Bài đăng giải thích cấu tạo của hệ thống loa chỉ thị siêu âm còn được gọi là loa tham số có thể được sử dụng để truyền tần số âm thanh qua một điểm hoặc khu vực được nhắm mục tiêu sao cho người nằm chính xác tại điểm đó có thể nghe thấy âm thanh trong khi người bên cạnh anh ta hoặc ngay bên ngoài khu vực hoàn toàn không bị đụng chạm và không biết gì về quá trình tố tụng.

Do Kazunori Miura (Nhật Bản) phát minh và chế tạo

Các kết quả nổi bật thu được từ thử nghiệm Thiết bị Âm thanh Tầm xa (LRAD) đã truyền cảm hứng cho Tập đoàn Công nghệ Hoa Kỳ đặt tên mới cho nó và được đổi thành tập đoàn LRAD vào ngày 25 tháng 3 năm 2010. Còn được gọi là Audio Spotlight, nó là sản phẩm của Holosonic Research Labs, Inc và được sử dụng cho các ứng dụng phi quân sự.

Thiết bị được thiết kế để chỉ tạo ra các chùm âm thanh tập trung mạnh trên một khu vực được nhắm mục tiêu. Thiết bị này có thể rất phù hợp ở những nơi như bảo tàng, thư viện, phòng trưng bày, nơi chùm âm thanh của nó có thể được sử dụng để gửi thông báo cảnh báo hoặc hướng dẫn một người cụ thể có hành vi sai trái, trong khi những người khác xung quanh được phép tiếp tục trong im lặng hoàn toàn.

Hiệu ứng âm thanh tập trung từ hệ thống loa tham số như vậy chính xác đến mức bất kỳ ai nhắm mục tiêu đến nó sẽ vô cùng ngạc nhiên khi trải nghiệm nội dung âm thanh tập trung chỉ có anh ta nghe được trong khi người đàn ông ở bên cạnh anh ta hoàn toàn không biết về nó.

Nguyên tắc làm việc của một loa tham số

Công nghệ loa tham số sử dụng sóng âm thanh trong dải siêu âm có đặc tính truyền gần như xuyên qua đường ngắm.

Tuy nhiên, người ta có thể thắc mắc rằng vì phạm vi siêu âm có thể vượt quá ngưỡng 20kHz (chính xác là 40kHz), có thể hoàn toàn không nghe được đối với tai người, vậy làm cách nào hệ thống có thể làm cho sóng nghe được trong vùng tập trung?

Một phương pháp thực hiện điều này là sử dụng hai chùm 40kHz với một chùm có tần số âm thanh 1kHz xếp chồng lên nhau và đặt góc để gặp nhau tại điểm định hướng nơi hai nội dung 40kHz triệt tiêu lẫn nhau để lại tần số 1kHz có thể nghe được tại điểm cụ thể đó.

Ý tưởng có thể trông đơn giản nhưng kết quả có thể quá kém hiệu quả do âm lượng âm lượng thấp tại điểm được hướng dẫn, không đủ tốt để gây choáng hoặc bất lực cho những người được nhắm mục tiêu, hoàn toàn trái ngược với LRAD.

Các phương pháp hiện đại khác để tạo ra âm thanh chỉ thị bằng sóng siêu thanh là thông qua điều chế biên độ (AM), điều chế dải biên kép (DSB), điều chế dải biên đơn (SSB), điều chế tần số (FM), tất cả các khái niệm đều phụ thuộc vào công nghệ hệ thống loa tham số được nghiên cứu gần đây. .

Không cần phải nói, sóng siêu âm 110 dB + có thể không đồng nhất với sự phân bố lực âm thanh của nó trong khi nó đang lan truyền qua một 'ống' khối không khí dài.

Do sự không đồng nhất của áp suất âm thanh, một lượng lớn biến dạng có thể xảy ra, điều này có thể rất không mong muốn đối với các ứng dụng ở những nơi yên bình như trong bảo tàng, phòng trưng bày, v.v.

