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# 🔬 Microfono Laser — Reconstruccion de Sonido por Vibracion de Vidrio

**Fisica Ondas, Oscilaciones y Espacios Vectoriales**  
**Autor:** Bernal Estrada Alejandro

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## Descripcion

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.

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

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## Resultados

### Sistema completo — pipeline BPW34 → TIA → MAX9814 → FFT

![Resultados completos](Imagenes/Sistema%20Laser-Fotosensor%20—%20Resultados%20Completos.png)

| Señal | Frec. base | Error RMS | SNR (dB) | Correlacion |
|---|---|---|---|---|
| Tono puro | 1000 Hz | 2.79 × 10⁻⁶ | **102.1 dB** | 1.0000 |
| Acorde Do Mayor | 262 Hz | 2.87 × 10⁻⁴ | **62.1 dB** | 1.0000 |
| Barrido chirp | 100–1000 Hz | 1.06 × 10⁻² | **30.5 dB** | 0.9996 |
| Compleja (5 armonicos) | 262 Hz | 3.00 × 10⁻⁴ | **63.1 dB** | 1.0000 |

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### Analisis SVD — Espacios Vectoriales

![SVD](Imagenes/Analisis%20SVD%20—%20Espacios%20Vectoriales.png)

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).

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### Reconstruccion FFT

![Reconstruccion](Imagenes/Reconstruccion%20FFT.png)

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### Simulacion 3D del montaje experimental

![Simulacion 3D](Imagenes/Simulacion%203D%20—%20Microfono%20Laser.png)

Escena 3D animada del montaje completo: caja insonorizada, vidrio vibrante, laser KY-008, BPW34 en tubo negro, circuito TIA + MAX9814 en protoboard, y laptop con MATLAB.

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### Diagrama de circuito

![Diagrama](Imagenes/Diagrama%20de%20Circuito%20—%20Microfono%20Laser.png)

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## Hardware

| Componente | Funcion | Valor clave |
|---|---|---|
| Laser KY-008 (650 nm) | Fuente de luz | P = 0.5 mW |
| BPW34 (fotodiodo PIN) | Luz → corriente | R = 0.3 A/W @ 650 nm |
| LM358 (TIA) | Corriente → voltaje | Rf = 10 kΩ, Cf = 100 pF |
| Capacitor C_ac | Bloqueo DC | 10 µF |
| MAX9814 HiLetgo | Amplificador AGC | Av = 40 dB (GAIN flotante) |
| Capacitor C_sal | Bloqueo offset salida | 47 µF |
| Jack 3.5 mm | Interfaz PC | Entrada microfono |

**Alimentacion:** +5V + GND  

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## Software

### 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

```matlab
% 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.

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## Metodo

### Pipeline optico-electronico

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1. Audio dentro de la caja → vibra el vidrio (Δx ~ µm)
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 kΩ)
5. C_ac elimina el offset DC
6. MAX9814 amplifica con AGC automatico (40 dB)
7. Jack PC → MATLAB captura la senal digitalizada
```

### Reconstruccion por FFT

```matlab
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

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

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## Licencia

Distribuido bajo los terminos del archivo [LICENSE](LICENSE).

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