昨日、ペットボトルの内圧による音の変化を記事にしましたが、
周波数がどの程度なのか解析してみました。
音をAudacityに取り込みました。
250kPaのスペクトルを解析しました。
すべての周波数を解析すると、0kPaで240Hz、250kPaで889Hzなので
ド（C4:262Hz）～ラ（A5:880Hz）と2オクターブ弱をカバーしていますので、
人間の音域並みです。
15本使用して内圧を変えれば楽器になりますね。
- 前ページ
- 次ページ
コンプレッサーを改造したときに、タイヤの代替えとしてペットボトルを
使用したのですが、たまたまペットボトルを叩いた時に内圧で音が変わる
ことに気付いたので、動画にしてみました。
内圧を自動車タイヤの空気圧よりも少し高い250kPaまで上げると、
ペットボトルをたたいた音が金属音に聞こえます。
先日作成したコードレスエアーコンプレッサーに圧力センサーを取り付け、
Arduino で制御して設定の空気圧に達したらコンプレッサーを自動停止
する機能を付加しました。
圧力の測定値を校正する校正器も自作しました。
まず全体構成です。
右にあるのがエアーコンプレッサーで圧力センサーは
Freescale Semiconductor製のMPX5500DPです。
タイヤに空気を入れるのに必要なのは、エアーコンプレッサーだけです。
左にあるのが校正器で、シリンジに空気を送りその圧力で秤を押しています。
シリンジはガスケットが動き始めるのに少し力が必要なので、
圧がかかった状態でシリンジ本体を回転させて動きやすくしています。
シリンジの回転部分です。
シリンジに3Dプリンターで作成したギアを取り付け、
シリンジ本体はベアリングで固定しています。
ベアリングは、ボール以外は3Dプリンターで作成しました。
ギアはギヤードモーターで2秒正転/2秒逆転で90度回転させています。
シリンジのプランジャーは前後には自由に動くが、回転しないように、
ベアリングと円弧のプレートで結合しています。
写真用にプランジャーを上げていますが、実際には下と接します。
奥の1.5Lのペットボトルはタイヤのダミーでコンプレッサーの動作による
空気圧の脈動を低減しています。
配管状況です。
エアーコンプレッサーから入力して、圧力センサーとペットボトルと
校正器に出力しています。
回路図です。
200kPaに設定した実際の動作の様子です。
設定値のｰ10kPaでPWM制御でエアーコンプレッサーのモータの電力を
少し落とし、設定値のｰ5kPaでモータの電力を半分にして、
オーバーシュートを防止しています。
（実際のタイヤの場合は容量が大きいのでこのような細工は不要と思います）
モータでシリンジを回転させる前の測定値は7.94で、
モータを駆動すると8.5と、約7%差がありますので、
精度にはシリンジを回転させることが重要なのが分かります。
微量の空気漏れがあるようで、設定圧に達してからも
数秒おきにエアーコンプレッサーが動作しています。
タイヤ（容量約30L）の代わりに1.5Lペットボトルを使用しているので、
実際にタイヤに空気を入れる場合には、1分間の空気圧の低下は1kPa
（空気圧が約220kPaなので、0.5%以下）以下に収まると思います。
校正の結果です。
シリンジの内径が23mmなので、面積が415.5mm2になり、
1kg当たりの圧力(kPa)は9.8/415.5*1000=23.6kPaです。
秤の測定値が8.50kgなので、8.50*23.6=200.6になります。
一方、エアーコンプレッサーのゲージは200kPaを示していて、
圧力センサーの測定値も200kPaを表示しています。
ということで、エアーコンプレッサーのゲージ、圧力センサーの測定値
ともに正確ということが分かりました。
校正器で校正する必要があると思っていたので、結果にビックリです。
空気圧は200kPa～250kPaを5kPa毎に設定可能です。