Arduino & la Musica: Un pianoforte a raggi laser

Spesso, i film di fantascienza ci hanno fatto sognare, mostrandoci armi laser, motori a propulsione laser e chi più ne ha più ne metta. E' giunto il momento di far diventare la fantascienza realtà. Certo, non costruiremo una spada o una pistola laser (per ora), ma con un pò di inventiva riusciremo a stupire i nostri amici con un progetto tanto semplice quanto spettacolare. Pochi sanno che Arduino può essere anche utilizzato per produrre suoni. Suoni semplici, è vero, ma pur sempre suoni, e per farlo basterà solamente un piccolo altoparlante. In questo progetto si costruirà un pianoforte, ma non con i classici tasti, bensì con dei laser: un bellissimo pianoforte a raggi laser!

HARDWARE

La lista della spesa per la realizzazione di questo progetto è alquanto semplice, servono solamente:

7 puntatori laser da 5V
7 fotoresistenze con convertitore AD integrato
una scheda Arduino UNO
un altoparlante da 25W 8Ohm
cavetti di collegamento di tipo jumper wires

Il principio di funzionamento del pianoforte laser è molto semplice: 7 fasci laser colpiranno 7 fotoresistenze che sono equipaggiate con un convertitore analogico digitale e una resistenza variabile detta anche trimmer che servirà a tararne la sensibilità in base a quanta luce è presente nella stanza. Per suonare il pianoforte basterà interrompere uno dei fasci laser che cambierà lo stato di uscita della fotoresistenza associata. A questo punto, Arduino "sentirà" questa variazione di stato e produrrà la nota associata tramite un piccolo altoparlante.

Ma come funziona un puntatore laser?

I laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - amplificazione di luce attraverso l'emissione stimolata di radiazione) sono dispositivi a basso costo che si trovano in commercio e sono generalmente dei diodi molto simili ai classici diodi LED. Un laser funziona sfruttando il principio della stimolazione e dell'emissione di radiazione elettromagnetica coerente. Il cuore di un laser è il mezzo attivo, che può essere costituito da un gas, un solido o un liquido. In questo mezzo, gli atomi, le molecole o i cristalli sono eccitati mediante energia elettrica o luminosa, provocando una transizione degli elettroni in stati energetici superiori. Quando questi elettroni rilasciano energia tornando allo stato fondamentale, emettono un fotone, ovvero un pacchetto di energia elettromagnetica, che è in fase con gli altri fotoni emessi. Questo effetto si chiama emissione stimolata. I fotoni stimolati a loro volta stimolano altri fotoni, creando una cascata di fotoni coerenti che si propagano attraverso il mezzo attivo. Grazie a uno specchio posto ad una estremità del mezzo attivo, i fotoni rimbalzano all'interno, provocando una ulteriore emissione stimolata, amplificando ulteriormente la radiazione. La radiazione così amplificata esce dal laser attraverso lo specchio dell'altra estremità del mezzo attivo, creando un fascio di luce coerente e altamente direzionale.

Figura 1: Principio di funzionamento di un laser. Lo specchio riflettente è posto dietro, quello semi riflettente davanti

L'ampiezza, la lunghezza d'onda e la direzione del fascio di luce del laser dipendono dalle caratteristiche del mezzo attivo, dal tipo di eccitazione e dal tipo di specchi utilizzati per riflettere la luce all'interno del mezzo attivo. I laser sono utilizzati in numerosi campi, tra cui la medicina, la comunicazione, l'industria e la ricerca scientifica, grazie alla loro capacità di generare una luce altamente direzionale e coerente, con una potenza e una precisione molto elevate. I laser trattati in questo progetto avranno quindi un anodo e un catodo ed andranno alimentati correttamente a 5V. Ovviamente, esistono laser con un livello di potenza molto elevato, impiegati spesso in medicina o per scopi industriali (es: tagli o incisioni laser).

ATTENZIONE: I laser sono dispositivi pericolosi! Non vanno mai puntati neanche per gioco direttamente sugli occhi di persone o animali, potrebbe implicarne la perdita permanente della vista.

Le fotoresistenze sono delle semplici resistenze che variano il loro valore in modo inversamente proporzionale in base alla quantità di luce che le colpisce: il loro valore in ohm diminuisce all'aumentare dell'intensità della luce e vengono realizzate solitamente con un semiconduttore detto solfuro di cadmio. Sono molto utilizzate nelle applicazioni crepuscolari (vedi Figura 2) in cui è necessario pilotare l'accensione di una luce dopo il tramonto.

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