Inlägget förklarar byggandet av ett ultraljudshögtalarsystem, även kallat parametrisk högtalare, som kan användas för att sända en ljudfrekvens över en riktad plats eller zon så att personen som ligger exakt på den platsen kan höra ljudet medan personen bredvid honom eller precis utanför zonen förblir helt orörd och omedveten om förfarandet.

Uppfunnen och byggd av Kazunori Miura (Japan)

De enastående resultaten som erhållits från testningen av långdistans akustisk enhet (LRAD) inspirerade American Technology Corporation att anta ett nytt namn på det och ändrades till LRAD-företag den 25 mars 2010. Det kallas även Audio Spotlight och är en produkt från Holosonic Research Labs, Inc och används för icke-militära applikationer.

Enheten är utformad för att endast generera intensivt fokuserade ljudstrålar över ett riktat område. Enheten kan vara väl lämpad på platser som museer, bibliotek, utställningsgallerier där dess ljudstråle kan användas för att skicka ett varningsmeddelande eller instruera en viss mishaving person, medan andra runt får fortsätta i perfekt tystnad.

De fokuserade ljudeffekterna från ett sådant parametriskt högtalarsystem är så exakta att alla som riktas mot det blir enormt förvånad över att uppleva det fokuserade ljudinnehållet som bara hörs av honom medan killen precis bredvid honom förblir helt omedveten om det.

Arbetsprincip för en parametrisk högtalare

Parametrisk högtalarteknologi använder ljudvågor i det supersoniska området som har den egenskapen att färdas genom nästan synfältet.

Men man kan undra sig att eftersom supersoniskt intervall mycket kan ligga utanför 20 kHz-märket (40 kHz för att vara exakt), kan det vara absolut ohörbart för mänskliga öron, så hur kan systemet göra vågorna hörbara i den fokuserade zonen?

En metod för att implementera detta är att använda två 40 kHz-strålar med en med en ljudfrekvens på 1 kHz överlagrad och vinklad för att mötas vid den riktade punkten där de två 40 kHz-innehållet avbryter varandra och lämnar 1 kHz-frekvensen hörbar vid den specifika platsen.

Idén kan se enkel ut men resultatet kan bli för ineffektivt på grund av det låga ljudvolymen på den riktade platsen, inte tillräckligt bra för att bedöva eller inhabilisera de riktade personerna, helt i strid med LRAD.

Andra moderna metoder för att producera hörbart direktljud med hjälp av supersoniska vågor är genom amplitudmodulering (AM), dubbel sidbandsmodulation (DSB), enkel sidobandmodulation (SSB), frekvensmodulation (FM), alla koncept beror på den nyligen undersökta parametriska högtalarsystemtekniken .

Det behöver inte sägas att en 110 dB + supersonisk våg kan vara oenhetlig med sin ljudkraftsfördelning medan den är under fortplantning över ett långt luftmassarör.

På grund av att ljudtrycket inte är enhetligt kan en enorm förvrängning upplevas vilket kan vara mycket oönskat för applikationer på fridfulla platser som i museer, gallerier etc.

Ovanstående icke-linjära svar produceras på grund av det faktum att luftmolekyler tar relativt mer tid att ordna sig till sin tidigare ursprungliga densitet jämfört med den tid det tar att komprimera molekylerna. Ljud skapat med högre tryck resulterar också i högre frekvenser som tenderar att generera chockvågor medan molekylerna kolliderar med de som komprimeras.

“högström justerbar spänningsregulator ”

För att vara exakt eftersom det hörbara innehållet utgörs av de vibrerande luftmolekylerna som snarare inte helt '' återvänder '', därför att när ljudfrekvensen ökar, tvingar den icke enhetliga distorsionen att bli mycket hörbar på grund av den effekt som kan vara bäst definieras som 'luftviskositet'.

Därför tillgriper tillverkaren DSP-direktivets högtalarkoncept som innebär mycket förbättrad ljudåtergivning med minimal distorsion.

Ovanstående kompletteras med inkluderingen av mycket avancerade parametriska givarhögtalararrangemang för att få enriktade och tydliga ljudfläckar.
Den höga direktiviteten som skapas av dessa parametriska högtalare beror också på deras lilla bandbreddskarakteristika som kan förstoras enligt önskad specifikation genom att helt enkelt lägga till många antal av dessa omvandlare genom ett matrisarrangemang.

Förstå Parametric 2-Channel Speaker Modulator Concept

DSB kan enkelt köras med analoga omkopplingskretsar. Uppfinnaren försökte inledningsvis detta, och även om det kunde uppnå ett högt ljud, åtföljdes det med en hel del distorsion.

Därefter testades en PWM-krets, som använde konceptet liknande FM-teknik, även om den resulterande ljudeffekten var mycket distinkt och fri från distorsion, visade sig intensiteten vara mycket svagare jämfört med DSB.

