Šajā ierakstā ir paskaidrota ultraskaņas direktīvo skaļruņu sistēmas, ko dēvē arī par parametru skaļruņiem, konstrukcija, ko var izmantot, lai pārraidītu audio frekvenci mērķtiecīgā vietā vai zonā tā, lai persona, kas atrodas tieši šajā vietā, varētu dzirdēt skaņu, kamēr persona blakus viņš vai tieši ārpus zonas paliek pilnīgi neskarts un nezina par procesu.

Izgudroja un izveidoja Kazunori Miura (Japāna)

Izcili rezultāti, kas iegūti, pārbaudot tālsatiksmes akustisko ierīci (LRAD) iedvesmoja Amerikas tehnoloģiju korporāciju pieņemt jaunu nosaukumu un 2010. gada 25. martā tika nomainīta uz LRAD korporāciju. To sauc arī par Audio Spotlight, tas ir Holosonic Research Labs, Inc produkts un tiek izmantots nemilitāriem mērķiem.

Ierīce ir paredzēta intensīvi fokusētu skaņas staru radīšanai tikai mērķtiecīgā zonā. Ierīce var būt labi piemērota tādās vietās kā muzeji, bibliotēkas, izstāžu galerijas, kur tās skaņas staru var izmantot brīdinājuma ziņojuma sūtīšanai vai konkrētas nepareizas personas norādīšanai, savukārt apkārtējiem ļauts turpināt darbu pilnīgā klusumā.

Koncentrētie skaņas efekti no šādas parametru skaļruņu sistēmas ir tik precīzi, ka ikviens, uz kuru tas attiecas, kļūst ļoti pārsteigts, izjūtot fokusēto skaņas saturu, kuru dzird tikai viņš, kamēr puisis blakus viņam paliek pilnīgi nezināms.

Parametriskā skaļruņa darba princips

Parametrisko skaļruņu tehnoloģija izmanto skaņas viļņus virsskaņas diapazonā, kam raksturīga pārvietošanās gandrīz redzes līnijā.

Tomēr var domāt, ka, tā kā virsskaņas diapazons var pārsniegt 20 kHz atzīmi (precīzāk - 40 kHz), tas varētu būt absolūti nedzirdams cilvēka ausīm, tad kā sistēma spēj padarīt viļņus dzirdamus fokusētajā zonā?

Viena no metodēm, kā to īstenot, ir divu 40kHz staru izmantošana ar vienu, kura audio frekvence ir 1kHz virsū un leņķī, lai satiktos norādītajā vietā, kur abi 40kHz saturs viens otru atceļ, atstājot 1kHz frekvenci dzirdamu šajā konkrētajā vietā.

Ideja var izskatīties vienkārša, bet rezultāts var būt pārāk neefektīvs, jo skaņa ir maza, un tas nav pietiekami labs, lai apdullinātu vai nespētu mērķa cilvēkus, gluži pretēji LRAD.

Citas mūsdienu dzirdamās direktīvās skaņas radīšanas metodes, izmantojot virsskaņas viļņus, ir amplitūdas modulācija (AM), dubultās sānu joslas modulācija (DSB), vienas sānu joslas modulācija (SSB), frekvences modulācija (FM). Visi jēdzieni ir atkarīgi no nesen pētītās parametriskās skaļruņu sistēmas tehnoloģijas. .

Lieki piebilst, ka 110 dB + virsskaņas vilnis ar skaņas spēka sadalījumu var būt nevienmērīgs, kamēr tas izplatās garas gaisa masas “caurulē”.

Skaņas spiediena nevienmērības dēļ var rasties milzīgi sagrozījumi, kas varētu būt ļoti nevēlami lietojumiem mierīgās vietās, piemēram, muzejos, galerijās utt.

