Hvordan man laver ultralydsdirektiv højttalerkredsløb

Hvordan man laver ultralydsdirektiv højttalerkredsløb

Indlægget forklarer opbygningen af ​​et ultralydsdirektiv højttalersystem, også kaldet parametrisk højttaler, som kan bruges til at transmittere en lydfrekvens over et målrettet sted eller en zone, således at den person, der ligger nøjagtigt på det sted, er i stand til at høre lyden, mens personen ved siden af ham eller lige uden for zonen forbliver helt uberørt og uvidende om proceduren.



Opfundet og bygget af Kazunori Miura (Japan)

De fremragende resultater opnået ved test af langtrækkende akustisk enhed (LRAD) inspirerede American Technology Corporation til at vedtage et nyt navn til det og blev ændret til LRAD-selskab den 25. marts 2010. Også kaldet Audio Spotlight, det er et produkt fra Holosonic Research Labs, Inc og bruges til ikke-militære applikationer.

Enheden er designet til kun at generere stærkt fokuserede lydstråler over et målrettet område. Enheden kan være velegnet på steder som museer, biblioteker, udstillingsgallerier, hvor dens lydstråle kan bruges til at sende en advarselsmeddelelse eller instruere en bestemt mishavende person, mens andre omkring får lov til at fortsætte i perfekt stilhed.





De fokuserede lydeffekter fra et sådant parametrisk højttalersystem er så nøjagtige, at enhver, der er målrettet mod det, bliver enormt overrasket over at opleve det fokuserede lydindhold, som kun høres af ham, mens fyren lige ved siden af ​​ham forbliver helt uvidende om det.

Arbejdsprincip for en parametrisk højttaler

Parametrisk højttalerteknologi anvender lydbølger i det supersoniske område, der har karakteristikken ved at rejse gennem næsten synsfeltet.



Men man kan undre sig over, at da supersonisk rækkevidde meget kan være uden for 20 kHz-mærket (40 kHz for at være præcis), kunne det være helt uhørligt for menneskelige ører, så hvordan er systemet i stand til at gøre bølgerne hørbare i den fokuserede zone?

En metode til implementering af dette er at bruge to 40 kHz stråler med en med en lydfrekvens på 1 kHz overlejret og vinklet til at mødes på det dirigerede punkt, hvor de to 40 kHz-indhold annullerer hinanden, hvilket efterlader 1 kHz-frekvensen hørbar på det bestemte sted.

Ideen ser muligvis enkel ud, men resultatet kan være for ineffektivt på grund af lyden med lav lydstyrke på det dirigerede sted, ikke god nok til at bedøve eller inhabilisere de målrettede mennesker, i modsætning til LRAD.

Andre moderne metoder til at producere hørbar direktelyd ved hjælp af supersoniske bølger er gennem amplitudemodulation (AM), dobbelt sidebåndmodulation (DSB), enkelt sidebåndmodulation (SSB), frekvensmodulation (FM), alle koncepter afhænger af den nyligt undersøgte parametriske højttalersystemteknologi .

Det er overflødigt at sige, at en 110 dB + supersonisk bølge kunne være uensartet med sin lydkraftfordeling, mens den er i løbet af udbredelse over et langt luftmasse 'rør'.

På grund af lydtrykets ikke ensartethed kunne der opleves en enorm mængde forvrængning, som kunne være meget uønsket til applikationer på fredelige steder som i museer, gallerier osv.

Ovenstående ikke-lineære respons produceres på grund af det faktum, at luftmolekyler tager relativt mere tid at arrangere sig til deres tidligere oprindelige densitet sammenlignet med den tid, det tager at komprimere molekylerne. Lyd skabt med højere tryk resulterer også i højere frekvenser, som har tendens til at generere stødbølger, mens molekylerne kolliderer med dem, der komprimeres.

For at være præcis, da det hørbare indhold udgøres af de vibrerende luftmolekyler, der snarere ikke helt 'vender tilbage', og når lydfrekvensen stiger, tvinger den ikke ensartede forvrængning til at blive meget hørbar på grund af den effekt, der kunne være bedst defineret som 'luftviskositet'.

Derfor bruger producenten DSP-direktivets højttalerkoncept, som involverer meget forbedret lydgengivelse med minimal forvrængning.

Ovenstående suppleres med inkluderingen af ​​meget avanceret parametrisk transducerhøjttalerarrangement for at få envejs og klare lydpletter.
Den høje retningsevne, der skabes af disse parametriske højttalere, skyldes også deres små båndbreddekarakteristika, som kunne forstørres i henhold til den krævede specifikation ved simpelthen at tilføje mange antal af disse transducere gennem et matrixarrangement.

Forståelse af parametrisk 2-kanals højttalermodulator koncept

DSB kunne let udføres ved hjælp af analoge koblingskredsløb. Opfinderen prøvede oprindeligt dette, og selvom det kunne opnå en høj lyd, ledsagede det en hel del forvrængning.

Dernæst blev et PWM-kredsløb forsøgt, som benyttede konceptet, der lignede FM-teknologi, selvom det resulterende lydoutput var meget tydeligt og fri for forvrængning, blev intensiteten fundet at være meget svagere sammenlignet med DSB.

