Postitus selgitab ultraheli direktiiviga kõlarisüsteemi, mida nimetatakse ka parameetriliseks kõlariks, ehitust, mida saab kasutada helisageduse edastamiseks sihtpunktis või -tsoonis nii, et täpselt selles kohas asuv inimene on võimeline heli kuulma, samas kui kõrval olev inimene tema või vahetult väljaspool tsooni jääb täiesti puutumata ja ei tea menetlust.

Leiutas ja ehitas Kazunori Miura (Jaapan)

Silmapaistvate akustiliste seadmete katsetamisel saadud silmapaistvad tulemused (LRAD) inspireeris Ameerika Tehnoloogiakorporatsiooni sellele uue nime vastu võtma ja muudeti 25. märtsil 2010 LRAD-i korporatsiooniks. Seda nimetatakse ka Audio Spotlightiks, see on Holosonic Research Labs, Inci toode ja seda kasutatakse mittesõjaliseks kasutamiseks.

Seade on loodud intensiivselt fokuseeritud helikiirte genereerimiseks ainult sihtpiirkonnas. Üksus võib hästi sobida sellistes kohtades nagu muuseumid, raamatukogud, näitusegaleriid, kus selle helikiire võib kasutada hoiatussõnumi saatmiseks või konkreetse halva käitumisega inimese juhendamiseks, samas kui teistel läheduses on lubatud jätkata täielikus vaikuses.

Sellise parameetrilise kõlarisüsteemi fokuseeritud heliefektid on nii täpsed, et igaüks, kellele see on suunatud, saab tohutult üllatunud, kui kogeb fokuseeritud helisisu, mida kuuleb ainult tema, samal ajal kui kõrval olev mees jääb sellest täiesti teadmatuks.

Parameetrilise kõlari tööpõhimõte

Parameetriline kõlarite tehnoloogia kasutab ülehelikiirusel helilainet, millel on omadus liikuda peaaegu vaateväljast.

Võib siiski imestada, et kuna ülehelikiiruse ulatus võib olla kaugemal kui 20 kHz (täpsemalt 40 kHz), võib see olla inimese kõrvadele täiesti kuuldamatu, siis kuidas suudab süsteem fookustatud tsoonis laineid kuuldavaks teha?

Üks selle rakendamise meetod on kasutada kahte 40 kHz kiirt, mille helisagedus on 1 kHz, mis asuvad üksteise suhtes ja nurga all, et kohtuda suunatud punktis, kus kaks 40 kHz sisu tühistavad üksteise, jättes 1 kHz sageduse kuuldavaks just selles kohas.

Idee võib tunduda lihtne, kuid tulemus võib olla väikese tõhususega heli tõttu suunatud kohas liiga ebaefektiivne, mitte piisavalt hea sihtgrupi inimeste uimastamiseks või töövõimetuks muutmiseks, vastupidi LRAD-le.

Teised kaasaegsed meetodid ülehelilainete abil kuuldava direktiivse heli tekitamiseks on amplituudmodulatsioon (AM), topeltkülgribaga modulatsioon (DSB), ühe külgribaga modulatsioon (SSB), sagedusmodulatsioon (FM), kõik kontseptsioonid sõltuvad hiljuti uuritud parameetrilisest kõlarisüsteemi tehnoloogiast .

Ütlematagi selge, et 110 dB + ülehelikiirus võib olla oma heli jõu jaotusega ebaühtlane, kui see levib üle pika õhumassi toru.

Helirõhu ebaühtluse tõttu võib tekkida tohutuid moonutusi, mis võivad olla väga ebasoovitavad rahulikes kohtades, näiteks muuseumides, galeriides jne.

Ülaltoodud mittelineaarne reaktsioon on tingitud asjaolust, et õhumolekulidel kulub nende varasema algse tiheduse saavutamiseks suhteliselt rohkem aega võrreldes molekulide kokkusurumiseks kulunud ajaga. Kõrgema rõhuga loodud heli põhjustab ka kõrgemaid sagedusi, mis kipuvad tekitama lööklaineid, samal ajal kui molekulid põrkuvad kokku surutavatega.

“tehke oma toiteallikas ”

Täpsemalt, kuna kuuldav sisu koosneb vibreerivatest õhumolekulidest, mis pole pigem „tagasipöörduvad”, siis kui heli sagedus suureneb, sunnib ebaühtlus moonutuse palju kuuldavaks muutuma mõju tõttu, mis võiks olla parim määratletud kui „õhu viskoossus”.

Seetõttu kasutab tootja DSP direktiivi kõlarite kontseptsiooni, mis hõlmab palju paremat heli taasesitamist minimaalsete moonutustega.

Eeltoodut täiendatakse kõrgtehnoloogiliste parameetriliste muundurite kõlarite paigutusega ühesuunaliste ja selgete helipunktide saamiseks.
Nende parameetriliste kõlarite loodud kõrge suunavus tuleneb ka nende väikestest ribalaiuse omadustest, mida saab vastavalt nõutavatele spetsifikatsioonidele suurendada, lisades maatrikskorralduse kaudu lihtsalt arvukalt neid muundureid.

Parameetrilise 2-kanalilise kõlarimodulaatori kontseptsiooni mõistmine

DSB-d saab hõlpsasti teostada analooglülitusahelate abil. Leiutaja proovis seda algul ja ehkki suutis saavutada valju heli, kaasnes sellega paganama palju moonutusi.

