Post objašnjava konstrukciju ultrazvučnog sustava zvučnika koji se naziva i parametarski zvučnik koji se može koristiti za prijenos audio frekvencije preko ciljanog mjesta ili zone tako da osoba koja se nalazi točno na tom mjestu može čuti zvuk dok osoba pored on ili samo izvan zone ostaje potpuno netaknut i nesvjestan postupka.
Izumio i izgradio Kazunori Miura (Japan)
Izvanredni rezultati dobiveni ispitivanjem zvučnog uređaja velikog dometa (LRAD) nadahnuo je Američku tehnološku korporaciju da usvoji novo ime za nju, a 25. ožujka 2010. promijenjen je u korporaciju LRAD. Također se naziva Audio Spotlight, proizvod je Holosonic Research Labs, Inc i koristi se za nevojne primjene.
Uređaj je dizajniran da generira intenzivno fokusirane zvučne zrake samo na ciljanom području. Jedinica može biti vrlo prikladna na mjestima kao što su muzeji, knjižnice, izložbene galerije, gdje se njen zvučni zrak može koristiti za slanje poruke upozorenja ili upućivanje određene osobe koja se loše ponaša, dok je drugima u okolici dopušteno da nastave u savršenoj tišini.
Fokusirani zvučni efekti iz takvog parametarskog zvučničkog sustava toliko su precizni da svatko tko je njime ciljan postaje silno iznenađen kad doživi fokusirani zvučni sadržaj koji samo on čuje, dok tip koji je pokraj njega ostaje potpuno nesvjestan.
Načelo rada parametarskog zvučnika
Parametarska tehnologija zvučnika koristi zvučne valove u nadzvučnom opsegu koji imaju karakteristiku putovanja kroz gotovo liniju vidljivosti.
Međutim, netko se može zapitati da, budući da nadzvučni opseg može biti veći od oznake 20kHz (točnije 40kHz), može biti apsolutno nečujan za ljudske uši, pa kako onda sustav može učiniti valove čujnim u fokusiranoj zoni?
Jedna od metoda za provedbu ovog postupka je korištenje dva snopa od 40 kHz s jednim koji ima audio frekvenciju od 1 kHz koja je superponirana i postavljena pod kutom kako bi se susrela u usmjerenoj točki gdje se dva sadržaja od 40 kHz međusobno poništavaju, a frekvencija od 1 kHz čuje se na tom određenom mjestu.
Ideja može izgledati jednostavno, ali rezultat bi mogao biti previše neučinkovit zbog tihog zvuka na usmjerenom mjestu, nedovoljno dobrog da ošamuti ili onesposobi ciljane ljude, sasvim suprotno LRAD-u.
Ostale moderne metode stvaranja zvučnog direktivnog zvuka pomoću nadzvučnih valova su amplitudska modulacija (AM), dvostruka bočna modulacija (DSB), jednostruka modulacija bočnog pojasa (SSB), frekvencijska modulacija (FM), svi koncepti ovise o nedavno istraženoj tehnologiji parametarskog zvučnika .
Nepotrebno je reći da supersonični val od 110 dB + može biti neujednačen sa svojom raspodjelom zvučne sile dok je u tijeku širenja po dugoj 'cijevi' zračne mase.
Zbog neujednačenosti zvučnog tlaka moglo bi doći do ogromnog izobličenja, što bi moglo biti vrlo nepoželjno za primjenu na mirnim mjestima, poput muzeja, galerija itd.
Gore navedeni nelinearni odgovor nastaje zbog činjenice da molekulama zraka treba relativno više vremena da se prilagode svojoj prethodnoj izvornoj gustoći u odnosu na vrijeme potrebno za stiskanje molekula. Zvuk stvoren višim tlakovima rezultira i višim frekvencijama koje imaju tendenciju generiranja udarnih valova dok se molekule sudaraju s onima koje se komprimiraju.
Da budemo precizni, budući da zvučni sadržaj čine vibracijske molekule zraka koje se prilično ne 'vraćaju', pa kad se frekvencija zvuka povećava, neujednačenost prisiljava izobličenje da postane mnogo čujno zbog učinka koji bi mogao biti najbolji definirana kao „viskoznost zraka”.
Zbog toga se proizvođač pribjegava konceptu zvučnika DSP direktive koji uključuje znatno poboljšanu reprodukciju zvuka uz minimalna izobličenja.
Navedeno je dopunjeno uključivanjem visoko naprednog parametarskog rasporeda zvučnika za dobivanje jednosmjernih i jasnih zvučnih spotova.
Visoka usmjerenost koju stvaraju ovi parametarski zvučnici također je posljedica njihovih karakteristika male širine pojasa koje se mogu povećati prema potrebnoj specifikaciji jednostavnim dodavanjem velikog broja ovih pretvarača kroz raspored matrice.
Razumijevanje koncepta parametarskog 2-kanalnog modulatora zvučnika
DSB se lako može izvršiti pomoću analognih sklopnih krugova. Izumitelj je to u početku pokušao, i premda je mogao postići glasan zvuk, popratio ga je vražjim izobličenjem.
Dalje, isproban je PWM krug, koji je koristio koncept sličan FM tehnologiji, iako je rezultirajući zvuk bio mnogo različit i bez izobličenja, utvrđeno je da je intenzitet puno slabiji u usporedbi s DSB-om.
Nedostatak je konačno riješen uređenjem dvokanalnog niza pretvarača, a svaki niz uključuje čak 50 brojeva paralelno povezanih pretvarača od 40 kHz.
