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 Microfono Laser  Reconstruccion de Sonido por Vibracion de Vidrio

Fisica Ondas, Oscilaciones y Espacios Vectoriales
Autor: Alejandro B. E.



Descripcion
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Sistema optico-electronico que captura el sonido dentro de una caja
insonorizada sin contacto fisico, usando la vibracion que el audio imprime
sobre un vidrio. Un laser de 650 nm apunta al vidrio; el reflejo modulado
por las vibraciones es capturado por un fotodiodo BPW34, amplificado por un
TIA LM358 y un MAX9814, y digitalizado via el jack de microfono de la PC.
MATLAB aplica la Transformada de Fourier para reconstruir el audio
original.

   Bocina  vibra vidrio  laser reflejado  BPW34  TIA LM358	MAX9814	 jack PC  MATLAB FFT



Resultados
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Sistema completo  pipeline BPW34  TIA  MAX9814	FFT
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Seal		  Frec. base	 Error RMS	   SNR (dB)  Correlacion

Tono puro		    1000 Hz	   2.79	 10  102.1 dB  1.0000
Acorde Do Mayor	    262 Hz	   2.87	 10  62.1 dB   1.0000
Barrido chirp	    1001000 Hz	1.06  10   30.5 dB   0.9996
Compleja (5 armonicos)  262 Hz	   3.00	 10  63.1 dB   1.0000



Analisis SVD  Espacios Vectoriales
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La descomposicion en valores singulares revela la estructura del espacio
vectorial de cada senal. El tono puro concentra el 99% de su energia en 1
modo; el acorde en 3 modos (uno por nota); la senal compleja en 5 modos
(uno por armonico).



Reconstruccion FFT
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Simulacion 3D del montaje experimental
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Escena 3D animada del montaje completo: caja insonorizada, vidrio
vibrante,laser industrial D18x65mm 650nm 5mW sobre soporte Neiko, BPW34 en
tubo negro, ESP32 como fuente 5V, circuito TIA LM358 + MAX9814 + modulo
jack ShillehTek en protoboard 830pts, y laptop con MATLAB.



Diagrama de circuito
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Hardware
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Componente			  Funcion		      Valor clave

Laser D18x65mm 650nm 5mW	  Fuente de luz, enfocable    P = 5 mW, punto continuo
BPW34 (fotodiodo PIN)	  Luz  corriente	   R = 0.3 A/W @ 650 nm
LM358 (TIA)			  Corriente  voltaje	   Rf = 10 k, Cf = 100 pF
Capacitor C_ac		  Bloqueo DC		      10 F
MAX9814 HiLetgo		  Amplificador AGC	      Av = 40 dB (GAIN flotante)
Capacitor C_sal		  Bloqueo offset salida	      47 F
Modulo Jack ShillehTek 3.5mm  Interfaz PC		      Entrada microfono, breakout TRRS
ESP32 DIYables		  Fuente de alimentacion 5V   Pin VIN  rail protoboard
Soporte Neiko con pinzas	  Posicionar laser en angulo  Ajuste ~30 sobre el vidrio

Alimentacion: ESP32 VIN (+5V) + GND	 protoboard



Software
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Dependencias MATLAB
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   MATLAB Student Suite (Signal Processing Toolbox, Symbolic Math, etc.)
   FSDA  Flexible Statistics Data Analysis
	https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/72999-fsda (para
	anlisis SVD avanzado)

Estructura del repositorio
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   Proyecto-Fisica-2do/
	Scripts/
	   script_prueba_demostracion.m	  # Simulacion completa del sistema
	   simulacion_3d_laser.m	  # Visualizacion 3D animada
	   diagrama_circuito.m		  # Esquematico del circuito
	Imagenes/
	   Sistema Laser-Fotosensor  Resultados Completos.png
	   Analisis SVD	 Espacios Vectoriales.png
	   Reconstruccion FFT.png
	   Simulacion 3D  Microfono Laser.png
	   Diagrama de Circuito	 Microfono Laser.png
	LICENSE

Uso
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   % 1. Simulacion matematica completa (no requiere hardware)
   run('Scripts/script_prueba_demostracion.m')

   % 2. Simulacion 3D animada del montaje (presionar Q para detener)
   run('Scripts/simulacion_3d_laser.m')

   % 3. Diagrama de circuito esquematico
   run('Scripts/diagrama_circuito.m')
   % Guardar en alta resolucion:
   print(gcf, '-dpng', '-r300', 'diagrama_circuito.png')

Requisitos: MATLAB (base) + Signal Processing Toolbox
No requiere Simulink ni Simscape.



Metodo
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Pipeline optico-electronico
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   1. Audio dentro de la caja  vibra el vidrio (x ~ m)
   2. Vidrio vibrante modula la intensidad del reflejo del laser
	  P_luz(t) = P_laser  [1 + m  audio(t)]	  (m = profundidad de modulacion)
   3. BPW34 convierte luz en corriente:
	  I_foto = R  P_luz   (R = 0.3 A/W)
   4. TIA LM358 convierte corriente en voltaje:
	  V_TIA = I_foto  Rf   (Rf = 10 k)
   5. C_ac elimina el offset DC
   6. MAX9814 amplifica con AGC automatico (40 dB)
   7. Modulo Jack ShillehTek 3.5mm	jack microfono PC  MATLAB

Reconstruccion por FFT
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   Y	 = fft(senal_capturada);
   umbral	 = max(abs(Y)) * 0.1;	       % conservar componentes > 10%
   mascara	 = abs(Y) > umbral;	       % filtro espectral
   mascara	 = mascara | flipud(mascara);  % simetria hermitiana
   senal_rec = real(ifft(Y .* mascara));   % reconstruccion

Analisis SVD
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La matriz de trayectoria M	^(ventana  cols) captura la estructura
temporal de la senal. Su descomposicion M = UV revela cuantos modos
son necesarios para representar el contenido espectral  directamente
relacionado con el numero de frecuencias presentes.



Licencia
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Distribuido bajo los terminos del archivo LICENSE LICENSE.



Proyecto integrador	 Fisica 2do Semestre  Ondas, Oscilaciones y
Espacios Vectoriales