Järgmisena prooviti PWM-vooluringi, mis kasutas FM-tehnoloogiaga sarnast kontseptsiooni, kuigi saadud heliväljund oli palju erinev ja moonutusteta, leiti, et intensiivsus on DSB-ga võrreldes palju nõrgem.

Puudus lahendati lõpuks andurite kahekanalilise massiivi korraldamisega, kusjuures iga massiiv sisaldab paralleelselt ühendatud 50 arvu 40 kHz muundureid.

Audio Spotlight vooluringi mõistmine

Viidates allpool näidatud parameetrilise kõlari või ultraheli direktiiviga kõlarite ahelale, näeme PWM-generaatori IC TL494 ümber konfigureeritud standardset PWM-ahelat.

Selle PWM-etapi väljund suunatakse spetsiaalse IR2111 IC abil pooleldi silla mosfeti draiveri etapile.

IC TL494-l on sisseehitatud ostsillaator, mille sagedust saab seadistada välise R / C-võrgu kaudu, siin on see esindatud eelseadistatud R2 ja C1 kaudu. Põhivõnkesagedust reguleerib ja määrab R1, optimaalse vahemiku määrab kasutaja R1 ja R2 asjakohane seadistamine.

K2-le rakendatakse helisisend, mis tuleb suunata ja asetada ülaltoodud PWM-sagedusele. Pange tähele, et helisisendit tuleb piisavalt võimendada väikese võimendi abil, näiteks LM386, ja seda ei tohi hankida heliseadme kõrvaklappide pesa kaudu.

Kuna PWM-etapi väljund suunatakse üle kahesuunalise silla IC, mis on loodud, saab lõplikud võimendatud ülehelikiirusega parameetrilised väljundid saavutada kahe väljundi kaudu näidatud 4 feti kaudu.

Võimendatud väljundid suunatakse optimeeriva induktori kaudu kõrgelt spetsialiseerunud 40 kHz piesoanduritele. Iga muundurite rida võib koosneda 200 muundurist, mis on paigutatud paralleelühenduse kaudu.

Mosfetid toidetakse pieso juhtimiseks tavaliselt 24 V alalisvooluallikaga, mis võib olla tuletatud eraldi 24 V alalisvooluallikast.

Selliseid muundureid võib turul olla palju, nii et see valik ei piirdu ühegi konkreetse tüübi või reitinguga. Autor eelistas tavaliselt 16 mm läbimõõduga pieso, mis määrati sagedusega 40 kHz.

Mõlemad kanalid peavad sisaldama vähemalt 100 neist, et tekitada mõistlikku vastust, kui seda kasutatakse õues keset suurt kära.

Anduri vahekaugus on oluline

Andurite vaheline kaugus on ülioluline, nii et nende poolt loodud faasi ei häiriks ega tühistaks külgnevad üksused. Kuna lainepikkus on vaid 8 mm, võib isegi 1 mm positsioneerimisviga põhjustada faasivea ja SPL-i kadumise tõttu oluliselt väiksema intensiivsuse.

Tehniliselt imiteerib ultraheli muundur kondensaatori käitumist ja seega võib seda sundida resoneeruma, lisades induktori järjestikku.

Seetõttu oleme lisanud induktori seeriasse ainult selle funktsiooni saavutamiseks, et optimeerida muundurid nende maksimaalsete jõudluspiiride piiridesse.

Resonantssageduse arvutamine

Anduri resonantssageduse võib arvutada järgmise valemi abil:

fr = 1 / (2pi x LC)

40 kHz muundurite sisemine mahtuvus võib olla umbes 2 kuni 3 nF, seega annaks neist 50 paralleelselt netomahtuvuse umbes 0,1uF kuni 0,15uF.

Kasutades seda joonist ülaltoodud valemis, saame induktori väärtuse vahemikku 60–160 uH, mis tuleb lisada seerias koos mosfeti draiveri väljunditega punktides A ja B.

Induktiivpool kasutab ferriitvarda, nagu on näha alloleval joonisel. Kasutaja võis resonantsi reageerida maksimaalselt, reguleerides varda, libistades seda mähises, kuni saab optimaalse punkti.

Vooluringi skeem

ultraheli-direktiivse kõlarisüsteemi või parameetrilise kõlari ahel

Vooluahela idee viisakus: Elektor elektroonika.

Oma prototüübis katsetasin helitrafot, nagu allpool näidatud, vajaliku võimenduse jaoks ühe ühise 12 V toiteallikaga. Ma ei kasutanud ühtegi resonantskondensaatorit, seetõttu oli võimendus liiga madal.

Kuulsin efekti 1 jalga kauguselt muunduriga otse üle sirgjoone. Isegi kerge liigutus põhjustas heli kadumise.

Kõlari induktor (väike heli väljundtrafo):

Trafo ja muundurite ühendamine

Anduri juhtmestiku üksikasjad on toodud allpool toodud joonisel. Teil on vaja kahte neist seadmetest ühendada vooluahela punktidega A ja B.

Trafo võib olla sobiv kiirendada trafot olenevalt sellest, kui palju muundureid on valitud.

Kujutise prototüüp : Eespool nimetatud parameetriliste kõlarite vooluringi katsetasin ja kinnitasin edukalt 4 ultrahelianduri abil, mis reageerisid täpselt nii, nagu on täpsustatud artikli selgituses. Kuna kasutati vaid 4 andurit, oli väljund liiga madal ja seda oli kuulda vaid meetri kauguselt.