Optoson 1Artikel geschreven voor Logos Blad n.a.v. Mach'96: een laboratoriumverslag over klankkameras...
<OptoSon>
Het gebruik van licht voor het opwekken en reproduceren van klanken heeft een bijzondere lange voorgeschiedenis. Optisch opgewekt geluid is zelfs ouder dan mechanische en magnetische klankregistratie. Ook vandaag, denken we maar aan de CD-speler, is licht het medium dat wordt gebruikt voor registratie en reproduktie van de klankinformatie. Ook het gebruik van optika voor de opwekking van geluid heeft een lange voorgeschiedenis (denken we maar aan het Hammond toonwielorgel) , en ook in onze tijd zijn nog steeds enkele musici intensief bezig met exploraties in dit domein. Citeren we hier bvb. de franse muzikus Jacques Dudon met zijn Synthetiseur Optophonique, onlangs nog te gast bij Stichting Logos.
Voor onze kompositie 'Mach96' wilden we uitgaan van geluiden zoveel mogelijk voortgebracht of in relatie tot klanken en bewegingseigenschappen van de stoommachines die het onderwerp van de kompositie uitmaken. Nu is een stoommachine niet bepaald een erg vinnige machine: ze beweegt relatief traag en ook de veranderingen van de bewegingstoestanden kennen een nauwelijks spektakulair te noemen verloop in de tijd. Een stoommachine bereikt haar grote stabiliteit in eerste plaats door de toepassing van de Watts-regulator, een geniale uitvinding die van de machine een cybernetisch of zelfregulerend systeem maakt: op een as worden symmetrisch op een cirkelomtrek bolvormige massas beweeglijk bevestigd. Wanneer de as stilstaat hangen die massas tegen de as. Vanzodra echter de as in beweging komt, verwijderen de massas zich onder invloed van de centrifugale kracht van de as weg. De mate waarin de massas zich van de as verwijderen is dus evenredig met de omwentelingssnelheid van de as.Via een concentrisch aangebrachte as die mechanisch wordt verbonden met de stoomtoevoerklep slaagt men erin de rotatiesnelheid van de gehele machine konstant te houden, onafhankelijk van de belastingstoestand van de machine.
Willen we de autoreguleringsparameters van de machine nu kunnen gebruiken voor sonorisatietoepassingen, dan ligt het voor de hand de bewegingen van de Watts-regulator als uitgangspunt te gebruiken. Hiervoor kwam optische klanktechnologie ons ter hulp. We bouwden een kleine kamera obscura voorzien van een teleobjektief uit een oude 8mm filmkamera. Dergelijk objektief levert een beeldje kleiner dan een vierkante centimeter. Het in de kamera gevormde beeld projekteerden we op een stukje silicium zonnepaneel. De door dit kristal voortgebrachte stroom differentieerden we in een elektronische schakeling zodat het verkregen signaal nog slechts een funktie is van de globale veranderingen in lichtintensiteit binnen het beeldvenster. Merk op dat zonnecellen wanneer aan de minimale lichtinval vereisten voldaan is, een kwazi konstante spanning (ca. 520mV) leveren. De geleverde stroom daareentegen is een funktie van de hoeveelheid invallend licht: maximaal ca. 10mA per vierkante centimeter bij loodrecht invallend zonlicht). De resulterende schakeling werkt naar de gebruiker toe zoals een kondensatormikrofoon met fantoomvoeding (48V) en wordt via een gewoon XLR mikrofoonsnoer symmetrisch aangesloten. Het frekwentiebereik is 20Hz-20kHz, maar de inherente ruis van de zonnecellen maakt het gebruik van zo'n breed spektrum niet erg aangewezen. De spanningsafgifte, en ook de definitie (kontourscherpte van de golfvorm) kan nu worden geregeld met het diafragma van het objektief. De kamera staat scherp wanneer een bewegend beeld verkregen door bvb. een invallende lichtbundel met een scherp afgelijnd voorwerp periodiek te onderbreken, een blokgolfvormig signaal (oscilloskoop gebruiken) oplevert.
We hadden een heel goede reden om een 8mm filmkameraobjektief te gebruiken. Dit heeft alles te maken met een eigenaardigheid van zonnecellen: deze bestaan uit glas waarop de fotoelektrische PN-silicium kristallen worden aangebracht. Om deze elektrisch te verbinden wordt daarbovenop een weefsel van elektrisch geleidende verbindingen aangebracht. Op de plaatsen waar die verbindingen de kristallen bedekken heeft de zonnecel een blinde vlek! Het kruciale punt is nu ervoor te zorgen dat het door het objektief gevormde beeld op geen enkele dergelijke verbinding op de zonnecel terecht komt. Immers, zou dat wel het geval zijn, dan zal het uitgangssignaal bij aan de blinde vlek voorbijgaand bewegend beeld, een impuls te zien geven die niet is gerelateerd aan veranderingen binnen het beeld zelf. Aangezien nu de afstand tussen deze verbindingen bij alle zonnecellen die we in voorraad hadden kleiner was dan 9mm, dienden we wel uit te gaan van een beeldvenster kleiner dan deze afmetingen. Vandaar dus, het gebruik van een 8mm kameraobjektief...
(Wie nog zo'n ding op zolder liggen heeft kan er ons steeds plezier mee doen. ).
De bouw van de klankkamera vraagt wel enige precizie van de bouwer. Bovendien moet de gehele schakeling ingebouwd worden in een volkomen lichtdichte en trilvrije behuizing.