Phản ứng phi tuyến tính trên được tạo ra do thực tế là các phân tử không khí mất nhiều thời gian hơn để tự sắp xếp về mật độ ban đầu trước đó của chúng so với thời gian nén các phân tử. Âm thanh được tạo ra với áp suất cao hơn cũng dẫn đến tần số cao hơn có xu hướng tạo ra sóng xung kích trong khi các phân tử va chạm với các phân tử bị nén.

“làm cách nào để chuyển đổi 220 vôn sang 110 vôn ”

Nói một cách chính xác vì nội dung âm thanh được tạo thành bởi các phân tử không khí dao động không hoàn toàn 'quay trở lại', do đó khi tần số của âm thanh tăng lên, sự không đồng nhất buộc sự biến dạng trở nên có thể nghe được nhiều do hiệu ứng có thể là tốt nhất được định nghĩa là 'độ nhớt không khí'.

Vì vậy, nhà sản xuất sử dụng khái niệm loa chỉ thị DSP liên quan đến khả năng tái tạo âm thanh được cải thiện nhiều với độ méo tiếng tối thiểu.

Bên trên được bổ sung với việc bao gồm bố trí loa chuyển đổi tham số tiên tiến cao để có được điểm âm thanh đơn hướng và rõ ràng.
Khả năng định hướng cao được tạo ra bởi các loa tham số này cũng là do đặc tính băng thông nhỏ của chúng có thể được mở rộng theo thông số kỹ thuật yêu cầu bằng cách chỉ cần thêm nhiều đầu dò này thông qua một sự sắp xếp ma trận.

Hiểu khái niệm về bộ điều chế loa 2 kênh tham số

DSB có thể được thực hiện dễ dàng bằng cách sử dụng các mạch chuyển mạch tương tự. Ban đầu, nhà phát minh đã thử điều này, và mặc dù có thể tạo ra âm thanh lớn, nhưng nó lại kèm theo rất nhiều biến dạng.

Tiếp theo, một mạch PWM đã được thử, sử dụng khái niệm tương tự như công nghệ FM, mặc dù âm thanh phát ra rất khác biệt và không bị biến dạng, cường độ được tìm thấy là yếu hơn nhiều so với DSB.

Cuối cùng, nhược điểm đã được giải quyết bằng cách bố trí một mảng đầu dò kênh đôi, mỗi mảng bao gồm 50 số đầu dò 40kHz được kết nối song song.

Hiểu về mạch tiêu điểm âm thanh

Đề cập đến loa tham số hoặc mạch loa chỉ thị siêu âm được hiển thị bên dưới chúng ta thấy một mạch PWM tiêu chuẩn được cấu hình xung quanh IC tạo PWM TL494.

Đầu ra từ tầng PWM này được đưa đến tầng trình điều khiển mosfet nửa cầu bằng cách sử dụng IC IR2111 chuyên dụng.

IC TL494 có một bộ dao động tích hợp có tần số có thể được thiết lập thông qua mạng R / C bên ngoài, ở đây nó được biểu diễn thông qua R2 và C1 đặt trước. Tần số dao động cơ bản được điều chỉnh và thiết lập bởi R1, trong khi phạm vi tối ưu được xác định bằng cách thiết lập thích hợp R1 và R2 bởi người dùng.

Đầu vào âm thanh cần được định hướng và chồng lên tần số PWM đã đặt ở trên được áp dụng cho K2. Lưu ý rằng đầu vào âm thanh phải được khuếch đại đủ bằng cách sử dụng bộ khuếch đại nhỏ như LM386 và không được lấy nguồn qua ổ cắm tai nghe của thiết bị âm thanh.

Vì đầu ra từ tầng PWM được cấp qua một vi mạch nửa cầu đôi được thiết lập, đầu ra tham số siêu âm được khuếch đại cuối cùng có thể đạt được thông qua hai đầu ra trên 4 thiết bị được hiển thị.

Các đầu ra khuếch đại được đưa đến một loạt các đầu dò piezo 40 kHz chuyên biệt cao thông qua một cuộn cảm tối ưu hóa. Mỗi mảng đầu dò có thể bao gồm tổng số 200 đầu dò được bố trí thông qua một kết nối song song.

