Wat kan een telefoon eigenlijk meten?

Een telefoon wordt meestal beschreven door wat hij doet — bellen, foto's maken, apps. Beschrijf hem in plaats daarvan door wat hij bevat: een voldoende gekalibreerde microfoon die opneemt op 48 kHz, twee of drie camera's, een felle LED-zaklamp, een trilmotor, een versnellingsmeter en een scherm dat op een exacte frequentie kan knipperen. Dat is geen telefoon. Dat is een klein laboratorium met een touchscreen.

De meeste apps gebruiken slechts één van die onderdelen tegelijk, voor het beoogde doel. De interessante metingen beginnen wanneer je ze off-label en in combinatie gebruikt: de zaklamp als lichtbron voor de camera, de trilmotor als trillingsbron voor de versnellingsmeter, een tweede telefoon als de andere helft van een experiment. Deze post is een kaart van dat terrein, verdeeld in drie niveaus van toenemende ambitie.

Niveau 1: één sensor, passief luisterend

De eenvoudigste tools richten één sensor op de wereld en analyseren wat er terugkomt:

• Geluidsspectrum — neem geluid op, bereken een spectrum, kijk waar de energie zit. Dit is het allround werkpaard: motoren, gebrom, geratel, het uitklinken van aangeslagen objecten.
• Kloptesten — klop op een stuk fruit of tik op een materiaal en analyseer het uitsterfgedrag: de dominante resonantie en hoe snel deze wegsterft, zeggen meer over de binnenkant dan het volume ooit zou kunnen. (Meer in het bericht over de kloptest.)
• Trillingen — leg de telefoon op een wasmachine, een compressor of een 3D-printer, en de versnellingsmeter registreert het trillingsprofiel.
• Camerakleur en -licht — spot-kleurmeting, detectie van flikkering/knippersnelheid voor schermen en LED-verlichting, verlichtingssterkte, het tellen van herhaalde objecten, het aflezen van analoge meters, het schatten van afmetingen.

De overkoepelende discipline: de opname moet zo ruw zijn als het platform toelaat. Op Android betekent dit dat je het onbewerkte microfoonpad opvraagt — geen automatische versterkingsregeling, geen ruisonderdrukking die juist het signaal herschrijft dat je wilt meten — en dat je de automatische belichting en witbalans van de camera vergrendelt wanneer de meting afhankelijk is van betrouwbare lichtniveaus.

Niveau 2: de telefoon exciteert, en meet vervolgens zijn eigen excitatie

Een telefoon bevat ook actuatoren, en door een actuator te koppelen aan een sensor verandert passief luisteren in een actief instrument:

• Zaklamp + reflectantie via camera — maak twee opnames, één met de zaklamp uit en één aan; het verschil isoleert hoe het oppervlak een bekend licht reflecteert, waardoor het omgevingslicht in de kamer grotendeels uit het resultaat wordt weggefilterd.
• Zaklamp als lichtbron: polsslag en translucentie — houd een vingertop op de camera met de zaklamp aan, en de camera verandert in een fotodetector die volumeveranderingen van het bloed bij elke hartslag volgt. Dezelfde optica meet hoe translucent een materiaal is.
• Trilmotor + versnellingsmeter + microfoon — de telefoon trilt tegen een object en registreert hoe het object reageert, zowel mechanisch als akoestisch. Een hol paneel en een massief paneel reageren anders.

Actieve tools hebben een eigenschap die passieve missen: de stimulus is bekend. Wanneer je de excitatie controleert, kun je functies bouwen op basis van verhoudingen en reacties in plaats van absolute niveaus — en dat is precies wat resultaten vergelijkbaar maakt tussen verschillende telefoonmodellen, zonder dat je elk apparaat hoeft te kalibreren.

Niveau 3: twee telefoons, één experiment

Sommige grootheden hebben inherent twee kanten: hoeveel geluid een muur tegenhoudt, hoeveel licht een raam doorlaat. Een telefoon kan niet aan weerszijden tegelijk zijn — maar twee telefoons wel, en de meeste huishoudens hebben er twee.

De truc die dit mogelijk maakt zonder laboratoriumapparatuur is de dezelfde-ontvanger-verhouding. De zendende telefoon speelt een herkenbare stimulus af — een stapsgewijze sweep, of een scherm dat met een vaste frequentie knippert. De metende telefoon registreert dit tweemaal: één keer met een vrij pad naar de zender (de referentiemeting), en één keer door de muur of het raam. Alleen de verhouding tussen deze twee metingen, gemaakt met dezelfde microfoon of camera, vormt het uiteindelijke resultaat. Het volume van de zender, de gevoeligheid van de ontvanger, de ruimte — alles valt tegen elkaar weg. De twee telefoons hebben dus geen synchronisatie, geen kabel en geen onderlinge kalibratie nodig. (Volledige uitleg in het bericht over geluidsisolatie.)

Van losse meetwaarden naar een catalogus

Een losse meetwaarde op zich is slechts een weetje. Meetwaarden worden pas kennis wanneer ze gekoppeld worden aan dingen: deze meloen, dit wiel, deze muur, vandaag gemeten en volgende week nog eens. Zo kan elke meting worden opgeslagen onder een object in een catalogus — Categorie → Object → Use case → Meting — en kan elke meting achteraf een 'ground-truth'-label krijgen: je klopte op de meloen, sneed hem vervolgens open en registreerde wat je aantrof. Die gesloten cirkel, herhaald door vele gebruikers en voor vele objecten, is hoe classifiers voor kloptesten worden getraind op echt fruit in plaats van op laboratoriummonsters.

En voor taken in plaats van losse metingen — zoals het spannen van een fietswiel of het controleren van de isolatie van een kamer — koppelen begeleide activiteiten verschillende tools in de juiste volgorde aan elkaar. Ze vertellen je wat je tussen de metingen door moet doen en schrijven de resultaten weg in dezelfde catalogus. Het bericht over spaken spannen behandelt de eerste activiteit.

Waar dit naartoe gaat

De lijst met tools blijft groeien — en de architectuur is zo opgebouwd dat het toevoegen van een tool puur een uitbreiding is: een nieuwe vermelding in een register, zonder dat je hoeft aan te passen wat al is opgeslagen. Alles draait offline op het apparaat, met resultaten binnen een seconde; het offline-first-bericht legt uit waarom die beperking dragend is en niet zomaar een afgevinkte functie.