Wat het praktische gebruik betreft moet vooral opgelet worden voor de aanwezigheid van elektroluminiscentielicht binnen het onderwerp: dit veroorzaakt een stevige brom of een fluittoon wanneer het licht wordt gevoed via een HF-wisselspanning. Ook gewoon licht van gloeilampen bevat een flinke 50Hz komponent, zij het beduidend minder. Een optimaal resultaat wordt dan ook bereikt wanneer we het bewegend onderwerp belichten met een accugevoede fototoorts, zuivere gelijkspanning dus. Zorg voor voldoende bewegingslichtkontrast in het onderwerp, door het instellen van de belichtingshoek. Verbied strikt het gebruik van fotoflitslicht binnen de ruimte: dit veroorzaakt steevast een geweldige en ook wel gevaarlijke knal in de luidsprekers...
Toepassing van onze <OptoSon> op regulators van allerhande machines levert ongemeen interessante geluiden op: het timbre (de golfvorm) wisselt voortdurend terwijl de grondtoon konstant blijft zolang het toerental van de machine tenminste niet verandert. De konstante toon heeft uiteraard muzikaal nogal wat beperkingen: je zit onmiddellijk vast met een bourdontoon. Maar, door gebruik te maken van komputergestuurde toonhoogtemanipulatie binnen het 'Mach96' programma, menen we toch ook muzikaal boeiend kompositorisch materiaal te hebben verworven.
Een <Optoson> als bewegingssnelheidsmeter...
Bij het ontwerp van de <OptoSon> hebben we alles in het werk gesteld om het beeld van het bewegend voorwerp dat we willen 'verklanken' te projekteren op een zuiver homogeen stukje siliciumzonnepaneel. Het voorkomen van 'blinde vlekken' is immers erg storend in het bekomen klankrezultaat. Toch hebben we in ons laboratorium onderzocht of precies dankzij het voorkomen van blinde vlekken niet op zinnige wijze snelheidsinformatie over een beweging binnen het beeldvlak zou kunnen worden bekomen. Speciaal voor dit onderzoek bouwden we een nieuwe OptoSon kamera, maar nu gebruik makend van een objektief uit een oude 6x9 of 6x6 balgkamera (focus 7.5 tot 10.5cm) enerzijds en een bijzonder groot homogeen op een stuk glas aangebracht zonnepaneel met dunne evenwijdige elektrodelijnen (optoelektrisch blinde lijnen dus). Dergelijk zonnepaneel betrokken we van de Amerikaanse firma Solems, enkele jaren geleden. Het oppervlak van de zonnecel waarop we het beeld projekteren heeft hierbij volgende afmetingen: 80mm x 48mm, waarbij het paneel in lengterichting en binnen het beeldvlak 13 lijnen vertoont. Deze lijnen liggen op een onderlinge afstand van 1/4" (jawel, in dit prehistorische eenhedenstelsel...). Stel nu dat we de kamera scherpstellen op een bewegende lichtbron op een bepaalde afstand van het objektief, -en stel voor de eenvoud dat de beweging een eenparige cirkelbaan beschrijft en binnen eenzelfde horizontaal vlak plaatsvindt- dan zal bij een bepaalde bewegingssnelheid, het signaal een reeks pulsen met een frekwentie evenredig met deze snelheid en omgekeerd evenredig met de afstand tussen beweging en camera vertonen. Door tijdmeting van de afstand tussen de pulsen kan, wanneer de afstand bekend is, de bewegingssnelheid heel precies bepaald worden. De afstandsmeting kunnen we uiteraard ook geautomatiseerd meten, via sonar pulsen of klassieke radar bijvoorbeeld. Wanneer we deze laatste technologien inzetten, dan vervalt echter de eenvoud van dit opzet en dan kan de bewegingssnelheid ook uit deze alternatieve technologien worden afgeleid (cfr. <A Book of Moves>. Een voordeel is echter, dat we dan de via de ene weg verkregen informatie, nu kunnen verifieren door haar te vergelijken op konsistentie met de informatie verkregen langs optische weg. Dit maakt de betrouwbaarheid van het sensorsysteem uiteraard heel wat groter.
Voor de uitwerking van deze <OptoSon> bewegingsdetektor maakten we dankbaar gebruik van een PIC microcontroller: de onvolprezen Basic II Stamp van Parallax. Het signaal van de zonnecel dient wel eerst geschikt te worden gemaakt voor verwerking door de microcontroller: differentiering en pulsdetektie van het signaal volstaan. De output is nu geen klankinformatie, maar naar keus een midi controller signaal of een RS232 serieel datasignaal dat rechtstreeks naar een komputer kan worden gevoerd. De goede werking van deze sensor staat of valt met de aanwezigheid in het bewegend beeld van een kontrasterend lichtend punt waarvan de op het beeld geprojekteerde afmetingen kleiner moeten zijn dan de afstand tussen de blinde lijnen op het zonnepaneel. Uiteraard hoeft de beweger hiervoor niet per se een zaklantaarn of een laserstraal te gebruiken. Een T-shirt met een helwitte cirkel doet het reeds heel behoorlijk...
Dr.Godfried-Willem RAES
Gent, Augustus 1996
Optoson 1
Optoson 2
Optoson 3
Optoson 4
Terug naar de Logos index-pagina
Terug naar de webstek van Godfried-Willem Raes
Naar <Kursus Experimentele Muziek>
Voor het eerst gepubliceerd op het net op 03.12.1997
Laatste update: 2019-03-20