A bejegyzés elmagyarázza egy ultrahangos direktívás hangszórórendszer felépítését, amelyet paraméteres hangszórónak is neveznek, és amely felhasználható egy audiofrekvencia átadására egy megcélzott ponton vagy zónán keresztül úgy, hogy a pontosan ezen a helyen tartózkodó ember hallja a hangot, miközben a mellette lévő személy vagy éppen a zónán kívül marad teljesen érintetlen és nincs tudatában az eljárásnak.
Feltalálta és megépítette Kazunori Miura (Japán)
A nagy hatótávolságú akusztikus készülék tesztelésével elért kiemelkedő eredmények (LRAD) inspirálta az American Technology Corporation-t, hogy új nevet vegyen át neki, és 2010. március 25-én LRAD részvénytársasággá változott. Audio Spotlight néven is ismert, a Holosonic Research Labs, Inc. terméke, és nem katonai célokra használják.
A készüléket úgy tervezték, hogy intenzíven fókuszált hangsugarakat hozzon létre csak egy megcélzott területen. Az egység jól alkalmazható olyan helyeken, mint múzeumok, könyvtárak, kiállítási galériák, ahol a hangsugarával figyelmeztető üzeneteket küldhetnek, vagy utasíthatnak egy adott rosszul viselkedő személyt, míg a környéken tartózkodók mások tökéletes csendben folytathatják tovább.
Az ilyen paraméteres hangszórórendszer fókuszált hanghatásai annyira pontosak, hogy bárki, akit megcéloznak, rendkívül meglepődik, amikor megtapasztalja a fókuszált hangtartalmat, amelyet csak ő hall, miközben a mellette álló srác teljesen tudatában van annak.
A paraméteres hangszóró működési elve
A paraméteres hangszóró technológia a szuperszonikus tartományban olyan hanghullámokat alkalmaz, amelyek jellemzően szinte a látóhatáron haladnak át.
Felmerülhet azonban, hogy mivel a szuperszonikus tartomány jóval meghaladhatja a 20 kHz-es jelet (egészen pontosan 40 kHz-en), az emberi fül számára teljesen hallhatatlan lehet, akkor hogyan képes a rendszer a fókuszált zónában hallhatóvá tenni a hullámokat?
Ennek megvalósításának egyik módja az, hogy két 40kHz-nyalábot használunk, amelyeknek az 1kHz-es hangfrekvenciája egymásra van állítva és szögben áll össze, hogy találkozzanak az irányított ponton, ahol a két 40kHz-es tartalom egymást törölve hagyja, hogy az 1kHz frekvencia hallható legyen az adott helyen.
Az ötlet egyszerűnek tűnhet, de az eredmény az irányított ponton hallható alacsony hang miatt túl hatástalan lehet, nem elég jó ahhoz, hogy a célzott embereket elkábítsa vagy alkalmatlanná tegye, az LRAD-val ellentétben.
A szuperszonikus hullámok felhasználásával hallható direkt hang előállításának további modern módszerei az amplitúdó-moduláció (AM), a kettős oldalsávos moduláció (DSB), az egyoldalas sávos moduláció (SSB), a frekvenciamoduláció (FM). .
Mondanom sem kell, hogy egy 110 dB + szuperszonikus hullám hangereje-eloszlásával nem egyenletes lehet, miközben egy hosszú légtömegű „csövön” terjed.
A hangnyomás egyenlőtlensége miatt óriási torzulások tapasztalhatók, amelyek békés helyeken, például múzeumokban, galériákban stb.
A fenti nemlineáris válasz annak a ténynek köszönhető, hogy a levegőmolekuláknak viszonylag több időre van szükségük ahhoz, hogy a korábbi eredeti sűrűségükhöz rendeződjenek, összehasonlítva a molekulák összenyomásához szükséges idővel. A nagyobb nyomással létrehozott hang magasabb frekvenciákat is eredményez, amelyek hajlamosak lökéshullámokat generálni, miközben a molekulák ütköznek a sűrítettekkel.
Pontosabban, mivel a hallható tartalmat a rezgő légmolekulák alkotják, amelyek nem teljesen „visszatérnek”, ezért amikor a hang frekvenciája növekszik, a nem egységesség arra kényszeríti a torzulást, hogy a lehető legjobban érezhető hatás miatt a torzítás hallhatóvá váljon „levegő viszkozitása”.
Ezért a gyártó a DSP direktíva hangszórókoncepciójához folyamodik, amely sokkal jobb hangvisszaadást jelent a lehető legkisebb torzítással.
A fentiek kiegészülnek a fejlett paraméteres átalakítóval ellátott hangszóró-elrendezéssel, hogy egyirányú és tiszta hangfoltokat kapjanak.
Ezeknek a paraméteres hangszóróknak a nagy irányíthatósága annak is köszönhető, hogy kicsi a sávszélességi jellemzőjük, amelyeket a szükséges specifikációnak megfelelően meg lehet növelni úgy, hogy ezeknek az átalakítóknak a sokaságát mátrix elrendezéssel egyszerűen hozzáadjuk.
A 2 csatornás paraméteres hangszóró modulátor koncepciójának megértése
A DSB könnyen végrehajtható analóg kapcsoló áramkörök segítségével. A feltaláló kezdetben megpróbálta ezt, és bár hangos hangot tudott elérni, fene sok torzítás kísérte.
Ezután egy PWM áramkört próbáltak ki, amely az FM technológiához hasonló koncepciót alkalmazta, bár a kapott hangkimenet sokkal különbözött és torzításmentes volt, az intenzitás sokkal gyengébbnek bizonyult a DSB-hez képest.
A hátrányt végül úgy oldották meg, hogy egy kétcsatornás átalakító-tömböt rendeztek, amelyek mindegyike 50-et tartalmaz 40kHz-es átalakítóval párhuzamosan.
