Halo! Publikasi ini untuk menemukan dan menyatukan orang yang berpikiran dan penggemar dalam bisnis yang sulit dan mahal - menciptakan jenis perangkat akustik baru. Yaitu transduser akustik diskrit.
Mari kita mengingat kembali sejarah teknologi terkini. Bagaimana elektronik berkembang. Sejak munculnya tabung penguat tabung vakum triode pertama di awal abad ke-20. Dan kemudian pergi dan pergi. Radio, pemancar, amplifier menjadi semakin sempurna. Kemudian, pada 1950-an, perangkat semikonduktor muncul dan perkembangan elektronik semakin pesat.
Perangkat elektronik menjadi lebih kecil dalam ukuran dan berat. Keandalan dan kemampuan teknis meningkat. Pada akhir 70-an, elektronik analog sudah sangat maju. Tetapi setelah itu, semakin keras dan keras, cabang elektronik baru mulai mendeklarasikan dirinya - elektronik digital. Tugas-tugas yang berada di luar kekuatan elektronik analog diselesaikan sepenuhnya dengan metode elektronik digital. Kami dapat dengan aman mengatakan bahwa dengan munculnya "digital" ada terobosan kualitatif yang kuat dalam pengembangan elektronik, yang kemungkinannya fantastis saat ini.
Situasinya kurang lebih sama dalam perkembangan optik. Optik berkembang secara bertahap. Kacamata primitif pertama ditemukan selama penggalian piramida Mesir. Periskop kapal selam Perang Dunia II, pada tingkat tertinggi, merupakan perwujudan seni teknik di bidang optik. Semuanya berkembang secara linier dan terukur. Tapi itu sebelum Yang Mulia Laser datang ke optik. Dengan penampilannya, serta metode optik kuantum, dia menerima lompatan ke depan! Metode holografi dan optik untuk merekam informasi saja telah membangkitkan kekaguman dan kekaguman.
Tapi, misalnya, akustik. Awalnya, menurut sifatnya, semua perangkat dan metodenya adalah analog, tetapi mengapa ini lebih buruk daripada optik dan elektronik? Ada kebutuhan untuk lompatan serupa di sini juga. Mengapa metode digital dan diskrit tidak digunakan dalam akustik?
Saya ingin mengubah situasi ini. Saat kita berbicara, menjerit atau bernyanyi, kita mengatur aliran udara dari paru-paru dengan pita suara kita dan, melewati resonator di rongga mulut, memancarkan getaran suara. Tetapi pada saat yang sama, untuk mereproduksi suara melalui perangkat teknis apa pun, kita sering menggunakan metode yang sama sekali berbeda untuk memperoleh suara - apakah kita memaksa membran, string, atau garpu tala untuk bergetar dalam rentang frekuensi suara? Efisiensi perangkat dengan gangguan aliran udara jelas lebih tinggi daripada perangkat dengan bagian yang bergetar. Secara kasar, pita kuningan, jika hal lain dianggap sama, terdengar lebih keras daripada pita senar.
