Akusztikus eszköz hosszú tartományban
Akusztikus eszköz hosszú tartományban
130dB 50m segítségével piezokerámialemez!
Geyer AF
Terem kupolák görbe,
Stoklyshki robbant az ablakpárkányon,
Az udvar összes lovat megszökött,
Minden fejedelmek és a bojárok holtan esett.
(Az eposz "Ilya Muromets és Nightingale az Robber")
Ha a sípot Nightingale a rabló nincs kitüntetett irány az űrben, akkor lehet számítani, az akusztikus teljesítmény Pa képlet szerint:
.
És értékének kiszámításához zanesom sugárzási teljesítmény táblázat szükség annak érdekében, hogy néhány érték hangnyomás bizonyos távolságokra.
A kisugárzott teljesítmény Watt egy adott hangnyomás figyelhető meg a régióban:
Emlékezzünk vissza, hogy bocsát ki hangot az ilyen értékek akusztikus teljesítmény szükséges ahhoz, hogy tízszer több elektromos elektroakusztikus átalakítók nagyon hatékony. Az összes típusú elektroakusztikus átalakítók, a leghatékonyabb piezokerámialemez. Meg tudja alakítani audio akár 15% -át az elektromos azonban a fenntartás, a rezonancia frekvenciát. Még elég mérsékelt hang 110-130dB, (ha hívhatjuk őket mérsékeltek) az erő, amely szükséges ahhoz, hogy a konverter rendkívül magas, különösen, ha az ilyen mennyiség szükséges a jelentős távolságot. Ez a feladat meglehetősen megoldható, ha a sugárzás koncentrálódik egy keskeny térszög, elhagyása nem irányított sugárzással. Például, ha a hangot küld a féltekén (térszöge 180 °), akkor kétszer annyi kevesebb energiát fogyaszt. Ha az eltérés szögét 10 tartó tovább. a szükséges energia 500-szor kisebb.
Direkt sugárzás egy szűk térszögbe, elvileg egyszerű. Ehhez az szükséges, hogy elegendő számú egyéni elektroakusztikus átalakítók, rendezni őket egy síkban a lehető legközelebb egymáshoz, és arra kényszeríti, hogy rezegnek azonos frekvencián azonos fázisban és azonos amplitúdójú. Ebben feltételnek teljesülnie kell: a rendszer méretének meg kell haladnia többször hossza a hanghullámok a levegőben. Egy ilyen rendszer bocsát síkhullámú a távolság r egyenlő:
Itt d- méret a sugárzó rendszer, - a hossza a hanghullám.
Távolság r- egy úgynevezett közeli zónában. Hangnyomás a közeli területen állandó 0 és r.Na távolság nagyobb, mint az r (távoltéri) a hang nyaláb kezd eltérni, és a hang nyomásesés arányos a távolság. Így minden megduplázása térfogatú rasstoyaniyaumenshaet fele, vagy 6 dB. Ebben az esetben a szórási szög a fény fogja meghatározni a törvény szerint:
Ezek az ismert elméleti kapcsolatos információkat a modell a gép, oszcilláló párhuzamos magát. A közvetlen közelében a tényleges rendszer elektroakusztikus átalakító hangteret, nyilvánvaló, hogy nem homogén. Logikus feltételezni, hogy a képzeletbeli felület a parttól érdekében az időszak a konverter, vagy ami ugyanaz, a határokon méretek megfelelnek az elméleti modell.
Most adja meg a fő szempont a végrehajtásához erős irányított hangsugárzó.
1) A hang frekvenciája. Tartomány emitter fellépés arányos a távolság R proximális területen, ami viszont, arányos 1 /, azaz frekvencia. Ezért szükséges, hogy a frekvencia a fenti lehetséges, de nem több, mint 3 kHz, mivel a magasabb frekvenciájú hallás érzékenysége csökken.
