Šiame įraše paaiškinama ultragarso direktyvų garsiakalbių sistemos, dar vadinamos parametriniais garsiakalbiais, konstrukcija, kuri gali būti naudojama garso dažniui perduoti per tam tikrą vietą ar zoną taip, kad tiksliai toje vietoje esantis asmuo galėtų girdėti garsą, o šalia esantis asmuo jis ar tik už zonos ribų lieka visiškai nepaliestas ir nežino apie procesą.

Sugalvojo ir pastatė Kazunori Miura (Japonija)

Puikūs tolimojo akustinio prietaiso bandymo rezultatai (LRAD) įkvėpė Amerikos technologijų korporaciją priimti naują pavadinimą ir 2010 m. kovo 25 d. buvo pakeista į LRAD korporaciją. Taip pat vadinamas „Audio Spotlight“, jis yra „Holosonic Research Labs, Inc“ produktas ir naudojamas nekarinėms reikmėms.

Prietaisas skirtas intensyviai sufokusuotiems garso spinduliams generuoti tik tam tikroje srityje. Įrenginys gali būti tinkamas tokiose vietose kaip muziejai, bibliotekos, parodų galerijos, kur jo garso spindulys gali būti naudojamas įspėjamosioms žinutėms siųsti ar nurodyti konkrečiam blogai besielgiančiam asmeniui, o kitiems aplinkiniams leidžiama veikti visiškai tyliai.

Sutelkti garso efektai iš tokios parametrinės garsiakalbių sistemos yra tokie tikslūs, kad kiekvienas, kuriam jis skirtas, patiria didžiulį nustebimą, kai patiria fokusuotą garso turinį, kurį girdi tik jis, o šalia esantis vaikinas to visiškai nežino.

Parametrinio garsiakalbio darbo principas

Parametrinė garsiakalbių technologija naudoja viršgarsinio diapazono garso bangas, kurios būdingos kelionėms per beveik regėjimo liniją.

Tačiau galima susimąstyti, kad kadangi viršgarsinis diapazonas gali viršyti 20 kHz ribą (tiksliau - 40 kHz), tai gali būti visiškai negirdima žmogaus ausims, tad kaip sistema sugeba paversti bangas girdimomis fokusuotoje zonoje?

Vienas iš būdų tai įgyvendinti yra naudoti du 40 kHz spindulius, kurių vienas turi 1 kHz garso dažnį ir yra nukreiptas kampu, kad susitiktų nukreiptame taške, kur du 40 kHz turiniai panaikina vienas kitą, palikdami 1 kHz dažnį girdimą toje vietoje.

Idėja gali atrodyti paprasta, tačiau rezultatas gali būti per neefektyvus dėl mažo garso garso nukreiptoje vietoje, nepakankamai geras, kad priblošktų ar neveiksnus tikslinius žmones, priešingai nei LRAD.

Kiti šiuolaikiniai girdimo direktyvinio garso, naudojant viršgarsines bangas, gamybos būdai yra amplitudės moduliacija (AM), dvigubo šoninio juostos moduliacija (DSB), vieno šoninio juostos moduliacija (SSB), dažnio moduliacija (FM), visos koncepcijos priklauso nuo neseniai ištirtos parametrinės garsiakalbių sistemos technologijos .

Nereikia nė sakyti, kad 110 dB + viršgarsinė banga savo garso jėgos pasiskirstymu gali būti nevienoda, nes sklinda per ilgą oro masės „vamzdelį“.

Dėl nevienodo garso slėgio galima patirti didžiulį iškraipymą, kuris gali būti labai nepageidaujamas taikant ramiose vietose, tokiose kaip muziejai, galerijos ir kt.

Aukščiau pateiktas netiesinis atsakas gaunamas dėl to, kad oro molekulėms užtrukti palyginti daugiau laiko, kad susitvarkytų ankstesnis pradinis tankis, palyginti su laiku, kurio reikia molekulių suspaudimui. Garsas, sukurtas esant didesniam slėgiui, taip pat sukelia aukštesnius dažnius, kurie linkę generuoti smūgio bangas, kol molekulės susiduria su suslėgtomis.

“reguliuojamas įtampos ir srovės reguliatorius ”

Tiksliau, nes girdimą turinį sudaro vibruojančios oro molekulės, kurios nėra visiškai „grįžtančios“, todėl padidėjus garso dažniui, nevienodumas verčia iškraipymą tapti labiau girdimu dėl to efekto, kuris galėtų būti geriausias apibrėžiamas kaip „oro klampa“.

Todėl gamintojas griebiasi DSP direktyvos garsiakalbių koncepcijos, kuri apima žymiai patobulintą garso atkūrimą ir kuo mažiau iškraipymų.

Tai, kas išdėstyta pirmiau, papildoma labai pažangių parametrinių keitiklių garsiakalbių išdėstymu, kad būtų gautos vienakryptės ir aiškios garso dėmės.
Didelį šių parametrinių garsiakalbių sukurtą kryptingumą taip pat lemia mažos pralaidumo charakteristikos, kurias galima padidinti pagal reikalaujamą specifikaciją, paprasčiausiai pridedant daugybę šių keitiklių per matricos išdėstymą.

Suprasti parametrinę 2 kanalų garsiakalbių moduliatoriaus koncepciją

DSB būtų galima lengvai įvykdyti naudojant analogines perjungimo grandines. Iš pradžių išradėjas tai bandė ir, nors ir sugebėjo pasiekti garsų garsą, jis kartu su daugybe iškraipymų.

Toliau buvo išbandyta PWM grandinė, kurioje panaudota koncepcija, panaši į FM technologiją, nors gaunama garso išvestis buvo daug kitokia ir be iškraipymų, buvo nustatyta, kad intensyvumas yra daug silpnesnis, palyginti su DSB.

