अल्ट्रासोनिक डायरेक्टिव स्पीकर सर्किट कैसे बनाएं

पोस्ट एक अल्ट्रासोनिक निर्देश स्पीकर प्रणाली के निर्माण को भी समझाती है जिसे पैरामीट्रिक स्पीकर भी कहा जाता है जिसका उपयोग किसी लक्षित स्थान या क्षेत्र पर एक ऑडियो आवृत्ति संचारित करने के लिए किया जा सकता है जैसे कि उस स्थान पर स्थित व्यक्ति ध्वनि को सुनने में सक्षम होता है जबकि व्यक्ति बगल में जोन के बाहर या उसके बाहर पूरी तरह से अछूता रहता है और कार्यवाही से अनभिज्ञ रहता है।

काज़ुनोरी मिउरा (जापान) द्वारा निर्मित और निर्मित

लंबी दूरी के ध्वनिक उपकरण के परीक्षण से प्राप्त उत्कृष्ट परिणाम (LRAD) अमेरिकी प्रौद्योगिकी निगम को इसके लिए एक नया नाम अपनाने के लिए प्रेरित किया और 25 मार्च 2010 को LRAD कॉर्पोरेशन में बदल दिया गया। इसे ऑडियो स्पॉटलाइट भी कहा जाता है, यह होलोसोनिक रिसर्च लैब्स, इंक का एक उत्पाद है और इसका उपयोग गैर-सैन्य अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।

डिवाइस को केवल एक लक्षित क्षेत्र पर अत्यधिक केंद्रित ध्वनि बीम उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इकाई संग्रहालयों, पुस्तकालयों, प्रदर्शनी दीर्घाओं जैसे स्थानों में अच्छी तरह से अनुकूल हो सकती है जहां इसकी ध्वनि किरण का उपयोग चेतावनी संदेश भेजने या किसी विशेष व्यक्ति को निर्देश देने के लिए किया जा सकता है, जबकि आसपास के अन्य लोगों को सही मौन में ले जाने की अनुमति होती है।

इस तरह के पैरामीट्रिक स्पीकर सिस्टम से केंद्रित ध्वनि प्रभाव इतना सटीक होता है कि जिस किसी को भी इसके साथ लक्षित किया जाता है वह केंद्रित ध्वनि सामग्री का अनुभव करने के लिए बेहद आश्चर्यचकित हो जाता है, जो केवल उसके द्वारा सुना जाता है, जबकि उसके बगल वाला लड़का पूरी तरह से अनजान रहता है।

एक पैरामीट्रिक स्पीकर का कार्य सिद्धांत

पैरामीट्रिक स्पीकर तकनीक सुपरसोनिक रेंज में ध्वनि तरंगों को नियोजित करती है जिसमें लगभग लाइन-ऑफ़-विज़न के माध्यम से यात्रा करने की विशेषता होती है।

हालांकि, किसी को आश्चर्य हो सकता है कि चूंकि सुपरसोनिक रेंज 20kHz मार्क (40kHz सटीक होना) से परे हो सकती है, मानव कानों के लिए बिल्कुल अक्षम हो सकती है, इसलिए सिस्टम केंद्रित क्षेत्र में तरंगों को कैसे श्रव्य बनाने में सक्षम है?

इसे लागू करने का एक तरीका दो 40kHz बीम का उपयोग करना है, जिसमें 1kHz की ऑडियो फ्रीक्वेंसी होती है, जिसे निर्देशित बिंदु पर मिलने के लिए 1kHz सुपरपोज़्ड और एंगल्ड किया जाता है, जहाँ दो 40kHz कंटेंट एक दूसरे को रद्द करते हुए 1kHz फ़्रीक्वेंसी को इस विशेष स्थान पर छोड़ देते हैं।

विचार सरल लग सकता है, लेकिन परिणाम बहुत ही अक्षम हो सकता है क्योंकि निर्देशित स्थान पर कम मात्रा ध्वनि के कारण, लक्षित लोगों को अचेत या अक्षम करने के लिए पर्याप्त नहीं है, जो LRAD के विपरीत है।