Ulempen blev i sidste ende løst ved at arrangere et dobbeltkanal array af transducere, hvor hver array inkluderede så mange som 50 antal 40 kHz transducere forbundet parallelt.

Forståelse af Audio Spotlight Circuit

Med henvisning til det parametriske højttalerkredsløb eller ultralydsdirektiv højttalerkredsløb vist nedenfor ser vi et standard PWM-kredsløb konfigureret omkring PWM-generatoren IC TL494.

Outputtet fra dette PWM-trin føres til et halvbro-mosfet-driver-trin ved hjælp af den specialiserede IR2111 IC.

IC TL494 har en indbygget oscillator, hvis frekvens kan indstilles via et eksternt R / C-netværk, her er det repræsenteret gennem den forudindstillede R2 og C1. Den grundlæggende oscillerende frekvens justeres og indstilles med R1, mens det optimale interval bestemmes ved korrekt opsætning af R1 og R2 af brugeren.

Lydindgangen, der skal dirigeres og overlejres på den ovenfor indstillede PWM-frekvens, anvendes på K2. Bemærk, at lydindgangen skal forstærkes tilstrækkeligt ved hjælp af en lille forstærker såsom LM386 og ikke må hentes via hovedtelefonstikket på en lydenhed.

Da output fra PWM-scenen tilføres over en dobbelt halvbro-IC-opsætning, kunne de endelige forstærkede supersoniske parametriske udgange opnås via to udgange på tværs af de viste 4 fødder.

De forstærkede udgange tilføres til en række højt specialiserede 40 kHz piezo-transducere via en optimeringsinduktor. Hver af transducerarrayet kan bestå af i alt 200 transducere arrangeret gennem en parallel forbindelse.

Mosfeterne fodres normalt med en 24V jævnstrømforsyning til at drive piezoer, som kan stamme fra en separat 24V jævnstrømskilde.

Der kan være et væld af sådanne transducere tilgængelige på markedet, så muligheden er ikke begrænset til nogen specifik type eller rating. Forfatteren foretrak typisk piezoer med en diameter på 16 mm tildelt med 40 kHz frekvensspecifikationer.

Hver kanal skal indeholde mindst 100 af disse for at generere et rimeligt svar, når det bruges udendørs midt i højt niveau af opstyr.

Transducerafstand er afgørende

Afstanden mellem transducerne er afgørende, så den fase, der oprettes af hver af dem, ikke forstyrres eller annulleres af de tilstødende enheder. Da bølgelængden kun er 8 mm, kan placeringsfejl på selv 1 mm resultere i en signifikant lavere intensitet på grund af fasefejl og tab af SPL.

Teknisk efterligner en ultralydstransducer kondensatorens opførsel, og det kan således blive tvunget til at resonere ved at inkludere en induktor i serie.

Vi har derfor inkluderet en induktor i serie bare for at opnå denne funktion til optimering af transducerne til deres maksimale ydeevne.

Beregning af resonansfrekvens

Transducerens resonansfrekvens kan beregnes ved hjælp af følgende formel:

fr = 1 / (2pi x LC)

Den interne kapacitans af 40 kHz transducerne kunne være omkring 2 til 3nF, således at 50 af dem parallelt ville resultere i en nettokapacitans på ca. 0,1 uF til 0,15 uF.

Ved at bruge denne figur i ovenstående formel får vi induktorværdien til at være mellem 60 og 160 uH, som skal inkluderes i serie med mosfets-driverudgangene ved A og B.

Spolen bruger en ferritstang, som det kan ses i nedenstående figur. Brugeren kunne maksimere resonansresponsen ved at justere stangen ved at skubbe den inden i spolen, indtil det optimale punkt kunne rammes.

Kredsløbsdiagram

kredsløb af ultralydsdirektiv højttalersystem eller parametrisk højttaler

Kredsløbside med tilladelse: Elektor electronics.

I min prototype eksperimenterede jeg med en lydtransformator som vist nedenfor for den krævede forstærkning med en enkelt fælles 12V forsyning. Jeg brugte ingen resonanskondensatorer, derfor var forstærkningen for lav.

Jeg kunne høre effekten fra en afstand på 1 fod nøjagtigt over en lige linje med transduceren. Selv en let bevægelse fik lyden til at forsvinde.

Højttalerinduktor (lille lydudgangstransformator):

Sådan tilsluttes transformeren og transducerne

Transducerens ledningsdetaljer kan ses i nedenstående figur, du skal bruge to af disse opsætninger for at være forbundet med punkt A og B i kredsløbet.

Transformeren kan være egnet trin op transformer afhængigt af hvor mange transducere der er valgt.

Prototype billede : Ovenstående parametriske højttalerkredsløb blev testet og bekræftet af mig ved hjælp af 4 ultralydstransducere, som reagerede nøjagtigt som specificeret i artikelforklaringen. Da der kun blev brugt 4 sensorer, var output for lavt og kunne kun høres fra en meter væk.

parametrisk højttalerkredsløb

Forsigtig - sundhedsfare. Der skal træffes passende foranstaltninger for at forhindre langvarig eksponering for høje ultralydsniveauer.

Original dokument kan være Læs her




Tidligere: Simple Shop Shutter Guard Circuit for at beskytte din butik mod tyveri Næste: Simple High Voltage Generator Circuit - Arc Generator