Sumber utama suara saat ini adalah pengeras suara elektrodinamik. Mereka muncul hampir bersamaan dengan munculnya Radio. Artinya, mereka telah ada selama lebih dari 100 tahun. Sejak itu, desain mereka tidak berubah secara mendasar. Di bidang magnet permanen yang kuat terdapat kumparan yang dilalui arus bolak-balik dari frekuensi audio. Kumparan secara mekanis terhubung ke kerucut speaker. Kumparan bergetar - diffuser bergetar dengannya - dan kami mendengar suaranya. Itu mudah. Tetapi jika tugasnya adalah meningkatkan kekuatan pengeras suara semacam itu, maka perancang dihadapkan pada rantai kontradiksi yang tidak terpecahkan. Diperlukan untuk meningkatkan daya - itu berarti Anda perlu meningkatkan arus dalam koil - oleh karena itu, diperlukan kabel dengan diameter lebih besar. Dan saat menggunakan kawat dengan diameter lebih besar, massa kumparan pasti bertambah.Sebuah kumparan besar menurunkan sifat frekuensi dari pengeras suara elektrodinamik. Belitan yang berat tidak dapat berosilasi pada frekuensi tinggi. Dalam rantai "sumber sinyal - penguat - sistem akustik", tautan "sistem akustik" adalah yang paling lemah. Akustik yang paling sering membatasi output daya suara. Dan yang khas untuk pengeras suara elektrodinamik adalah efisiensi yang sangat rendah sekitar 15%, seperti lokomotif uap. Ini adalah tugas yang cukup layak bagi seorang insinyur elektronik untuk merancang penguat dengan daya keluaran 10 kW, dan perangkat elektronik yang sesuai sudah tersedia di pasaran. Tetapi bagi seorang insinyur-akustik untuk merancang loudspeaker elektrodinamik dengan kekuatan seperti itu - tugas dari alam fantasi. Untuk mencapai daya akustik yang tinggi, perlu untuk menggabungkan pengeras suara individu ke dalam sistem akustik.Yang paling kuat dari mereka digunakan untuk membunyikan konser para bintang rock terkenal. Ini adalah bangunan besar, masif, dan mahal yang membutuhkan konvoi truk untuk diangkut.
Upaya untuk membuat perangkat yang lebih kuat membuat insinyur akustik melihat ke arah perangkat pneumatik. Jadi pada tahun 20-an abad ke-20, pengeras suara pneumatik ditemukan. Loudspeaker pneumatik, pemancar akustik di mana suara dibuat dengan mengubah (memodulasi) aliran udara terkompresi. Prinsip operasinya sederhana: Udara tekan dari kompresor dilewatkan melalui perangkat modulasi, di mana aliran udara melewati damper. Peredam, pada gilirannya, digerakkan oleh sistem elektromagnetik yang terhubung ke output penguat frekuensi rendah berdaya relatif rendah. Laju aliran udara divariasikan sesuai dengan sinyal suara dari penguat frekuensi rendah. Pada keluaran alat modulasi terjadi fluktuasi tekanan udara yang menghasilkan gelombang suara.Loudspeaker pneumatik digunakan pada tahun 30-an dan 40-an. abad ke-20 untuk transmisi perintah dan pesan di pelabuhan besar, pelabuhan sungai, dan objek lain dengan tingkat kebisingan yang meningkat. Loudspeaker pneumatik mengembangkan daya akustik hingga 2 kW dan mereproduksi getaran suara dengan frekuensi hingga 2,5–3,5 kHz, dengan derau intrinsik yang besar dan distorsi nonlinier yang signifikan. Karena kekurangan ini, pengeras suara pneumatik tidak digunakan sekarang.Karena kekurangan ini, pengeras suara pneumatik tidak digunakan sekarang.Karena kekurangan ini, pengeras suara pneumatik tidak digunakan sekarang.
Tetapi efisiensinya yang tinggi (sekitar 80%) dan kemampuan untuk menciptakan tekanan suara dalam jumlah besar tetap tidak terbantahkan; untuk semua pengeras suara yang ada, saat ini, angka-angka ini keterlaluan.
Sekali lagi: Tiga kelemahan signifikan dari pengeras suara pneumatik. Yaitu:
- Tingkat kebisingan diri yang tinggi karena turbulensi udara
- Distorsi harmonik tingkat tinggi karena perangkat modulasi yang tidak sempurna
- Rentang frekuensi yang terbatas karena besarnya elemen kontrol (damper) telah menyebabkan fakta bahwa saat ini pengeras suara ini hanya disebutkan dalam buku referensi akustik dan di Ensiklopedia.
Semua desain pengeras suara pneumatik yang tersedia saat ini mengandung satu kelemahan mendasar utama. Yaitu - di dalamnya, aliran udara dikontrol sesuai dengan hukum yang sama dalam waktu seperti osilasi yang dipancarkan oleh mereka. Semua upaya untuk meningkatkan loudspeaker pasti akan gagal sebelumnya.
