Ako si vyrobiť obvod reproduktora podľa smernice o ultrazvuku

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





Tento príspevok vysvetľuje konštrukciu ultrazvukového direktívneho reproduktorového systému, ktorý sa tiež nazýva parametrický reproduktor, ktorý možno použiť na prenos zvukovej frekvencie cez cieľové miesto alebo zónu tak, aby osoba nachádzajúca sa presne na tomto mieste bola schopná počuť zvuk, zatiaľ čo osoba vedľa alebo mimo zóny zostáva úplne nedotknutý a nevie o konaní.

Vynašiel a postavil Kazunori Miura (Japonsko)

Vynikajúce výsledky získané testovaním akustického zariadenia s veľkým dosahom (LRAD) inšpirovala spoločnosť American Technology Corporation k prijatiu nového názvu a 25. marca 2010 bola zmenená na spoločnosť LRAD. Je tiež produktom Audio Spotlight a je produktom spoločnosti Holosonic Research Labs, Inc. a používa sa na nevojenské účely.



Prístroj je navrhnutý tak, aby generoval intenzívne zamerané zvukové lúče iba na cieľovú oblasť. Jednotka sa môže dobre hodiť na miesta, ako sú múzeá, knižnice, výstavné galérie, kde môže byť jej zvukový lúč použitý na odoslanie varovnej správy alebo na poučenie konkrétnej osoby, ktorá sa zle správa, zatiaľ čo ostatní v okolí môžu pokračovať v úplnom tichu.

Sústredené zvukové efekty z takého parametrického systému reproduktorov sú také presné, že kohokoľvek, kto je zameraný na toto zariadenie, nesmierne prekvapí, keď zažije sústredený zvukový obsah, ktorý počuje iba on, zatiaľ čo chlapík vedľa neho o tom vôbec nevie.



Princíp práce parametrického reproduktora

Technológia parametrických reproduktorov využíva zvukové vlny v nadzvukovom rozsahu, ktoré majú charakteristiku prechodu takmer cez priamku viditeľnosti.

Možno sa však čudovať, že keďže nadzvukový rozsah môže byť nad hranicou 20 kHz (presnejšie 40 kHz), môže byť pre ľudské uši absolútne nepočuteľný, tak ako je tento systém schopný dosiahnuť, aby boli vlny v zameranej zóne počuteľné?

Jedným zo spôsobov implementácie je použitie dvoch 40kHz lúčov, z ktorých jeden má zvukovú frekvenciu 1kHz položenú a naklonenú tak, aby sa stretli v nasmerovanom bode, kde sa dva 40kHz obsah navzájom rušia a ponechávajú 1kHz frekvenciu počuteľnú na danom mieste.

Myšlienka môže vyzerať jednoducho, ale výsledok môže byť príliš neefektívny kvôli nízkej hlasitosti zvuku v namierenom mieste, ktorý nie je dosť dobrý na to, aby omráčil alebo zneškodnil cieľových ľudí, celkom v rozpore s LRAD.

Ďalšími modernými metódami výroby zvukového direktívneho zvuku pomocou nadzvukových vĺn sú amplitúdová modulácia (AM), dvojitá bočná pásmová modulácia (DSB), jednopásmová modulácia (SSB), frekvenčná modulácia (FM), všetky koncepcie závisia od nedávno skúmanej technológie parametrických reproduktorových systémov. .

Netreba dodávať, že nadzvuková vlna 110 dB + môže byť nerovnomerná so svojim rozložením zvukovej sily, keď je v priebehu šírenia cez „trubicu“ s dlhou vzdušnou hmotou.

Kvôli nerovnomernosti akustického tlaku môže dôjsť k značnému skresleniu, ktoré môže byť veľmi nežiaduce pri aplikáciách na pokojných miestach, ako sú múzeá, galérie atď.