2) A mérete és alakja a sugárzó rendszer. A méret a közeli zónában, és ennek megfelelően, a tartomány d arányos a méret a sugárzó rendszer. Így, ha d = 10, a méret a közeli zónában egyenlő 10 méter. Tíz méteren belül a kötet nem csökken. Miután 20 méter a térfogat kétszeresére, 6 dB vagy kevesebb a 40m - négyszeres vagy 12dB stb Ha a sugárzó rendszer formájában négyzet vagy kör, a hang sugár eltér egyformán függőlegesen és vízszintesen. Ha a sugárzó rendszer nem terjed (téglalap, ovális), a méret a közeli zónában, a divergencia a fénysugár különböző lesz egymásra merőleges síkban. A nagyobb méretű a radiátor termel egy szűkebb gerenda.
3) jelátalakítót. Működési tartomány - a távolság az adó arra a pontra, ahol a hangnyomás beállított értéket tetszőleges szempontok. A tartomány függ a méret a közeli zónát és hangnyomás belül. Kísérleti tény: a hangnyomás a közeli és az azonos nem lehet nagyobb, mint hogy dolgozzon ki egy külön elektroakusztikus jelátalakító olyan távolságban önmagában egyenlő annak ugyanolyan átmérőjű.
Így, a közeli területen konfiguráció határozza meg a méretei a sugárzó rendszer, és a hangnyomás belül - az egyes elektroakusztikus távadó, és független a számuk. Fontos megjegyezni, hogy a tartományban az irányított forrás jelentős mértékben függ a minősége a konverter. Mérete nem változik a radiátor száma adók, de az alkalmazásával olyan jelátalakító, amely úgy hangzik, mindössze 6 dB hangosabb, akkor dupla tartományban.
Ezekkel megfigyelések, alkotunk az egész asztal (2. táblázat) a hangnyomás a távolságtól függően, amely könnyen meghatározza az egyes fűtőtest, amelynek alakja egy négyzet vagy hatszög. Ez a forma - az eredmény a sűrű elrendezése átalakítók. A távolság az adó jelzi a több r.
Távolság zluchatelya, m
Ebben a táblázatban az R - a méret a közeli zónában, amelynek kiszámítása a következő képlettel 2; po - egyetlen hang nyomásátalakító távolságban mérve egyenlő keresztirányú méretük.
Térjünk most át a konkrét esetekre. Példaként kiszámításához alapvető jellemzői a két kiviteli irányított sugárzók. Az első kiviteli alaknál, a száma inverterek 100 db. Második megvalósítási mód - 16. A számítás eredménye a második kiviteli alak további hasznos, hogy értékelje a tényleges elrendezése irányított forrása, amely 16 átalakítók. A számítás használatát feltételezi piezoelektromos elektroakusztikus átalakítók, leírt a cikkben: „A piezokerámia radiátorok hang» (www.avrora-binib.ru). 10 cm átmérőjű jelátalakító. Zaj nyomás a parttól 10cm -144dB. 2,9kGts hangfrekvenciás (= 12 cm). Az első kiviteli alakja az emitter mérete 1 m, a második - 0,4m.
Kiszámítása a hangnyomás a távolságtól függően.
Képlettel számítjuk ki: R 2 közelében zóna mérete. Az első lehetőség, ő lesz 8,3m. A második - 1,3 m. Hang nyomásig egy táblázatot (Táblázat. 3). Ez nehéz észrevenni, hogy a tartományban az adó négyzetével arányos.
A távolság az emitter, m
A távolság az emitter, m
A divergencia szögek a hanghullámokat
A megfelelő divergencia szögek a hang gerendák 1. és 2. egyenletből számítjuk, 3, a következő lesz:
1 = arcsin0,12 / 1 = 6,9 o;
2 = arcsin0,12 / 0,4 = 17,5 o.
