Paano Gumawa ng Ultrasonic Directive Speaker Circuit

Ipinapaliwanag ng post ang pagtatayo ng isang sistema ng speaker ng direktoryo ng ultrasonic na tinatawag ding parametric speaker na maaaring magamit upang makapagpadala ng dalas ng audio sa isang naka-target na lugar o zone na naririnig ng taong nasa tamang lugar na iyon ang tunog habang ang tao sa tabi siya o nasa labas lamang ng zone ay mananatiling ganap na hindi nagalaw at walang kamalayan sa mga paglilitis.

Imbento at itinayo Ni Kazunori Miura (Japan)

Ang natitirang mga resulta na nakuha mula sa pagsubok ng Long Range Acoustic Device (LRAD) binigyang inspirasyon ang American Technology Corporation na magpatibay ng isang bagong pangalan para dito at binago sa korporasyong LRAD noong Marso 25th 2010. Tinatawag din itong Audio Spotlight, ito ay isang produkto ng Holosonic Research Labs, Inc at ginagamit para sa mga aplikasyon na hindi pang-militar.

Ang aparato ay idinisenyo upang makabuo ng matinding nakatuon na mga tunog ng tunog sa isang target na lugar lamang. Ang yunit ay maaaring naaangkop sa mga lugar tulad ng mga museo, aklatan, gallery gallery kung saan maaaring magamit ang tunog beam para sa pagpapadala ng isang mensahe ng babala o turuan ang isang partikular na taong hindi nakakaalam, habang ang iba sa paligid ay pinapayagan na magpatuloy sa ganap na katahimikan.

Ang nakatuon na mga sound effects mula sa naturang isang parametric speaker system ay napakatumpak na ang sinumang na-target dito ay labis na nagulat na maranasan ang nakatuon na nilalaman ng tunog na naririnig lamang niya habang ang tao sa tabi niya ay nanatiling ganap na hindi namamalayan ito.

Nagtatrabaho na Prinsipyo ng isang Parametric Speaker

Gumagamit ang teknolohiyang tagapagsalita ng parametric na mga alon ng tunog sa saklaw na supersonic na may katangian ng paglalakbay sa halos linya-ng-paningin.

Gayunpaman ang isang tao ay maaaring magtaka na dahil ang saklaw ng supersonic ay maaaring lampas sa 20kHz marka (40kHz upang maging tumpak), maaaring ganap na hindi maririnig ng tainga ng tao, kaya paano nagagawa ng system na gawin ang mga alon na maririnig sa nakatuon na sona?

Ang isang paraan ng pagpapatupad nito ay ang paggamit ng dalawang mga 40kHz beam na may isang pagkakaroon ng dalas ng audio na 1kHz na na-superimpose at anggulo upang matugunan sa itinuro na punto kung saan ang dalawang nilalaman na 40kHz ay ​​nakansela ang bawat isa na nag-iiwan ng 1kHz dalas na maririnig sa partikular na lugar.

Ang ideya ay maaaring magmukhang simple ngunit ang resulta ay maaaring maging lubhang hindi mabisa dahil sa mababang tunog ng lakas ng tunog sa nakadirekta na lugar, hindi sapat na sapat upang mapanganga o ma-disepuwensya ang mga naka-target na tao, lubos na salungat sa LRAD.

Ang iba pang mga modernong pamamaraan ng paggawa ng naririnig na tunog ng direktiba na gumagamit ng supersonic waves ay sa pamamagitan ng amplitude modulation (AM), double sideband modulation (DSB), solong sideband modulation (SSB), frequency modulation (FM), lahat ng mga konsepto ay nakasalalay sa kamakailang nasaliksik na teknolohiya ng parametric speaker system. .

Hindi na kailangang sabihin, ang isang 110 dB + supersonic na alon ay maaaring maging ununiform kasama ang pamamahagi ng lakas ng tunog habang nasa kurso ng paglaganap sa isang mahabang 'tubo' na masa ng hangin.

Dahil sa hindi pagkakapareho ng presyon ng tunog ng isang napakalawak na halaga ng pagbaluktot ay maaaring maranasan na maaaring lubos na hindi kanais-nais para sa mga aplikasyon sa mapayapang lugar tulad ng sa mga museo, gallery, atbp.