Vyššie uvedená nelineárna odozva je spôsobená skutočnosťou, že molekulám vzduchu trvá relatívne viac času, kým sa zariadia na svoju pôvodnú hustotu v porovnaní s časom potrebným na stlačenie molekúl. Zvuk vytváraný pri vyšších tlakoch vedie tiež k vyšším frekvenciám, ktoré majú tendenciu generovať rázové vlny, zatiaľ čo molekuly narážajú na stlačené.

Aby sme boli presní, pretože počuteľný obsah je tvorený vibrujúcimi molekulami vzduchu, ktoré sa skôr nie celkom „vracajú“, preto keď sa zvýši frekvencia zvuku, nerovnomernosť prinúti skreslenie, aby sa stalo oveľa počuteľnejším kvôli efektu, ktorý by mohol byť najlepší definovaná ako „viskozita vzduchu“.

Preto sa výrobca uchýli k konceptu reproduktorov podľa smernice DSP, ktorý zahŕňa oveľa lepšiu reprodukciu zvuku s minimálnym skreslením.

Vyššie uvedené je doplnené zahrnutím vysoko pokročilého parametrického usporiadania reproduktorov prevodníka na získanie jednosmerných a čistých zvukových škvŕn.
Vysoká smerovosť vytváraná týmito parametrickými reproduktormi je tiež dôsledkom ich malých charakteristík šírky pásma, ktoré sa dali zväčšiť podľa požadovanej špecifikácie jednoduchým pridaním veľkého počtu týchto prevodníkov cez maticové usporiadanie.

Pochopenie koncepcie parametrického 2-kanálového modulátora reproduktorov

DSB je možné ľahko vykonať pomocou analógových spínacích obvodov. Vynálezca to pôvodne skúšal, a aj keď dokázal dosiahnuť hlasný zvuk, sprevádzalo ho to sakra veľa skreslenia.

Ďalej bol vyskúšaný obvod PWM, ktorý využíval koncept podobný technológii FM, aj keď výsledný zvukový výstup bol oveľa zreteľný a bez skreslenia, zistilo sa, že intenzita je v porovnaní s DSB oveľa slabšia.

Nevýhoda sa nakoniec vyriešila usporiadaním dvojkanálového poľa prevodníkov, pričom každé pole obsahovalo až 50 čísel 40 kHz prevodníkov pripojených paralelne.

Porozumenie obvodu audio reflektorov

Pokiaľ ide o obvod parametrických reproduktorov alebo ultrazvukové direktívne reproduktory, ktorý je uvedený nižšie, vidíme štandardný obvod PWM nakonfigurovaný okolo generátora PWM IC TL494.

Výstup z tohto PWM stupňa je privádzaný do polovičného mostíka mosfet budiaceho stupňa pomocou špecializovaného IR2111 IC.

IC TL494 má zabudovaný oscilátor, ktorého frekvenciu je možné nastaviť pomocou externej R / C siete, tu je reprezentovaný prednastavenými R2 a C1. Základná oscilačná frekvencia je nastavená a nastavená pomocou R1, zatiaľ čo optimálny rozsah je určený vhodným nastavením R1 a R2 používateľom.

Na K2 sa použije zvukový vstup, ktorý je potrebné nasmerovať a položiť na vyššie nastavenú frekvenciu PWM. Upozorňujeme, že zvukový vstup musí byť dostatočne zosilnený pomocou malého zosilňovača, ako je LM386, a nesmie byť napájaný z konektora pre slúchadlá zvukového zariadenia.

Pretože výstup z fázy PWM je napájaný cez nastavenie dvojitého mostíka IC, konečné amplifikované nadzvukové parametrické výstupy by bolo možné dosiahnuť pomocou dvoch výstupov cez zobrazené 4 fety.

Zosilnené výstupy sú privádzané do radu vysoko špecializovaných piezo prevodníkov 40 kHz pomocou optimalizačného tlmivky. Každý z radov prevodníkov môže pozostávať z celkom 200 prevodníkov usporiadaných cez paralelné pripojenie.