Các mosfet thường được cấp nguồn điện một chiều 24V để điều khiển các bánh răng, có thể được lấy từ một nguồn điện một chiều 24V riêng biệt.

Có thể có một loạt các đầu dò như vậy có sẵn trên thị trường, vì vậy tùy chọn không giới hạn ở bất kỳ loại hoặc xếp hạng cụ thể nào. Tác giả ưa thích các piezos có đường kính 16mm được chỉ định với thông số tần số 40kHz.

Mỗi kênh phải bao gồm ít nhất 100 kênh trong số này để tạo ra phản ứng hợp lý khi nó được sử dụng ngoài trời giữa mức độ ồn ào cao.

Khoảng cách đầu dò là tối quan trọng

Khoảng cách giữa các đầu dò là rất quan trọng để pha do mỗi đầu dò tạo ra không bị các đơn vị liền kề làm nhiễu hoặc hủy bỏ. Vì bước sóng chỉ 8mm, sai số định vị thậm chí 1mm có thể dẫn đến cường độ thấp hơn đáng kể do lỗi pha và mất SPL.

Về mặt kỹ thuật, một đầu dò siêu âm bắt chước hoạt động của tụ điện và do đó nó có thể bị buộc phải cộng hưởng bằng cách mắc nối tiếp một cuộn cảm.

Do đó, chúng tôi đã bao gồm một cuộn cảm trong loạt chỉ để đạt được tính năng này nhằm tối ưu hóa các đầu dò đến giới hạn hiệu suất cao nhất của chúng.

Tính tần số cộng hưởng

Tần số cộng hưởng của bộ chuyển đổi có thể được tính theo công thức sau:

fr = 1 / (2pi x LC)

Điện dung bên trong của các bộ chuyển đổi 40 kHz có thể vào khoảng 2 đến 3nF, do đó 50 trong số chúng song song sẽ tạo ra điện dung thực trong khoảng 0,1uF đến 0,15uF.

Sử dụng hình này trong công thức trên, chúng ta nhận được giá trị cuộn cảm nằm trong khoảng từ 60 đến 160 uH mà giá trị này phải được bao gồm trong chuỗi với các đầu ra trình điều khiển mosfets tại A và B.

Cuộn cảm sử dụng một thanh ferit như có thể thấy trong hình bên dưới. Người dùng có thể đạt cực đại phản ứng cộng hưởng bằng cách điều chỉnh thanh bằng cách trượt nó trong cuộn dây cho đến khi có thể đạt được điểm tối ưu.

Sơ đồ mạch

mạch của hệ thống loa chỉ thị siêu âm hoặc loa tham số

Ý tưởng mạch điện: Điện tử Elektor.

Trong nguyên mẫu của mình, tôi đã thử nghiệm với một biến áp âm thanh như hình dưới đây để có độ khuếch đại cần thiết, với một nguồn cung cấp 12V chung duy nhất. Tôi đã không sử dụng bất kỳ tụ cộng hưởng nào do đó độ khuếch đại quá thấp.

Tôi có thể nghe thấy hiệu ứng từ khoảng cách 1 feet chính xác trên một đường thẳng với đầu dò. Ngay cả một chuyển động nhẹ cũng khiến âm thanh biến mất.

Loa cuộn cảm (Biến áp đầu ra âm thanh nhỏ):

Cách kết nối máy biến áp và đầu dò

Chi tiết về hệ thống dây của bộ chuyển đổi có thể được nhìn thấy trong hình bên dưới, bạn sẽ cần hai trong số các thiết lập này được kết nối với các điểm A và B của mạch.

Máy biến áp có thể phù hợp thiết lập máy biến áp tùy thuộc vào số lượng đầu dò được chọn.

Hình ảnh nguyên mẫu : Mạch loa tham số trên đã được mình test và xác nhận thành công bằng 4 đầu dò sóng siêu âm, phản hồi chính xác như phần thuyết minh bài viết. Tuy nhiên, vì chỉ có 4 cảm biến được sử dụng nên đầu ra quá thấp và chỉ có thể nghe thấy từ cách xa một mét.