Ang nasa itaas na di-guhit na tugon ay ginawa dahil sa ang katunayan na ang mga molekula sa hangin ay tumatagal ng mas maraming oras upang ayusin ang kanilang mga sarili sa kanilang dating orihinal na density kumpara sa oras na kinuha para sa pag-compress ng mga molekula. Ang tunog na nilikha gamit ang mas mataas na presyon ay nagreresulta din sa mas mataas na mga frequency na may posibilidad na makabuo ng mga shock wave habang ang mga molekula ay sumalpok sa mga na-compress.

Upang maging tumpak dahil ang naririnig na nilalaman ay binubuo ng mga nanginginig na mga molekula ng hangin na sa halip ay hindi ganap na 'nagbabalik', samakatuwid kapag tumataas ang dalas ng tunog, pinipilit ng hindi pagkakapareho ang pagbaluktot upang maging mas marinig dahil sa epekto na maaaring pinakamahusay tinukoy bilang 'air viscosity'.

Dahil dito ang tagagawa ay gumagamit ng konsepto ng direktiba ng tagapagsalita ng DSP na nagsasangkot ng higit na pinabuting pagpaparami ng tunog na may minimum na pagbaluktot.

Ang nasa itaas ay kinumpleto ng pagsasama ng lubos na advanced na parametric transducer speaker na pag-aayos para sa pagkuha ng isang unidirectional at malinaw na mga sound spot.
Ang mataas na direktiba na nilikha ng mga parametric speaker na ito ay dahil din sa kanilang maliit na mga katangian ng bandwidth na maaaring mapalaki ayon sa kinakailangang detalye sa pamamagitan lamang ng pagdaragdag ng maraming bilang ng mga transduser na ito sa pamamagitan ng isang pag-aayos ng matrix.

Pag-unawa sa Parametric 2-Channel Speaker Modulator Concept

Ang DSB ay madaling maipatupad gamit ang mga analogue switching circuit. Ang imbentor ay paunang sinubukan ito, at kahit na makamit ang isang malakas na tunog, sinamahan ito ng isang ano ba ng pagbaluktot.

Susunod, sinubukan ang isang circuit ng PWM, na ginagamit ang konsepto na katulad sa teknolohiya ng FM, kahit na ang resulta ng tunog na output ay naiiba at malaya sa pagbaluktot, ang kasidhian ay natagpuan na mas mahina kumpara sa DSB.

Ang sagabal ay malulutas sa huli sa pamamagitan ng pag-aayos ng isang dobleng channel array ng mga transduser, ang bawat array kasama ang maraming bilang ng 50 na bilang ng 40kHz transducers na konektado sa parallel.

Pag-unawa sa Audio Spotlight Circuit

Sumangguni sa parametric speaker o ultrasonic directive speaker circuit na ipinakita sa ibaba nakikita namin ang isang karaniwang PWM circuit na naka-configure sa paligid ng PWM generator IC TL494.

Ang output mula sa yugto ng PWM na ito ay pinakain sa kalahating tulay na mosfet driver na yugto gamit ang dalubhasang IR2111 IC.

Ang IC TL494 ay may built-in oscillator na ang dalas ay maaaring itakda sa pamamagitan ng isang panlabas na R / C network, dito kinakatawan ng preset na R2 at C1. Ang pangunahing dalas ng pag-oscillate ay nababagay at itinakda ng R1, habang ang pinakamainam na saklaw ay natutukoy ng naaangkop na pag-set up ng R1 at R2 ng gumagamit.

Ang audio input na kailangang idirekta at ipatong sa itaas na itinakda na dalas ng PWM ay inilalapat sa K2. Tandaan na ang audio input ay dapat na sapat na napalakas sa pamamagitan ng paggamit ng isang maliit na amplifier tulad ng LM386 at hindi dapat ma-sourced sa pamamagitan ng headphone socket ng isang audio device.

Dahil ang output mula sa yugto ng PWM ay pinakain sa isang kambal na kalahating tulay na na-set up ng IC, ang huling pinalakas na supersonic parametric outputs ay maaaring makamit sa pamamagitan ng dalawang output sa ipinakita na 4 fets.

Ang mga pinalakas na output ay pinakain sa isang hanay ng mga dalubhasang dalubhasa na 40 kHz piezo transducers sa pamamagitan ng isang optimizing inductor. Ang bawat isa sa array ng transducer ay maaaring binubuo ng isang kabuuang 200 transduser na nakaayos sa pamamagitan ng isang parallel na koneksyon.

Ang mga mosfet ay karaniwang pinakain ng isang 24V DC supply para sa pagmamaneho ng mga piezos na maaaring makuha mula sa isang hiwalay na mapagkukunan ng 24V DC.