सुपरसोनिक तरंगों का उपयोग करके श्रव्य निर्देशक ध्वनि के उत्पादन के अन्य आधुनिक तरीके आयाम मॉड्यूलेशन (एएम), डबल साइडबैंड मॉड्यूलेशन (डीएसबी), सिंगल साइडबैंड मॉड्यूलेशन (एसएसबी), आवृत्ति मॉड्यूलेशन (एफएम) के माध्यम से होते हैं, सभी अवधारणाएं हाल ही में शोध किए गए पैरामीट्रिक स्पीकर सिस्टम प्रौद्योगिकी पर निर्भर करती हैं ।

कहने की आवश्यकता नहीं है कि 110 डीबी + सुपरसोनिक तरंग ध्वनि बल वितरण के साथ गैर-समान हो सकती है, जबकि यह एक लंबे वायु द्रव्यमान 'ट्यूब' में प्रचार के दौरान है।

ध्वनि दबाव की एकरूपता के कारण विरूपण की एक विशाल मात्रा का अनुभव किया जा सकता है जो कि शांतिपूर्ण स्थानों जैसे संग्रहालयों, दीर्घाओं, आदि में अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक अवांछनीय हो सकता है।

उपरोक्त गैर-रैखिक प्रतिक्रिया इस तथ्य के कारण उत्पन्न होती है कि अणुओं को संपीड़ित करने के लिए किए गए समय की तुलना में वायु अणुओं को अपने पिछले मूल घनत्व की व्यवस्था करने में अपेक्षाकृत अधिक समय लगता है। उच्च दबाव के साथ बनाई गई ध्वनि में उच्च आवृत्तियों का भी परिणाम होता है जो झटका तरंगों को उत्पन्न करते हैं जबकि अणु संकुचित होते हैं।

श्रव्य सामग्री के सटीक होने के बाद से कंपन करने वाले वायु के अणुओं का गठन किया जाता है जो पूरी तरह से 'वापस' नहीं आते हैं, इसलिए जब ध्वनि की आवृत्ति बढ़ जाती है, तो गैर एकरूपता प्रभाव के कारण विरूपण को अधिक श्रव्य बनने के लिए मजबूर करती है जो सबसे अच्छा हो सकता है 'एयर विस्कोसिटी' के रूप में परिभाषित किया गया है।

डीएसपी निर्देश वक्ता अवधारणा के लिए निर्माता का सहारा है जिसमें न्यूनतम विरूपण के साथ बहुत बेहतर ध्वनि प्रजनन शामिल है।

ऊपर एक यूनिडायरेक्शनल और स्पष्ट ध्वनि स्पॉट प्राप्त करने के लिए अत्यधिक उन्नत पैरामीट्रिक ट्रांसड्यूसर स्पीकर व्यवस्था के समावेश के साथ पूरक है।
इन पैरामीट्रिक वक्ताओं द्वारा बनाई गई उच्च दिशा उनकी छोटी बैंडविड्थ विशेषताओं के कारण भी होती है, जो कि एक मैट्रिक्स व्यवस्था के माध्यम से इन ट्रांसड्यूसर की कई संख्या को जोड़कर आवश्यक विनिर्देश के अनुसार बढ़ाया जा सकता है।

पैरामीट्रिक 2-चैनल स्पीकर मॉड्यूलेटर कॉन्सेप्ट को समझना

DSB एनालॉग स्विचिंग सर्किट का उपयोग करके आसानी से निष्पादित किया जा सकता है। आविष्कारक ने शुरू में यह कोशिश की, और हालांकि एक तेज ध्वनि प्राप्त कर सकता था, यह बहुत अधिक विकृति के साथ था।

अगला, एक PWM सर्किट की कोशिश की गई, जिसने एफएम प्रौद्योगिकी के लिए अवधारणा को नियोजित किया, हालांकि परिणामी ध्वनि आउटपुट बहुत अलग और विरूपण से मुक्त था, डीएसबी की तुलना में तीव्रता बहुत कमजोर पाई गई।