Számítási hangteljesítmény
Módosítani a képletet 1, az a tény, hogy a közeli zónában van síkhullám, amelynek területe megegyezik az emitter területet. Ezután megkapjuk a következő egyszerű számítási képletek:
Amelyben - a hangnyomás Pa-ban külön átalakítót távolságban megegyezik az átmérőjével; S - emitter terület m 2 .Vychislennaya Ezekben a képletekben akusztikus teljesítmény az első kiviteli alakban lesz:
Ezek az eredmények kiszámítását az alapvető jellemzői a irányított emitter. Most képzeld el, a tényleges elrendezése a radiátor. Ez a mérete 0,4 x 0,4 méter, és tartalmaz 16 elektroakusztikus átalakítók. Az 1. ábra mutatja az elrendezés egy állókép annak fénykibocsátó felülete. A következetesség érdekében átalakítók párhuzamosan kapcsolt tekintettel piezoelements polaritású. Az emitter működik egy speciálisan tervezett generátor 48V négyzet-hullám amplitúdó frekvenciája 2,9 kHz. További finomhangolás válaszul biztosít fokozatmentesen állítható sebesség. Amint az áramellátás
1. ábra. Layout irányított forrás.
12B használt elemek 7A-H, sorosan 4 db. A hangnyomás mértük zajszintmérővel 003 és a VSV-Center-320. 2. és 3. ábra mutatják, a fő jellemzői az emitter - hangnyomás függés a távolság és a sugárzási karakterisztikát.
A megvitatása a mérések eredményeit, tudomásul vesszük a következő módon. Az összehasonlítás megkönnyítése, a számított és kísérleti görbék a távolság a vízszintes tengely mentén a 2. ábrán szuszpendált logaritmikus skálán, mint a jelen esetben, a település menetrend - egy egyenes vonal. Kísérleti függőség különbözik jelentéktelen mértékben lineáris Iskor miatt módszertani helytelenül. Hang nyomás 2,5dB következő számítást, azaz, hogy milyen lenne várható, ha egy nagyobb azonosságot átalakítók adtak. A széttartási szöge a hang gerenda (3. ábra) is közel van a számított.
2. ábra. Számított és kísérleti hangnyomás a távolságtól függően a kibocsátó.
Ábra. 3. ábra Layout Direction
irányított forrás.
Ahol p o = 101 20x -6 Pa, meghatározzák abszolút értéke Pa hangnyomás miatt p.V kapjuk 794 Pa. Használata képletű (4), megkapjuk az értéke az akusztikus teljesítmény:
Problémák és hiányosságok
Tett egy előzetes tanulmány kimutatta, hogy az alapján a jól ismert elméleti eredmények is magabiztosan megjósolni a jellemzői az irányított hang-sugárzók. Másodszor, az említett piezo kerámia elektroakusztikus átalakítók, mint alkalmazott technológia a hang irányába kibocsátók, képesek arra, hogy megkapja a példátlan teljesítményt a hatótávolság. Vizsgáljuk meg az aktuális elrendezés feltárt problémákat és hiányosságokat, hogy általában, nem meglepő. Ezek lehetővé teszik, hogy azonosítsa a tárgyat és az irányt a jövőben a kutatás. Nézzük néhány problémát.
1.Konstruktivnoe végrehajtás elrendezést. Amint az 1. ábrából látható, az emitter áll négy blokk négy átalakítók. Nem dalovozmozhnost skomplektovat kibocsátó azonos átalakítók. Hogy létrehoz egy síkhullám a közeli területen és a termelő kis széttartási szöge a hang nyaláb van szükség, hogy egy egyenletes eloszlását az amplitúdó-fázisú hullámok sugárzó elemek. A egyenletessége a fázis eloszlása biztosított automatikusan, párhuzamos kapcsolása transzformátorok. Ez csak akkor szükséges, hogy biztosítsák a állandóságát amplitúdó Manning átalakítók, előnyösen a rezonáns frekvencia.