Galiausiai trūkumas buvo išspręstas sudarant dvigubą keitiklių matricą, kurioje kiekviename masyve buvo net 50 lygiagrečiai sujungtų 40 kHz keitiklių skaičių.

Suprasti garso taškų grandinę

Remdamiesi žemiau parodyta parametro garsiakalbio arba ultragarso direktyvos garsiakalbio grandine, matome standartinę PWM grandinę, sukonfigūruotą aplink PWM generatorių IC TL494.

Šio PWM etapo išvestis tiekiama į pusės tilto „mosfet“ vairuotojo etapą naudojant specializuotą IR2111 IC.

IC TL494 turi įmontuotą osciliatorių, kurio dažnį galima nustatyti per išorinį R / C tinklą, čia jis pateikiamas per iš anksto nustatytus R2 ir C1. Pagrindinį virpesių dažnį reguliuoja ir nustato R1, o optimalų diapazoną nustato vartotojas tinkamai nustatydamas R1 ir R2.

Garso įvestis, kurią reikia nukreipti ir uždėti ant aukščiau nustatyto PWM dažnio, taikoma K2. Atkreipkite dėmesį, kad garso įvestis turi būti pakankamai sustiprinta naudojant mažą stiprintuvą, pvz., LM386, ir jos negalima gauti iš garso įrenginio ausinių lizdo.

Kadangi PWM etapo išvestis tiekiama per dvigubą pusės tiltelio IC įrenginį, galutinius sustiprintus viršgarsinius parametrinius išėjimus galima pasiekti dviem išėjimais per parodytus 4 fetus.

Sustiprinti išėjimai optimizuojančiu induktoriumi tiekiami į labai specializuotų 40 kHz pjezo keitiklių masyvą. Kiekvieną keitiklių bloką gali sudaryti iš viso 200 keitiklių, išdėstytų per lygiagrečią jungtį.

„Mosfets“ pjezams valdyti paprastai tiekiamas 24 V nuolatinės srovės maitinimas, kuris gali būti gaunamas iš atskiro 24 V nuolatinės srovės šaltinio.

Rinkoje gali būti galybė tokių keitiklių, todėl galimybė neapsiriboti jokiu konkrečiu tipu ar reitingu. Autorius pirmenybę teikė 16 mm skersmens pjezams, kurie paprastai priskiriami 40 kHz dažnio specifikacijoms.

Kiekviename kanale turi būti bent 100 jų, kad būtų sukurtas pagrįstas atsakas, kai jis naudojamas lauke esant dideliam šurmuliui.

Daviklio atstumas yra labai svarbus

Atstumas tarp keitiklių yra labai svarbus, kad gretimi įrenginiai netrukdytų ir neatšauktų kiekvieno iš jų sukurtos fazės. Kadangi bangos ilgis yra tik 8 mm, net 1 mm padėties nustatymo paklaida gali sukelti žymiai mažesnį intensyvumą dėl fazės paklaidos ir SPL praradimo.

Techniškai ultragarso keitiklis imituoja kondensatoriaus elgesį, todėl jį galima priversti rezonuoti įtraukiant nuosekliai induktorių.

Todėl mes įtraukėme induktorių į seriją, kad pasiektume šią savybę, kad keitikliai būtų optimizuoti iki didžiausio našumo ribų.

Skaičiuojant rezonansinį dažnį

Daviklio rezonansinį dažnį galima apskaičiuoti naudojant šią formulę:

fr = 1 / (2pi x LC)

Vidinė 40 kHz keitiklių talpa gali būti maždaug nuo 2 iki 3nF, taigi lygiagrečiai 50 jų gautų grynąją talpą nuo maždaug 0,1uF iki 0,15uF.

Naudodami šį paveikslą pirmiau pateiktoje formulėje, induktoriaus vertė yra tarp 60 ir 160 uH, kuri turi būti įtraukta nuosekliai su „mosfets“ tvarkyklės išėjimais A ir B.

Induktorius naudoja ferito strypą, kaip matyti iš toliau pateikto paveikslo. Vartotojas galėtų maksimaliai padidinti rezonansinį atsaką sureguliuodamas strypą stumdamas jį į ritę, kol bus pasiektas optimalus taškas.

Grandinės schema

ultragarsinės direktyvos garsiakalbių sistemos grandinė arba parametrinis garsiakalbis

Grandinės idėjos mandagumas: „Elektor“ elektronika.

Savo prototipe aš eksperimentavau su garso transformatoriumi, kaip parodyta žemiau, kad gautumėte reikiamą stiprinimą, su vienu bendru 12 V maitinimo šaltiniu. Nenaudojau jokių rezonansinių kondensatorių, todėl stiprinimas buvo per mažas.

Aš galėjau išgirsti efektą iš 1 pėdos atstumo tiksliai per tiesią liniją su davikliu. Net dėl nedidelio judesio garsas dingo.

Garsiakalbio induktorius (mažas garso išvesties transformatorius):

Kaip prijungti transformatorių ir keitlius

Daviklio laidų detales galite pamatyti žemiau pateiktame paveiksle. Jums reikės dviejų iš šių sąrankų, kad būtų sujungtos su grandinės A ir B taškais.

Transformatorius gali būti tinkamas sustiprinti transformatorių priklausomai nuo to, kiek keitiklių yra pasirinkta.

Vaizdo prototipas : Aukščiau pateiktą parametrinę garsiakalbių grandinę sėkmingai išbandžiau ir patvirtinau naudodamas 4 ultragarso keitlius, kurie reagavo tiksliai taip, kaip nurodyta straipsnio paaiškinime. Tačiau, kadangi buvo naudojami tik 4 jutikliai, išėjimas buvo per mažas ir girdimas tik iš metro.