Prispevek pojasnjuje konstrukcijo ultrazvočnega sistema z direktivnimi zvočniki, imenovanim tudi parametrični zvočnik, ki se lahko uporablja za prenos zvočne frekvence čez ciljno mesto ali območje, tako da oseba, ki se nahaja točno na tem mestu, sliši zvok, medtem ko oseba poleg ali zunaj območja ostane popolnoma nedotaknjen in ne zaveda postopka.

Izumil in zgradil Kazunori Miura (Japonska)

Izjemni rezultati, pridobljeni s testiranjem zvočne naprave velikega dosega (LRAD) je ameriško tehnološko korporacijo navdihnil, da je sprejela novo ime zanj in je bila 25. marca 2010 spremenjena v korporacijo LRAD, imenovana tudi Audio Spotlight, je izdelek Holosonic Research Labs, Inc in se uporablja za nevojaške namene.

Naprava je zasnovana tako, da ustvarja močno usmerjene zvočne žarke samo na ciljno usmerjenem območju. Enota je lahko zelo primerna v krajih, kot so muzeji, knjižnice, razstavne galerije, kjer se lahko njen zvočni žarek uporablja za pošiljanje opozorilnega sporočila ali poučevanje določene napačne osebe, medtem ko lahko drugi okoli delajo v popolni tišini.

Osredotočeni zvočni učinki iz takšnega parametričnega zvočniškega sistema so tako natančni, da je vsak, ki je z njim usmerjen, zelo presenečen, ko doživi osredotočeno zvočno vsebino, ki jo sliši samo on, medtem ko se človek, ki je tik ob njem, popolnoma ne zaveda.

Načelo delovanja parametarskega zvočnika

Parametrična tehnologija zvočnikov uporablja zvočne valove v nadzvočnem območju, ki imajo značilnost potovanja skozi skoraj vidno polje.

Lahko pa se sprašujemo, da bi lahko bil nadzvočni domet daleč nad mejo 20 kHz (natančneje 40 kHz) za človeška ušesa popolnoma neslišen, kako lahko torej sistem valove sliši v ostrenem območju?

Eden od načinov za izvedbo tega je uporaba dveh 40kHz žarkov, pri čemer ima zvok frekvenco 1kHz, ki je nameščena in postavljena pod kotom, da se sestaneta na usmerjeni točki, kjer se vsebina obeh 40kHz medsebojno prepoveduje, frekvenca 1kHz pa se sliši na določenem mestu.

Zamisel je morda videti preprosta, vendar bi bil rezultat lahko preveč neučinkovit zaradi nizke glasnosti zvoka na usmerjenem mestu, ki ni dovolj dober, da bi omamil ali onesposobil ciljne ljudi, kar je v nasprotju z LRAD.

Druge sodobne metode za ustvarjanje zvočnega direktivnega zvoka z uporabo nadzvočnih valov so amplitudna modulacija (AM), dvojna bočna pasovna modulacija (DSB), enojna bočna pasovna modulacija (SSB), frekvenčna modulacija (FM), vsi koncepti so odvisni od nedavno raziskane tehnologije parametričnega zvočniškega sistema .

Ni treba posebej poudarjati, da bi lahko bil nadzvočni val 110 dB + neenoten s svojo porazdelitvijo zvočne sile, medtem ko je v času širjenja po 'cevki' z dolgo zračno maso.

Zaradi neenakomernosti zvočnega tlaka bi lahko prišlo do velikega popačenja, kar bi bilo zelo nezaželeno za uporabo v mirnih krajih, kot so muzeji, galerije itd.

Zgornji nelinearni odziv nastane zaradi dejstva, da molekule zraka potrebujejo sorazmerno več časa, da se prilagodijo svoji prvotni prvotni gostoti v primerjavi s časom, potrebnim za stiskanje molekul. Zvok, ustvarjen z višjimi tlaki, povzroči tudi višje frekvence, ki običajno ustvarjajo udarne valove, medtem ko molekule trčijo v stisnjene.

“3 -fazna do 2 -fazna ”

Natančneje, ker slišno vsebino tvorijo vibrirajoče molekule zraka, ki se precej ne »vračajo«, zato, ko se frekvenca zvoka poveča, zaradi neenakomernosti izkrivljanje zaradi učinka, ki bi lahko bil najboljši, postane precej slišno opredeljena kot „viskoznost zraka“.

Zato se proizvajalec zateče k konceptu zvočnikov z direktivo DSP, ki vključuje veliko izboljšano reprodukcijo zvoka z minimalnim popačenjem.

Zgornje je dopolnjeno z vključitvijo zelo napredne razporeditve zvočnikov s parametričnimi pretvorniki za pridobivanje enosmernih in jasnih zvočnih točk.
Visoka usmerjenost, ki jo ustvarjajo ti parametrični zvočniki, je tudi posledica njihovih majhnih pasovnih širin, ki jih je mogoče povečati v skladu z zahtevano specifikacijo s preprostim dodajanjem številnih teh pretvornikov skozi matrično razporeditev.

Razumevanje koncepta parametarskega dvokanalnega modulatorja zvočnikov

DSB je mogoče enostavno izvajati z uporabo analognih stikalnih vezij. Izumitelj je to sprva poskusil in čeprav je lahko dosegel glasen zvok, je to spremljalo hudiča veliko izkrivljanja.

