet, här är direktlänk: https://ibb.co/VjpHZFG

Det är ju koordinaterna jag räknar ut med mitt ekvationssystem tidigare.

För avstånd där det är relevant att räkna poäng/grupper kan man nog anse att kulans lutning är rätt försumbar tror jag.

Men första steget blir ju att se om jag kan mäta ljudet tillräckligt exakt med den utrustning jag har. Är ju total analfabet när det kommer till elektronik (trots min bakgrund på området) så allt utanför det enklaste blir svårjobbat.

Är lite osäker på hur ett interrupt påverkar en loop/delay i arduino. Tänker att man i interrupten kan nöja sig med att tilldela ett tidsfördriv i en variabel för att hålla det effektivt, sen göra jämförelse på annat ställe.

En annan tanke är att köra en esp32 om det går att koppla interrupt till separata kärnor.

[lasse-a]

Men första steget blir ju att se om jag kan mäta ljudet tillräckligt exakt med den utrustning jag har. Är ju total analfabet när det kommer till elektronik (trots min bakgrund på området) så allt utanför det enklaste blir svårjobbat.

Är lite osäker på hur ett interrupt påverkar en loop/delay i arduino. Tänker att man i interrupten kan nöja sig med att tilldela ett tidsfördriv i en variabel för att hålla det effektivt, sen göra jämförelse på annat ställe.

ti
Problemet här är att du vill mäta tid, och Arduinon använder interrupt för att mäta tid. Så du kan inte stänga av timerinterrupts om du vill kunna mäta tid, och om du inte stänger av dem, så kommer dina externa interrupts att fördröjas ibland pga att timerinterupten körs. Detta leder till svårmätt latens.

På en 16MHz Arduino så blir dessutom upplösningen aldrig bättre än 4us.

Annars så tänker du rätt; interrupt-koden måste vara så kort som möjligt. Där lagrar du exv. bara tidenpunkten för interruptet. I din huvudtråd så får du sedan kolla om du har alla tider, och sedan göra dina beräkningar.

[kattafan]

Men första steget blir ju att se om jag kan mäta ljudet tillräckligt exakt med den utrustning jag har. Är ju total analfabet när det kommer till elektronik (trots min bakgrund på området) så allt utanför det enklaste blir svårjobbat.

Är lite osäker på hur ett interrupt påverkar en loop/delay i arduino. Tänker att man i interrupten kan nöja sig med att tilldela ett tidsfördriv i en variabel för att hålla det effektivt, sen göra jämförelse på annat ställe.

ti
Problemet här är att du vill mäta tid, och Arduinon använder interrupt för att mäta tid. Så du kan inte stänga av timerinterrupts om du vill kunna mäta tid, och om du inte stänger av dem, så kommer dina externa interrupts att fördröjas ibland pga att timerinterupten körs. Detta leder till svårmätt latens.

På en 16MHz Arduino så blir dessutom upplösningen aldrig bättre än 4us.

Annars så tänker du rätt; interrupt-koden måste vara så kort som möjligt. Där lagrar du exv. bara tidenpunkten för interruptet. I din huvudtråd så får du sedan kolla om du har alla tider, och sedan göra dina beräkningar.

Fan va klabbigt det ska vara då

Vad är enklaste alternativa lösningen om man inte ska uppfinna en massa elektroniska himpahimpor?

[lasse-a]

Ja, det kanske var lite otydligt... Här är iaf hur jag tänker att koordinatbytet blir, det kanske kan förklara lite.


Måste inte kulan komma in helt ortogonalt mot målet för att bogvågen ska ge något vettigt? Och måste inte kulans hastighet vara förbestämd så att vinkeln på bogvågen kan beräknas?

EDIT: Bildformatteringsanalfabet, här är direktlänk: https://ibb.co/VjpHZFG

OK, jag orkar inte räkna på det här är en grafisk analys. Jag har satt upp tre mikrofoner pss som du med träff mitt i. Om vi räknat rätt på ljudhastigheten så får vi följande resultat:

triangulation.png

Dvs en entydlig lösning.

Men om vi räknat fel på ljudhastigheten (här illustrerat med en likadan skalning av samtliga värden) så får vi inte längre en entydig träff utan en feltriangel. (Nåja, sidorna är bågformade, men det blir en triangel ändå). Om vi hittar mittpunkten på den triangeln (dvs dra linjer från mitten av en sida till motstående hörn för alla sidor) så ser vi att den inte ändrats.

triangulation-2.png

Här har vi räknat helt galet:

triangulation-3.png

Men om vi kisar så ser vi att vi fortfarande ligger mitt i triangeln. Detta trots ganska grova feluppskattningar.

Summa summarum. Det går alltid att lösa problemet med tre mikrofoner även om man får fel på ljudhastigheten. Iaf när skillnaderna i avstånd till mikrofonerna inte är stort.

Nu finns det ändå fördelar med fyra mikrofoner i tavlans samtliga hörn i det att problemet blir symmetriskt och man får samma precision oavsett var på tavlan man är, nåja, eller iaf så blir zonerna med samma precision symmetriska; det blir inga avgörande skillnader på en 3:a klocka 2, och en 3:a klockan 8. Feltriangeln blir en kvadrat som kommer att ha trevligare längd-bredd-förhållande.