Iepriekš minētā nelineārā reakcija rodas tāpēc, ka gaisa molekulām ir nepieciešams salīdzinoši vairāk laika, lai sakārtotos pēc iepriekšējā sākotnējā blīvuma, salīdzinot ar laiku, kas vajadzīgs molekulu saspiešanai. Ar augstāku spiedienu radītā skaņa rada arī augstākas frekvences, kas mēdz radīt trieciena viļņus, kamēr molekulas saduras ar saspiestajām.

“vadu LED gaismas sērijveidā vai paralēli ”

Precīzāk, jo dzirdamo saturu veido vibrējošās gaisa molekulas, kas drīzāk nav “atgriezušās”, tāpēc, palielinoties skaņas frekvencei, nevienmērīgums liek izkropļojumam kļūt daudz dzirdamam tā efekta dēļ, kas varētu būt labākais definēts kā “gaisa viskozitāte”.

Tāpēc ražotājs izmanto DSP direktīvas skaļruņu koncepciju, kas ietver daudz uzlabotu skaņas reproducēšanu ar minimāliem traucējumiem.

Iepriekšminētais ir papildināts ar ļoti uzlabotu parametru pārveidotāju skaļruņu izvietojumu, lai iegūtu vienvirziena un skaidras skaņas vietas.
Šo parametru skaļruņu radīto lielo virzību nosaka arī to mazie joslas platuma raksturlielumi, kurus var palielināt atbilstoši vajadzīgajām specifikācijām, vienkārši pievienojot daudzus šo pārveidotāju skaitu, izmantojot matricas izkārtojumu.

Izpratne par parametru 2-kanālu skaļruņu modulatora koncepciju

DSB var viegli izpildīt, izmantojot analogās komutācijas shēmas. Sākotnēji izgudrotājs to izmēģināja, un, lai arī varēja panākt skaļu skaņu, to pavadīja ļoti daudz sagrozīti.

Pēc tam tika izmēģināta PWM shēma, kas izmantoja FM tehnoloģijai līdzīgu koncepciju, lai gan rezultātā iegūtā skaņas izeja bija daudz atšķirīga un bez traucējumiem, tika konstatēts, ka intensitāte ir daudz vājāka salīdzinājumā ar DSB.

Trūkums galu galā tika atrisināts, sakārtojot divkanālu pārveidotāju bloku, katrā masīvā iekļaujot 50 paralēli savienotu 40kHz pārveidotāju skaitu.

Izpratne par audio uzmanības centrālo shēmu

Atsaucoties uz zemāk parādīto parametru skaļruņu vai ultraskaņas direktīvu skaļruņu shēmu, mēs redzam standarta PWM ķēdi, kas konfigurēta ap PWM ģeneratoru IC TL494.

Šī PWM posma izvade tiek virzīta uz pus tilta MOSFET vadītāja posmu, izmantojot specializēto IR2111 IC.

IC TL494 ir iebūvēts oscilators, kura frekvenci varēja iestatīt caur ārēju R / C tīklu, šeit tas tiek attēlots caur iepriekš iestatītajiem R2 un C1. Pamata svārstību frekvenci pielāgo un iestata R1, savukārt optimālo diapazonu nosaka, lietotājam atbilstoši iestatot R1 un R2.

Audio ieeja, kas jāvirza un jāuzliek uz iepriekš iestatītās PWM frekvences, tiek lietota K2. Ievērojiet, ka audio ieejai jābūt pietiekami pastiprinātai, izmantojot nelielu pastiprinātāju, piemēram, LM386, un to nedrīkst iegūt, izmantojot audio ierīces austiņu ligzdu.

Tā kā PWM posma izeja tiek virzīta pāri divpusējam tilta IC, kas izveidots, galīgās pastiprinātās virsskaņas parametru izejas var sasniegt, izmantojot divas izejas visos parādītajos 4 tīklos.

Pastiprinātās izejas tiek ievadītas ļoti specializētu 40 kHz pjezo pārveidotāju blokā, izmantojot optimizējošu induktoru. Katrs no pārveidotāju blokiem var sastāvēt no kopumā 200 devējiem, kas izvietoti caur paralēlu savienojumu.

