Un telefono viene solitamente descritto per quello che fa — chiamate, foto, app. Descrivilo invece per quello che contiene: un microfono sufficientemente calibrato con campionamento a 48 kHz, due o tre fotocamere, una luminosa torcia LED, un motore di vibrazione, un accelerometro e uno schermo in grado di lampeggiare a una frequenza precisa. Questo non è un telefono. È un piccolo laboratorio con un touchscreen.
La maggior parte delle app utilizza una di queste parti alla volta, per lo scopo previsto. Le misurazioni interessanti iniziano quando le usi in modo non convenzionale e in combinazione: la torcia come sorgente luminosa per la fotocamera, le vibrazioni del motore come eccitatore per l'accelerometro, un secondo telefono come l'altra metà di un esperimento. Questo post è una mappa di quel territorio, in tre livelli di crescente ambizione.
Livello 1: un solo sensore, in ascolto passivo
Gli strumenti più semplici puntano un sensore verso il mondo e analizzano ciò che ritorna:
- Spettro sonoro — registra l'audio, calcola uno spettro, osserva dove si concentra l'energia. Questo è lo strumento versatile per eccellenza: motori, ronzii, vibrazioni metalliche, toni di risonanza di oggetti percossi.
- Tap test — bussa su un frutto o colpisci un materiale e analizza la coda di decadimento: la risonanza dominante e la rapidità con cui decade dicono molto più su ciò che c'è all'interno di quanto potrebbe mai fare il volume sonoro. (Maggiori dettagli nel post sul tap test.)
- Vibrazione — appoggia il telefono su una lavatrice, un compressore, una stampante 3D e l'accelerometro registrerà l'impronta della vibrazione.
- Colore e luce della fotocamera — misurazione spot del colore, rilevamento del flickering/frequenza di lampeggiamento per display e illuminazione LED, illuminamento, conteggio di oggetti ripetuti, lettura di contatori analogici, stima delle dimensioni.
La regola unificante: l'acquisizione deve essere il più grezza possibile, nei limiti consentiti dalla piattaforma. Su Android questo significa richiedere il percorso del microfono non elaborato — senza controllo automatico del guadagno, senza soppressione del rumore che riscriva proprio il segnale che intendi misurare — e bloccare l'esposizione automatica e il bilanciamento del bianco della fotocamera ogni volta che la misurazione dipende dalla costanza dei livelli di luce.
Livello 2: il telefono eccita, poi misura la propria eccitazione
Un telefono contiene anche degli attuatori, e l'accoppiamento di un attuatore con un sensore trasforma l'ascolto passivo in uno strumento attivo:
- Torcia + riflettanza della fotocamera — acquisisci una coppia di fotogrammi con la torcia spenta e accesa; la differenza isola il modo in cui la superficie riflette una luce nota, escludendo quasi del tutto la luce ambientale della stanza dal risultato.
- Torcia come illuminante: pulsazioni e traslucenza — premi la punta di un dito sulla fotocamera con la torcia accesa e la fotocamera si trasformerà in un fotorilevatore che osserva le variazioni del volume sanguigno a ogni battito cardiaco. Gli stessi elementi ottici misurano la traslucenza di un materiale.
- Motore di vibrazione + accelerometro + microfono — il telefono vibra contro un oggetto mentre registra come questo risponde, sia meccanicamente che acusticamente. Un pannello vuoto e uno pieno risponderanno in modo diverso.
Gli strumenti attivi hanno una proprietà che manca a quelli passivi: lo stimolo è noto. Quando controlli l'eccitazione, puoi calcolare le caratteristiche partendo da rapporti e risposte anziché da livelli assoluti — il che rende i risultati confrontabili tra diversi modelli di telefono senza dover calibrare ciascun dispositivo.
Livello 3: due telefoni, un unico esperimento
Alcune grandezze sono intrinsecamente a due facce: quanto suono blocca una parete, quanta luce trasmette una finestra. Un solo telefono non può trovarsi su entrambi i lati contemporaneamente — ma due sì, e la maggior parte delle case ne ha almeno due.
Il trucco che permette di farlo senza attrezzature da laboratorio è il rapporto a ricevitore unico. Il telefono che emette riproduce uno stimolo auto-identificante — uno sweep di toni a gradini, o uno schermo che lampeggia a una frequenza fissa. Il telefono di misurazione effettua due acquisizioni: una con percorso libero verso l'emettitore (il riferimento), una attraverso la parete o la finestra. Come risultato viene utilizzato solo il rapporto tra queste due acquisizioni, effettuate con lo stesso microfono o fotocamera. Il volume dell'emettitore, la sensibilità del ricevitore, la stanza — tutto si annulla. Di conseguenza, i due telefoni non hanno bisogno di sincronizzazione dell'orologio, cavi o calibrazione reciproca. (Guida completa nel post sull'isolamento acustico.)
Regola di progettazione alla base di tutti e tre i livelli: mai fidarsi di un livello assoluto. I microfoni e le fotocamere dei telefoni variano a seconda del modello; risonanze, tassi di decadimento, pattern nel dominio dell'ordine e rapporti a ricevitore unico per lo più no. Le funzionalità basate su grandezze relative sono trasferibili tra dispositivi diversi; quelle basate su valori assoluti richiedono una calibrazione permanente per ciascun dispositivo.
Da singole letture a un intero catalogo
Una lettura a sé stante è solo una curiosità. Le letture diventano conoscenza quando si collegano alle cose: questo melone, questa ruota, questa parete, misurati oggi e poi di nuovo la prossima settimana. Pertanto, ogni misurazione può essere archiviata sotto un oggetto in un catalogo — Categoria → Oggetto → Caso d'uso → Misurazione — e qualsiasi misurazione può ricevere un'etichetta di verità a posteriori: hai bussato sul melone, poi lo hai tagliato e infine hai registrato ciò che hai trovato. Questo ciclo chiuso, ripetuto su molti utenti e molti oggetti, è il modo in cui i classificatori dei tap test vengono addestrati su frutti reali anziché su campioni di laboratorio.
E per compiti più complessi rispetto alle semplici letture — come accordare la ruota di una bicicletta o controllare l'isolamento di una stanza — le attività guidate concatenano diversi strumenti nel giusto ordine e ti dicono cosa fare tra una misurazione e l'altra, salvando i risultati nel medesimo catalogo. Il post sull'accordatura dei raggi illustra la prima di queste attività.
Dove stiamo andando
La lista degli strumenti continua a crescere — e l'architettura è progettata in modo che l'aggiunta di uno strumento sia incrementale: un nuovo inserimento in un registro, senza mai dover rielaborare ciò che è già stato salvato. Tutto viene eseguito sul dispositivo, offline, con risultati in meno di un secondo; il post sull'approccio offline-first spiega perché questo vincolo sia strutturale e non semplicemente una casella da spuntare nella lista delle funzionalità.