Nackdelen löstes i slutändan genom att arrangera en dubbelkanalsuppsättning av omvandlare, varvid varje uppsättning inkluderade så många som 50 antal 40 kHz omvandlare parallellt anslutna.

Förstå Audio Spotlight Circuit

Med hänvisning till den parametriska högtalarkretsen eller ultraljudshögtalarkretsen som visas nedan ser vi en standard PWM-krets konfigurerad runt PWM-generatorn IC TL494.

Utgången från detta PWM-steg matas till ett halvbro-mosfet-drivsteg med den specialiserade IR2111 IC.

IC TL494 har en inbyggd oscillator vars frekvens kan ställas in via ett externt R / C-nätverk, här representeras den genom förinställningen R2 och C1. Den grundläggande oscillerande frekvensen justeras och ställs in med R1, medan det optimala intervallet bestäms av att användaren på rätt sätt ställer in R1 och R2.

Ljudingången som måste styras och läggas ovanpå den inställda PWM-frekvensen appliceras på K2. Observera att ljudingången måste förstärkas tillräckligt genom att använda en liten förstärkare som LM386 och inte får hämtas via hörlursuttaget på en ljudenhet.

Eftersom utsignalen från PWM-scenen matas över en IC-uppsättning med två halvbryggor, kan de slutliga förstärkta överljudsmässiga parametriska utgångarna uppnås via två utgångar över de visade 4 fotarna.

De förstärkta utgångarna matas till en rad högspecialiserade 40 kHz piezogivare via en optimerande induktor. Var och en av givaruppsättningarna kan bestå av totalt 200 omvandlare anordnade genom en parallellanslutning.

Myggarna matas normalt med en 24V DC-matning för att driva piezos som kan härledas från en separat 24V DC-källa.

Det kan finnas en mängd sådana givare tillgängliga på marknaden, så alternativet är inte begränsat till någon specifik typ eller klassificering. Författaren föredrog typiskt piezos med en diameter på 16 mm tilldelad med 40 kHz frekvensspecifikation.

Varje kanal måste innehålla minst 100 av dessa för att generera ett rimligt svar när den används utomhus bland hög uppståndelse.

Givaravstånd är avgörande

Avståndet mellan givarna är avgörande så att fasen som skapas av var och en av dem inte störs eller avbryts av de intilliggande enheterna. Eftersom våglängden är bara 8 mm kan positioneringsfel på till och med 1 mm resultera i en betydligt lägre intensitet på grund av fasfel och förlust av SPL.

Tekniskt imiterar en ultraljudsgivare kondensatorns beteende och därmed kan den tvingas resonera genom att inkludera en induktor i serie.

Vi har därför inkluderat en induktor i serie för att uppnå denna funktion för att optimera givarna till deras högsta gränser för prestanda.

Beräkning av resonansfrekvens

Omvandlarens resonansfrekvens kan beräknas med hjälp av följande formel:

fr = 1 / (2pi x LC)

Den interna kapacitansen hos 40 kHz-omvandlarna kan vara cirka 2 till 3nF, så 50 av dem parallellt skulle resultera i en nettokapacitans på cirka 0,1uF till 0,15uF.

Med hjälp av denna siffra i ovanstående formel får vi induktansvärdet att ligga mellan 60 och 160 uH som måste ingå i serie med mosfets drivrutinsutgångar vid A och B.

Induktorn använder en ferritstav som kan ses i figuren nedan. Användaren kunde maximera resonansresponsen genom att justera stången genom att skjuta den i spolen tills den optimala punkten kunde träffas.

Kretsschema

krets av högtalarsystem med ultraljud eller parametrisk högtalare

Kretsidé med tillstånd: Elektor electronics.

I min prototyp experimenterade jag med en ljudtransformator som visas nedan för den nödvändiga förstärkningen, med en enda gemensam 12V-matning. Jag använde inga resonanskondensatorer, därför var förstärkningen för låg.

Jag kunde höra effekten från ett avstånd på 1 fot exakt över en rak linje med givaren. Även en liten rörelse fick ljudet att försvinna.

Högtalarinduktor (liten ljudutgångstransformator):

Hur man ansluter transformatorn och givarna

Givarens ledningsdetaljer kan ses i figuren nedan, du behöver två av dessa inställningar för att anslutas till punkterna A och B i kretsen.

Transformatorn kan vara lämplig trappa upp transformatorn beroende på hur många givare som väljs.

Prototypbild : Ovanstående parametriska högtalarkrets testades och bekräftades framgångsrikt av mig med 4 ultraljudsgivare, som svarade exakt enligt vad som anges i artikelförklaringen. Eftersom endast fyra sensorer användes var utgången för låg och hördes bara från en meter bort.