Az Audio Spotlight áramkör megértése
Az alábbiakban bemutatott paraméteres hangszóró vagy ultrahangos direktíva hangszóró áramkörre hivatkozva egy standard PWM áramkört látunk, amely a PWM generátor IC TL494 köré van konfigurálva.
Ennek a PWM szakasznak a kimenetét egy félhídos mosfet meghajtó szakaszba táplálják a speciális IR2111 IC segítségével.
Az IC TL494 beépített oszcillátorral rendelkezik, amelynek frekvenciáját egy külső R / C hálózaton keresztül lehet beállítani, itt az R2 és C1 előre beállított értékek képviselik. Az alapvető rezgési frekvenciát R1 állítja be és állítja be, míg az optimális tartományt az R1 és R2 megfelelő beállításával határozza meg a felhasználó.
Az audiobemenetet, amelyet a fenti beállított PWM frekvenciára kell irányítani és ráhelyezni, a K2-re alkalmazzuk. Ne feledje, hogy az audio bemenetet kellően fel kell erősíteni egy kis erősítő, például LM386 használatával, és nem szabad audioeszköz fejhallgató-csatlakozóján keresztül beszerezni.
Mivel a PWM szakasz kimenetét egy iker félhíd IC-n keresztül táplálják, a végső erősített szuperszonikus paraméteres kimeneteket két kimenettel lehet elérni a bemutatott 4 feten keresztül.
Az erősített kimeneteket egy nagyon speciális 40 kHz-es piezo-átalakítók tömbjébe táplálják egy optimalizáló induktor segítségével. Mindegyik átalakító elrendezés összesen 200 átalakítóból állhat, amelyek párhuzamos kapcsolaton keresztül vannak elrendezve.
A mosfeteket általában 24 V DC tápellátással táplálják a piezók működtetésére, amelyek külön 24 V DC forrásból származhatnak.
Számos ilyen átalakító kapható a piacon, így a lehetőség nem korlátozódik egyetlen konkrét típusra vagy minősítésre sem. A szerző általában a 16 mm átmérőjű piezókat részesítette előnyben, 40 kHz-es frekvencia specifikációval.
Minden csatornának legalább 100-at kell tartalmaznia ezekből, hogy ésszerű választ generálhasson, amikor a szabadban használják a nagy zűrzavar közepette.
Az átalakító távolsága döntő
A jelátalakítók közötti távolság döntő fontosságú, hogy az általuk létrehozott fázist ne zavarják vagy töröljék a szomszédos egységek. Mivel a hullámhossz csupán 8 mm, az akár 1 mm-es pozicionálási hiba lényegesen alacsonyabb intenzitást eredményezhet a fázishiba és az SPL elvesztése miatt.
Technikailag egy ultrahangos jelátalakító utánozza a kondenzátor viselkedését, és így kénytelen lenne rezonálni egy induktivitás sorozatba foglalásával.
Ezért egy induktort sorba foglaltunk, csak azért, hogy elérjük ezt a funkciót, hogy optimalizáljuk az átalakítókat a csúcsteljesítményükre.
A rezonáns frekvencia kiszámítása
A jelátalakító rezonáns frekvenciáját a következő képlet segítségével számíthatjuk ki:
fr = 1 / (2pi x LC)
A 40 kHz-es átalakítók belső kapacitása 2-3 nF körüli lehet, így 50 párhuzamosan mintegy 0,1uF - 0,15uF nettó kapacitást eredményez.
A fenti képlet ezen ábrájának felhasználásával azt kapjuk, hogy az induktor értéke 60 és 160 uH között legyen, amelyet sorba kell foglalni a mosfets meghajtó kimeneteivel A és B ponton.
Az induktor ferritrudat használ, amint az az alábbi ábrán látható. A felhasználó úgy növelheti a rezonáns választ, hogy a rudat úgy állítja be, hogy becsúsztatja a tekercsbe, amíg el nem éri az optimális pontot.
Kördiagramm
Áramköri ötlet jóvoltából: Elektor elektronika.
Prototípusomban egy audio transzformátorral kísérleteztem, az alábbiak szerint, a szükséges erősítés érdekében, egyetlen közös 12 V-os tápfeszültséggel. Nem használtam rezonáns kondenzátort, ezért az amplifikáció túl alacsony volt.
1 méter távolságból pontosan hallottam a hatást a jelátalakítóval egyenes vonalban. Még egy apró mozdulat miatt is eltűnt a hang.
Hangszóró induktor (kicsi audio kimeneti transzformátor):
A transzformátor és az átalakítók csatlakoztatása
A jelátalakító kábelezésének részletei az alábbi ábrán láthatók, ezek közül kettőre lesz szükség, hogy összekapcsolódjanak az áramkör A és B pontjaival.
A transzformátor alkalmas lehet fokozza a transzformátort attól függően, hogy hány átalakító van kiválasztva.
Kép prototípusa : A fenti paraméteres hangszóró áramkört sikeresen teszteltem és megerősítettem 4 ultrahangos jelátalakítóval, amelyek pontosan a cikk-magyarázatban megadottak szerint reagáltak. Mivel azonban csak 4 érzékelőt használtak, a kimenet túl alacsony volt, és csak egy méterről hallható.
Vigyázat - Egészségügyi veszély. Megfelelő intézkedéseket kell tenni a magas ultrahangos zajszint hosszú távú kitettségének megakadályozása érdekében.
Eredeti dokumentum lehet Olvassa el itt
Előző: Egyszerű bolti redőny áramkör, hogy megvédje üzletét a lopástól Következő: Egyszerű nagyfeszültségű áramkör - ívgenerátor