कमियां अंततः ट्रांसड्यूसर के एक डबल चैनल सरणी की व्यवस्था करके हल की गईं, प्रत्येक सरणी में समानांतर में जुड़े 40kHz ट्रांसड्यूसर के 50 से अधिक संख्याएं शामिल थीं।

ऑडियो स्पॉटलाइट सर्किट को समझना

नीचे दिखाए गए पैरामीट्रिक स्पीकर या अल्ट्रासोनिक डायरेक्टिव स्पीकर सर्किट का उल्लेख करते हुए हम देखते हैं कि PWM जनरेटर IC 4494 के आसपास एक मानक PWM सर्किट कॉन्फ़िगर किया गया है।

इस PWM चरण से आउटपुट को IR2111 IC के उपयोग से एक आधा पुल mosfet ड्राइवर स्टेज में खिलाया जाता है।

IC TL494 में एक अंतर्निहित थरथरानवाला है जिसकी आवृत्ति बाहरी आर / सी नेटवर्क के माध्यम से सेट की जा सकती है, यहां इसे प्रीसेट आर 2 और सी 1 के माध्यम से दर्शाया गया है। मौलिक दोलन आवृत्ति आर 1 द्वारा समायोजित और निर्धारित की जाती है, जबकि इष्टतम सीमा उपयोगकर्ता द्वारा उचित रूप से आर 1 और आर 2 स्थापित करके निर्धारित की जाती है।

ऑडियो सेट जिसे उपरोक्त सेट पीडब्लूएम आवृत्ति पर निर्देशित और सुपरिम्पोज किया जाना चाहिए, K2 पर लागू होता है। ध्यान दें कि LM386 जैसे छोटे एम्पलीफायर का उपयोग करके ऑडियो इनपुट को पर्याप्त रूप से बढ़ाया जाना चाहिए और ऑडियो डिवाइस के हेडफ़ोन सॉकेट के माध्यम से इसे सॉर्ट नहीं किया जाना चाहिए।

चूंकि PWM चरण से आउटपुट एक ट्विन हाफ ब्रिज आईसी सेट अप में खिलाया जाता है, अंतिम प्रवर्धित सुपरसोनिक पैरामीट्रिक आउटपुट को दिखाया गया है 4 फैट्स में दो आउटपुट के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है।

प्रवर्धित आउटपुट एक अनुकूलन प्रारंभ करनेवाला के माध्यम से अति विशिष्ट 40 kHz पीजो ट्रांसड्यूसर की एक सरणी को खिलाया जाता है। ट्रांसड्यूसर सरणी के प्रत्येक में एक समानांतर कनेक्शन के माध्यम से व्यवस्थित कुल 200 ट्रांसड्यूसर शामिल हो सकते हैं।

मस्जिदों को आम तौर पर पीज़ोस ड्राइविंग के लिए 24 वी डीसी आपूर्ति के साथ खिलाया जाता है जो एक अलग 24 वी डीसी स्रोत से प्राप्त किया जा सकता है।

बाजार में उपलब्ध ऐसे ट्रांसड्यूसर का एक मेजबान हो सकता है, इसलिए विकल्प किसी विशिष्ट प्रकार या रेटिंग तक सीमित नहीं है। लेखक ने आमतौर पर 40kHz फ़्रीक्वेंसी स्पेक के साथ 16mm व्यास वाले पीज़ोस को प्राथमिकता दी है।

जब उच्च स्तर के हंगामे के बीच इसका इस्तेमाल किया जा रहा हो, तो उचित प्रतिक्रिया उत्पन्न करने के लिए प्रत्येक चैनल को इनमें से कम से कम 100 को शामिल करना चाहिए।

Transducer रिक्ति महत्वपूर्ण है

ट्रांसड्यूसर्स के बीच रिक्ति महत्वपूर्ण है ताकि उनमें से प्रत्येक द्वारा बनाया गया चरण आसन्न इकाइयों द्वारा परेशान या रद्द न हो। चूंकि तरंग दैर्ध्य केवल 8 मिमी है, इसलिए 1 मिमी की पोजिशनिंग त्रुटि भी चरण की त्रुटि और एसपीएल के नुकसान के कारण काफी कम तीव्रता हो सकती है।