Maaaring mayroong isang host ng mga naturang transduser na magagamit sa merkado, kaya ang pagpipilian ay hindi limitado sa anumang tukoy na uri o rating. Ginusto ng may-akda ang 16mm diameter piezos na nakatalaga na may 40kHz frequency spec na karaniwang.

Ang bawat channel ay dapat magsama ng hindi bababa sa 100 sa mga ito upang makabuo ng isang makatuwirang tugon kapag ginagamit ito sa labas sa gitna ng mataas na antas ng kaguluhan.

Mahalaga ang Transducer Spacing

Ang agwat sa pagitan ng mga transduser ay mahalaga upang ang yugto na nilikha ng bawat isa sa kanila ay hindi nabalisa o nakansela ng mga katabing unit. Dahil ang haba ng daluyong ay 8mm lamang, ang error sa pagpoposisyon ng kahit na 1mm ay maaaring magresulta sa isang makabuluhang mas mababang intensity dahil sa phase error at pagkawala ng SPL.

Sa teknikal na paraan, ginaya ng isang ultrasonic transducer ang pag-uugali ng isang kapasitor at sa gayon ay mapipilitang tumunog sa pamamagitan ng pagsasama ng isang inductor sa serye.

Samakatuwid ay nagsama kami ng isang inductor sa serye lamang upang makamit ang tampok na ito para sa pag-optimize ng mga transduser sa kanilang pinakamataas na mga limitasyon sa pagganap.

Kinakalkula ang Madalas na resonant Frequency

Ang dalangal na dalas ng transducer ay maaaring makalkula sa pamamagitan ng paggamit ng sumusunod na pormula:

fr = 1 / (2pi x LC)

Ang panloob na capacitance ng 40 kHz transducers ay maaaring nasa paligid ng 2 hanggang 3nF, sa gayon 50 sa kanila sa kahanay ay magreresulta sa isang net capacitance na halos 0.1uF hanggang 0.15uF.

Gamit ang figure na ito sa pormula sa itaas nakukuha namin ang halaga ng inductor na nasa pagitan ng 60 at 160 uH na dapat isama sa serye kasama ang mga output ng driver ng mosfets sa A at B.

Ang inductor ay gumagamit ng isang ferrite rod na maaaring nasaksihan sa pigura sa ibaba. Maaaring itaas ng gumagamit ang resonant na tugon sa pamamagitan ng pag-aayos ng tungkod sa pamamagitan ng pag-slide sa loob ng coil hanggang sa maabot ang pinakamainam na punto.

Diagram ng Circuit

Kagandahang ideya ng circuit: Elektronik electronics.

Sa aking prototype nag-eksperimento ako sa isang audio transpormer tulad ng ipinakita sa ibaba para sa kinakailangang amplification, na may isang solong karaniwang supply ng 12V. Hindi ako gumamit ng anumang mga resonant capacitor samakatuwid ang amplification ay masyadong mababa.

Naririnig ko ang epekto mula sa distansya ng 1 talampakan nang eksakto sa isang tuwid na linya kasama ang transducer. Kahit na ang kaunting paggalaw ay naging sanhi ng pagkawala ng tunog.

Speaker Inductor (Maliit na Audio Output Transformer):

Paano ikonekta ang transpormer at ang mga transduser

Ang mga detalye ng mga kable ng transducer ay makikita sa ibabang ibinigay na pigura, kakailanganin mo ang dalawa sa mga set-up na ito upang maiugnay sa mga puntos na A at B ng circuit.

Ang transpormer ay maaaring maging angkop step up transpormer depende sa kung gaano karaming mga transduser ang napili.

Larawan ng Prototype : Ang nasa itaas na parametric speaker circuit ay matagumpay na nasubukan at nakumpirma ko sa pamamagitan ng paggamit ng 4 ultrason transducers, na tumugon nang eksakto tulad ng tinukoy sa paliwanag ng artikulo. Gayunpaman, dahil 4 na mga sensor lamang ang ginamit ang output ay masyadong mababa at maririnig lamang mula sa isang metro ang layo.

Pag-iingat - Panganib sa Kalusugan. Dapat gawin ang mga naaangkop na hakbang upang maiwasan ang pangmatagalang pagkakalantad sa mataas na antas ng tunog ng ultrasonic.

Maaaring maging Orihinal na Dokumento Basahin Dito