Mosfety sú normálne napájané 24V DC zdrojom na pohon piezosenzorov, ktoré môžu byť odvodené zo samostatného 24V DC zdroja.

Na trhu môže byť k dispozícii množstvo takýchto prevodníkov, takže táto možnosť nie je obmedzená na žiadny konkrétny typ alebo hodnotenie. Autor uprednostňoval piezos priemer 16 mm s typickou frekvenčnou špecifikáciou 40 kHz.

Každý kanál musí obsahovať najmenej 100 z nich, aby generoval primeranú odozvu, keď sa používa vonku a pri vysokej úrovni rozruchu.

Vzdialenosť medzi snímačmi je rozhodujúca

Rozstup medzi meničmi je zásadný, aby nedošlo k narušeniu alebo zrušeniu fázy vytvorenej každým z nich susednými jednotkami. Pretože vlnová dĺžka je iba 8 mm, chyba polohovania dokonca 1 mm by mohla mať za následok výrazne nižšiu intenzitu v dôsledku fázovej chyby a straty SPL.

Ultrazvukový prevodník technicky napodobňuje správanie kondenzátora, a preto by mohol byť nútený rezonovať zahrnutím induktora do série.

Preto sme do série zaradili induktor, len aby sme dosiahli túto vlastnosť optimalizácie prevodníkov na limity ich špičkového výkonu.

Výpočet rezonančnej frekvencie

Rezonančná frekvencia meniča sa môže vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:

fr = 1 / (2pi x LC)

Vnútorná kapacita 40 kHz prevodníkov by mohla byť okolo 2 až 3 nF, teda 50 z nich paralelne by viedlo k čistej kapacite okolo 0,1 uF až 0,15 uF.

Použitím tohto čísla vo vyššie uvedenom vzorci dostaneme hodnotu induktora medzi 60 a 160 uH, ktorá musí byť zahrnutá do série s výstupmi budiča mosfety na A a B.

Induktor používa feritovú tyč, ako je možné vidieť na obrázku nižšie. Užívateľ mohol dosiahnuť rezonančnú odozvu nastavením tyče posúvaním do cievky, kým nenastane optimálny bod.

Schéma zapojenia

obvod ultrazvukového direktívneho reproduktorového systému alebo parametrický reproduktor

Nápad s obvodom: Elektor Electronics.

Vo svojom prototype som experimentoval s audio transformátorom, ako je uvedené nižšie, pre požadované zosilnenie, s jediným spoločným zdrojom 12V. Nepoužíval som žiadne rezonančné kondenzátory, preto bolo zosilnenie príliš nízke.

Efekt som počul zo vzdialenosti 1 stopy presne po priamke s prevodníkom. Už mierny pohyb spôsobil, že zvuk zmizol.

Induktor reproduktora (malý zvukový výstupný transformátor):

Ako pripojiť transformátor a meniče

Podrobnosti o zapojení prevodníka sú uvedené na nasledujúcom obrázku, na pripojenie k bodom A a B obvodu budete potrebovať dve z týchto nastavení.

Transformátor môže byť vhodný zosilniť transformátor podľa toho, koľko prevodníkov je vybraných.

Prototypový obrázok : Vyššie uvedený parametrický obvod reproduktorov bol mnou úspešne otestovaný a potvrdený pomocou 4 ultrazvukových prevodníkov, ktoré reagovali presne tak, ako je to uvedené vo vysvetlení článku. Pretože sa však použili iba 4 snímače, výstup bol príliš nízky a bolo ho počuť iba z metra.

parametrický obvod reproduktora

Pozor - nebezpečenstvo pre zdravie. Musia sa prijať príslušné opatrenia, aby sa zabránilo dlhodobému vystaveniu vysokej úrovni ultrazvukového zvuku.

Originálny dokument môže byť Prečítajte si tu




Dvojica: Jednoduchý obvod uzávierky obchodu, ktorý chráni váš obchod pred krádežou Ďalej: Jednoduchý obvod generátora vysokého napätia - generátor oblúka