Mezfets parasti tiek barots ar 24V DC barošanu pjezo vadīšanai, ko var iegūt no atsevišķa 24V DC avota.

Tirgū varētu būt daudz šādu pārveidotāju, tāpēc opcija neaprobežojas tikai ar konkrētu tipu vai vērtējumu. Autors dod priekšroku 16 mm diametra pjezos, kas parasti piešķirti ar 40 kHz frekvenču specifikācijām.

Katrā kanālā jāiekļauj vismaz 100 no tiem, lai radītu saprātīgu atbildi, kad to izmanto ārpus telpām, augsta satraukuma līmenī.

Devēju atstatums ir būtisks

Attālumam starp devējiem ir izšķiroša nozīme, lai blakus esošās vienības netraucētu un neatceltu katra no tiem izveidoto fāzi. Tā kā viļņa garums ir tikai 8 mm, pozicionēšanas kļūda pat 1 mm varētu izraisīt ievērojami zemāku intensitāti fāzes kļūdas un SPL zuduma dēļ.

Tehniski ultraskaņas pārveidotājs atdarina kondensatora darbību, un tādējādi to varētu piespiest rezonēt, sērijveidā iekļaujot induktoru.

Tāpēc mēs sērijā esam iekļāvuši induktoru, lai tikai panāktu šo funkciju, lai pārveidotājus optimizētu to maksimālās veiktspējas robežās.

Rezonanses frekvences aprēķināšana

Devēja rezonanses frekvenci var aprēķināt, izmantojot šādu formulu:

fr = 1 / (2pi x LC)

40 kHz pārveidotāju iekšējā kapacitāte varētu būt aptuveni 2 līdz 3nF, tādējādi 50 no tiem paralēli radītu neto kapacitāti no aptuveni 0,1uF līdz 0,15uF.

Izmantojot šo skaitli iepriekšminētajā formulā, mēs iegūstam, ka induktora vērtība ir no 60 līdz 160 uH, kas jāiekļauj virknē ar mosfets draivera izvadēm pie A un B.

Induktors izmanto ferīta stieni, kā tas redzams zemāk redzamajā attēlā. Lietotājs varēja maksimāli palielināt rezonanses reakciju, pielāgojot stieni, bīdot to spolē, līdz varēja sasniegt optimālo punktu.

Ķēdes shēma

ultraskaņas direktīvo skaļruņu sistēmas vai parametru skaļruņu shēma

Ķēdes idejas pieklājība: Elektor electronics.

Savā prototipā es eksperimentēju ar audio transformatoru, kā parādīts zemāk, lai iegūtu nepieciešamo pastiprinājumu, ar vienu kopēju 12 V barošanu. Es neizmantoju nevienu rezonanses kondensatoru, tāpēc pastiprinājums bija pārāk zems.

Es dzirdēju efektu no 1 pēdas attāluma tieši pāri taisnai līnijai ar devēju. Pat neliela kustība izraisīja skaņas pazušanu.

Skaļruņa induktors (mazs audio izejas transformators):

Kā savienot transformatoru un pārveidotājus

Devēja elektroinstalācijas detaļas var redzēt zemāk dotajā attēlā, jums būs nepieciešami divi no šiem iestatījumiem, lai tie būtu savienoti ar ķēdes punktiem A un B.

Transformators var būt piemērots pastiprināt transformatoru atkarībā no tā, cik pārveidotāju ir izvēlēti.

Attēla prototips : Es veiksmīgi pārbaudīju un apstiprināju iepriekš minēto parametru skaļruņu shēmu, izmantojot 4 ultraskaņas pārveidotājus, kas reaģēja tieši tā, kā norādīts raksta skaidrojumā. Tomēr, tā kā tika izmantoti tikai 4 sensori, izeja bija pārāk zema, un to varēja dzirdēt tikai no metra attālumā.