तकनीकी रूप से, एक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर एक संधारित्र के व्यवहार की नकल करता है और इस प्रकार इसे श्रृंखला में एक प्रारंभकर्ता को शामिल करके प्रतिध्वनित करने के लिए मजबूर किया जा सकता है।

इसलिए हमने इस श्रृंखला में एक प्रारंभकर्ता को शामिल किया है ताकि ट्रांसड्यूसर्स को उनके चरम प्रदर्शन सीमाओं को अनुकूलित करने के लिए इस सुविधा को प्राप्त किया जा सके।

गुंजयमान आवृत्ति की गणना

ट्रांसड्यूसर की गुंजायमान आवृत्ति की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

fr = 1 / (2pi x LC)

40 kHz ट्रांसड्यूसर की आंतरिक समाई लगभग 2 से 3nF हो सकती है, इस प्रकार उनमें से 50 समानांतर में 0.1uF से 0.15uF की शुद्ध समाई हो जाएगी।

उपरोक्त सूत्र में इस आकृति का उपयोग करने से हमें 60 और 160 uH के बीच प्रारंभ करनेवाला मान प्राप्त होता है, जिसे A और B में mosfets ड्राइवर आउटपुट के साथ श्रृंखला में शामिल किया जाना चाहिए।

प्रारंभ करनेवाला एक फेराइट रॉड का उपयोग करता है जैसा कि नीचे की आकृति में देखा जा सकता है। उपयोगकर्ता कुंडल के भीतर खिसकाकर रॉड को समायोजित करके गुंजायमान प्रतिक्रिया को चरम तक पहुंचा सकता है जब तक कि इष्टतम बिंदु नहीं मारा जा सकता है।

सर्किट आरेख

सर्किट आइडिया सौजन्य: इलेक्ट्रो इलेक्ट्रॉनिक्स।

मेरे प्रोटोटाइप में मैंने एक ऑडियो ट्रांसफार्मर के साथ प्रयोग किया, जैसा कि आवश्यक प्रवर्धन के लिए नीचे दिखाया गया है, एक एकल 12V आपूर्ति के साथ। मैंने किसी भी प्रतिध्वनि संधारित्र का उपयोग नहीं किया इसलिए प्रवर्धन बहुत कम था।

मैं ट्रांसड्यूसर के साथ एक सीधी रेखा में 1 फीट की दूरी से प्रभाव को सुन सकता था। यहां तक ​​कि एक मामूली आंदोलन के कारण ध्वनि गायब हो गई।

स्पीकर इंडक्टर (छोटा ऑडियो आउटपुट ट्रांसफार्मर):

ट्रांसफार्मर और ट्रांसड्यूसर को कैसे कनेक्ट करें

ट्रांसड्यूसर वायरिंग विवरण नीचे दिए गए आंकड़े में देखा जा सकता है, आपको सर्किट के अंक ए और बी के साथ जुड़े होने के लिए इनमें से दो सेट-अप की आवश्यकता होगी।

ट्रांसफार्मर उपयुक्त हो सकता है आगे आना परिवर्तक निर्भर करता है कि कितने ट्रांसड्यूसर चुने गए हैं।

प्रोटोटाइप छवि : उपरोक्त पैरामीट्रिक स्पीकर सर्किट का 4 अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग करके मेरे द्वारा सफलतापूर्वक परीक्षण और पुष्टि की गई थी, जो कि लेख स्पष्टीकरण में निर्दिष्ट रूप से प्रतिक्रिया व्यक्त की थी। हालाँकि, चूंकि केवल 4 सेंसर का उपयोग किया गया था, आउटपुट बहुत कम था और इसे केवल एक मीटर दूर से ही सुना जा सकता था।

सावधानी - स्वास्थ्य खतरा। उच्च अल्ट्रासोनिक ध्वनि स्तरों के दीर्घकालिक जोखिम को रोकने के लिए उचित उपाय किए जाने चाहिए।

मूल दस्तावेज हो सकता है यहाँ पढ़ें