Razumijevanje kruga audio reflektora
Pozivajući se na parametarski krug zvučnika ili sklop ultrazvučnog zvučnika koji je prikazan dolje, vidimo standardni PWM krug konfiguriran oko IC TL494 generatora PWM.
Izlaz iz ovog PWM stupnja dovodi se do stupnja pogonskog sklopa MOSFET-a pomoću mosta specijaliziranog IR2111.
IC TL494 ima ugrađeni oscilator čija se frekvencija može postaviti putem vanjske R / C mreže, ovdje je predstavljena kroz unaprijed postavljene R2 i C1. Temeljna frekvencija titranja podešava se i podešava pomoću R1, dok optimalni raspon određuje odgovarajućim podešavanjem R1 i R2 od strane korisnika.
Na K2 se primjenjuje audio ulaz koji treba usmjeriti i postaviti na gore postavljenu PWM frekvenciju. Imajte na umu da audio ulaz mora biti dovoljno pojačan korištenjem malog pojačala poput LM386 i ne smije se dovoditi kroz utičnicu za slušalice audio uređaja.
Budući da se izlaz iz PWM stupnja napaja preko postavljenog dvosmjernog IC mosta, konačni pojačani nadzvučni parametarski izlazi mogu se postići putem dva izlaza kroz prikazana 4 fetta.
Pojačani izlazi napajaju se u niz visoko specijaliziranih piezo pretvarača od 40 kHz putem optimizirajućeg induktora. Svaki se niz pretvarača može sastojati od ukupno 200 pretvarača raspoređenih paralelnom vezom.
MOSFET-ovi se obično napajaju 24V istosmjernim napajanjem za pogon piezoa koji se mogu dobiti iz zasebnog izvora istosmjerne struje od 24V.
Na tržištu bi mogao biti dostupan mnoštvo takvih pretvarača, tako da opcija nije ograničena na bilo koju određenu vrstu ili ocjenu. Autor je preferirao piezo promjere 16 mm dodijeljene s frekvencijskim specifikacijama od 40 kHz.
Svaki kanal mora sadržavati najmanje 100 od njih kako bi se stvorio razuman odgovor kada se koristi vani usred velike razine meteža.
Razmak sonde je presudan
Razmak između pretvarača presudan je kako susjedne jedinice ne bi remetile ili poništavale fazu koju stvara svaki od njih. Budući da je valna duljina samo 8 mm, pogreška pozicioniranja od čak 1 mm mogla bi rezultirati znatno nižim intenzitetom zbog fazne pogreške i gubitka SPL-a.
Tehnički, ultrazvučni pretvarač imitira ponašanje kondenzatora i na taj način mogao bi biti prisiljen na rezonanciju uključivanjem induktora u seriju.
Stoga smo u seriju uvrstili induktor samo da bismo postigli ovu značajku za optimizaciju pretvarača do njihovih maksimalnih performansi.
Izračunavanje rezonantne frekvencije
Rezonantna frekvencija pretvarača može se izračunati pomoću sljedeće formule:
fr = 1 / (2pi x LC)
Unutarnji kapacitet pretvarača od 40 kHz mogao bi biti oko 2 do 3nF, pa bi paralelno njih 50 rezultiralo neto kapacitetom od oko 0,1uF do 0,15uF.
Koristeći ovu brojku u gornjoj formuli, dobivamo vrijednost prigušnice između 60 i 160 uH, što mora biti uključeno u seriju s izlazima pogonskog sklopa MOSFET-a na A i B.
Induktor koristi feritnu šipku što se može vidjeti na donjoj slici. Korisnik je mogao pojačati rezonantni odziv podešavanjem šipke pomičući je unutar zavojnice dok se ne postigne optimalna točka.
Kružni dijagram
Ideja strujnog kruga ljubazna: Elektor electronics.
U svom prototipu eksperimentirao sam s audio transformatorom, kako je prikazano dolje, radi potrebnog pojačanja, s jednim zajedničkim napajanjem od 12 V. Nisam koristio nijedan rezonantni kondenzator, stoga je pojačanje bilo prenisko.
Učinak sam mogao čuti s udaljenosti od 1 metra točno preko ravne crte s pretvaračem. Čak i laganim pokretom zvuk je nestao.
Induktor zvučnika (mali izlazni audio pretvarač):
Kako spojiti transformator i pretvarače
Detalji ožičenja pretvarača mogu se vidjeti na donjoj slici, trebat će vam dvije od ovih postavki da budu povezane s točkama A i B kruga.
Transformator može biti prikladan pojačani transformator ovisno o tome koliko je odabranih pretvarača.
Slika prototipa : Gornji parametarski krug zvučnika uspješno sam testirao i potvrdio pomoću 4 ultrazvučna pretvarača, koji su reagirali točno onako kako je navedeno u objašnjenju članka. Međutim, budući da su korištena samo 4 senzora, izlaz je bio prenizak i mogao se čuti samo na metar udaljenosti.
Oprez - opasnost po zdravlje. Moraju se poduzeti odgovarajuće mjere kako bi se spriječilo dugotrajno izlaganje visokim razinama ultrazvučnog zvuka.
Izvorni dokument može biti Pročitajte ovdje
Prethodno: Jednostavni krug zaštitnika zatvarača za zaštitu vaše trgovine od krađe Sljedeće: Jednostavni krug generatora visokog napona - generator luka