Sematikus ábrája az eszköz megszűnése generátor elrendezés a hatalom irányított hangsugárzó.
munkaciklus 2-t alkalmazunk a tranzisztor bázisára T1 T2 - „hántoló” fázisban. Az áthidalt kulcs teljesítmény FET tápellátást biztosít a emitterfeszültség otistochnika ellátás (akkumulátorok) a változás a polaritás a hang frekvenciája. Így a generátor kimeneti (az adó) jár négyszögletes több polaritású feszültség. Mechanikai rezgések a elektroakusztikus átalakítók yavlyayutsyagarmonicheskimi. Ezért a radiátor csak a terhelés az első harmonikus. A magasabb harmonikusok nem igényelt. Részesedésük az energia-mix 14,6%, és hozza jelentős károkat a nagy teljesítmény. Így voltak olyan esetek, a pusztulás piezoelektromos elemek meghibásodása a híd tranzisztorok és egyéb elemek oszcillátor áramkör.
3.Elektroakustichesky átalakító. Azáltal, hagyomány, a konverter használt piezoelektromos segnetomyagkoy piezoelektromos kerámia. Együtt nagyobb piezoactivity segnetomyagkoy piezokerámialemez növekedése jellemezte dielektromos veszteség, különösen erős területeken. Így, előírásai szerint (OST 11 0444-87), piezokerámia Márka TSTSNV-1, amelyet a fenti átalakítók, dielektromos veszteségi tangens 1,9% alacsony mezők és 30% erős területeken. A segnetozhostkih márkák piezokerámialemez tgv alacsony területeken kevesebb, mint 1%, és erős mágneses mezők - néhány százalék. Gyenge térerősség tekinthető 25V / mm. Erős területén - a 300V / mm. Tekintettel arra, hogy a vastagsága a piezoelektromos elemek konverterek 0,3 mm, azt találjuk, hogy számukra a gyenge területén korlátozott feszültség 7.5V. A amplitúdója a működési feszültség 48 V felel meg a térerősség 160 V / mm. Ebben az esetben a konverzió hatékonysága csökken, nem hajtják végre néhány decibel hangnyomás. Mivel a piezoelektromos elemek Melegítési korlátozott lejátszási ideje.
A megoldás az ilyen és más kérdéseket teszi a tényleges létrehozása megbízható szerelést, amely megteremtené a 130dB hangnyomás a parttól 50m.
Csodálatos dinamikus hangterjedelemmel érzékeli az emberi fül. Hangnyomásszint a leggyengébb hang eltér a legerősebb (fájdalomküszöb) közel három millió alkalommal! A megfelelő értékek az intenzitás (energia jellemző, W / m 2) eltérnek a 10 000 milliárd alkalommal! A hallótávolságon hangnyomás csupán 20 mikropaskal és intensivnostetogo hang teljesen mikroszkópikus, körülbelül 10 -12 W / m 2 Ez az a tulajdonság az emberi fül lehetősége miatt a hosszú távú kommunikációs Morse kód meglehetősen egyszerű rádiók a második világháború óta.
Éppen ellenkezőleg, ami egy hang a vonal másik végén a dinamikatartomány, láttuk ilyen intenzitás-értékek rezgéseket előforduló technikai problémák azok végrehajtására.
Kimutattuk létrehozásának megvalósíthatóságát a mobil egység, amely biztosítja 130dB hangnyomás 50 méter. Létrehozása nyomást a takogozvukovogo 50m igényel nagyon konverterek 100 és a tápegység 2 - 2.5 kW.
Tovább növeli ezen paraméterek ellehetetlenül vagy célszerűtlen problémák miatt az áramellátás (energiaellátó rendszer nehézkes), mint minden 3 dB SPL igényel megduplázódott az energiafogyasztást. Természetesen vannak printsipialnyhogranicheny létrehozni edakogo statsionarnrgo Nightingale a rabló egy hálózati alállomás.