Nato je bilo preizkušeno vezje PWM, ki je uporabljalo koncept, podoben tehnologiji FM, čeprav je bila izhodna zvočna moč precej ločena in brez popačenja, vendar je bilo ugotovljeno, da je bila jakost precej šibkejša v primerjavi z DSB.

Pomanjkljivost je bila na koncu rešena z razporeditvijo dvokanalnega niza pretvornikov, pri čemer je vsak niz vključeval kar 50 številk 40kHz pretvornikov, povezanih vzporedno.

Razumevanje vezja Audio Spotlight

Glede na spodnji prikaz parametričnega zvočnika ali ultrazvočnega usmerjevalnega zvočnika vidimo standardno vezje PWM, konfigurirano okoli IC TL494 generatorja PWM.

Izhod iz te stopnje PWM se s pomočjo specializirane IC IR2111 napaja na stopnjo gonilnika mosfet-a s pol mostom.

IC TL494 ima vgrajen oscilator, katerega frekvenco je mogoče nastaviti prek zunanjega R / C omrežja, tukaj je predstavljen prek prednastavljenih R2 in C1. Osnovno nihajno frekvenco prilagodi in nastavi R1, optimalni obseg pa določi uporabnik z ustrezno nastavitvijo R1 in R2.

Zvočni vhod, ki ga je treba usmeriti in nadgraditi na zgoraj nastavljeno frekvenco PWM, se uporabi za K2. Upoštevajte, da mora biti zvočni vhod dovolj ojačan z majhnim ojačevalnikom, kot je LM386, in ne sme biti dobavljen prek vtičnice za slušalke zvočne naprave.

Ker se izhod iz stopnje PWM napaja preko postavljenega dvojnega polmosta IC, je mogoče končne ojačane nadzvočne parametrične izhode doseči z dvema izhodoma v prikazanih 4 FET.

Ojačani izhodi se prek optimizirajočega induktorja napajajo v vrsto visoko specializiranih piezo pretvornikov s frekvenco 40 kHz. Vsak niz pretvornikov je lahko sestavljen iz skupno 200 pretvornikov, razporejenih po vzporedni povezavi.

MOSFET-i se običajno napajajo z 24V enosmernim napajanjem za pogon piezoov, ki jih lahko dobimo iz ločenega 24V enosmernega vira.

Na trgu je lahko na voljo množica takih pretvornikov, zato možnost ni omejena na določeno vrsto ali oceno. Avtor je raje izbral piezo s premerom 16 mm, ki je bil običajno dodeljen s frekvenco 40 kHz.

Vsak kanal mora vključevati vsaj 100 od teh, da se ustvari razumen odziv, kadar se uporablja na prostem sredi velikega nemira.

Razmik pretvornika je ključnega pomena

Razmik med pretvorniki je ključnega pomena, da sosednje enote ne motijo ali prekinjajo faze, ki jo ustvari vsak od njih. Ker je valovna dolžina zgolj 8 mm, lahko napaka pozicioniranja celo 1 mm povzroči znatno manjšo intenzivnost zaradi fazne napake in izgube SPL.

Tehnično ultrazvočni pretvornik posnema vedenje kondenzatorja, zato bi lahko prisilno odmeval z vključitvijo induktorja v serijo.

Zato smo serijo vključili v serijo, da bi dosegli to funkcijo za optimizacijo pretvornikov do njihovih najvišjih zmogljivosti.

Izračunavanje resonančne frekvence

Resonančno frekvenco pretvornika lahko izračunamo po naslednji formuli:

fr = 1 / (2pi x LC)

Notranja kapacitivnost pretvornikov 40 kHz bi lahko bila približno 2 do 3nF, zato bi vzporedno s 50 njihovimi vrednostmi nastala neto kapacitivnost približno 0,1uF do 0,15uF.

Z uporabo te številke v zgornji formuli dobimo vrednost induktorja med 60 in 160 uH, kar mora biti vključeno zaporedno z izhodoma gonilnikov MOSFET-ov na A in B.

Induktor uporablja feritno palico, kot je razvidno iz spodnje slike. Uporabnik je lahko povečal resonančni odziv s prilagoditvijo palice tako, da jo potisne v tuljavo, dokler ni dosežena optimalna točka.

Shema vezja

vezje ultrazvočnega direktivnega zvočniškega sistema ali parametričnega zvočnika

Ideja za vezje vljudnost: Elektor electronics.

V svojem prototipu sem eksperimentiral z avdio transformatorjem, kot je prikazano spodaj, za zahtevano ojačanje, z enim samim 12V napajalnikom. Nisem uporabil nobenega resonančnega kondenzatorja, zato je bila ojačitev prenizka.

Učinek sem slišal z razdalje 1 čevlja natančno po ravni črti s pretvornikom. Tudi rahlo premikanje je povzročilo, da je zvok izginil.

Induktor zvočnika (majhen avdio izhodni transformator):

Kako povezati transformator in pretvornike

Podrobnosti ožičenja pretvornika so prikazane na spodnji sliki, dve od teh nastavitev boste morali povezati s točkama A in B vezja.

Transformator je lahko primeren stopnjevalni transformator odvisno od tega, koliko pretvornikov je izbranih.

Slika prototipa : Zgornje parametrično zvočniško vezje sem uspešno preizkusil in potrdil z uporabo 4 ultrazvočnih pretvornikov, ki so se odzvali natanko tako, kot je določeno v obrazložitvi članka. Ker pa so bili uporabljeni le 4 senzorji, je bil izhod prenizek in ga je bilo mogoče slišati le od metra.