Jika masalah di atas terpecahkan, maka dimungkinkan untuk membangun radiator suara yang efektif dengan kekuatan besar. Mari kita pertimbangkan secara lebih rinci kerugian dari pengeras suara pneumatik yang ada:
1) Tingkat kebisingan intrinsik yang tinggi pada pengeras suara pneumatik. Pergerakan aliran udara melalui setiap ketidakteraturan pasti menyebabkan semua jenis pusaran dan turbulensi. Tidak mungkin untuk melepaskan udara secara diam-diam melalui celah apa pun.
Cara utama untuk mengurangi kebisingan dari jet udara adalah dengan memecahnya menjadi banyak yang kecil. Hampir semua peredam knalpot dalam sistem pneumatik bekerja sesuai dengan prinsip ini. Upaya dengan cara ini untuk mengurangi kebisingan intrinsik dalam pengeras suara pneumatik (yang disebut kisi-kisi modulasi dilakukan) tidak banyak berhasil.
2) Distorsi harmonik tingkat tinggi pada pengeras suara pneumatik. Faktanya adalah bahwa ketika pengeras suara elektrodinamik beroperasi, tekanan suara yang dihasilkannya berbanding lurus dengan gaya Ampere yang bekerja pada diffusernya melalui kumparan suara.
Dan, pada gilirannya, gaya Ampere berbanding lurus dengan arus dalam koil loudspeaker elektrodinamik. Oleh karena itu, pengeras suara elektrodinamik memiliki tingkat distorsi nonlinier yang cukup rendah. Situasinya sangat berbeda dengan loudspeaker pneumatik. Dalam proses mengubah energi aliran udara menjadi energi gelombang suara, banyak nonlinier muncul. Yang utama terlihat seperti ini: menurut hukum Bernoulli, tekanan dalam aliran udara berbanding terbalik dengan kuadrat kecepatannya. Ketergantungan kecepatan aliran udara pada bukaan katup juga tidak linier.
3) Rentang frekuensi terbatas dari desain pengeras suara pneumatik yang ada, menurut pendapat saya, disebabkan oleh fakta bahwa dengan tingkat kerusakan kebisingan sendiri yang tinggi, suara frekuensi tinggi ditutupi oleh kebisingan. Selain itu, keinginan para perancang pengeras suara pneumatik untuk mengurangi kebisingan mereka dengan menghancurkan aliran udara ke dalam banyak jet kecil, terpaksa membuat kisi-kisi modulasi yang besar. Kisi-kisi ini tidak dapat bergetar pada frekuensi tinggi - dan ini mengurangi frekuensi operasi atas dari struktur yang ada pada saat itu.
Saya telah memikirkan cara untuk meningkatkan loudspeaker pneumatik sejak lama. Dan sekarang saya dapat dengan yakin mengatakan bahwa ada peluang nyata untuk membuat perangkat yang bebas dari kekurangan utama desain serupa sebelumnya. Dimungkinkan untuk membuat perangkat yang memiliki karakteristik unik, secara signifikan melebihi semua desain yang ada. Sangat realistis untuk membangun instalasi pengeras suara dengan kapasitas 10 kilowatt akustik, dengan parameter kualitas sinyal yang sepadan dengan contoh terbaik dari sistem akustik elektrodinamik yang kuat. Selain itu, ternyata cukup kompak - sangat mungkin untuk menempatkannya pada kargo, sasis kendaraan off-road atau pada helikopter dan pada saat yang sama terdengar di wilayah yang luas. Dalam kondisi yang menguntungkan, loudspeaker ini akan terdengar keras pada jarak 8 km ke atas.Pelanggan potensial dari produk semacam itu adalah organisasi yang serius. Ini terutama Kementerian Situasi Darurat - produk dapat digunakan untuk mengatur kegiatan pencarian dan penyelamatan, untuk mengingatkan penduduk tentang situasi khusus. Kementerian Dalam Negeri - gunakan untuk mempengaruhi massa selama kerusuhan di jalanan. MO - propaganda di pasukan musuh di garis depan selama perang, meniru suara peralatan militer untuk memberi informasi yang salah kepada musuh.
Aspek prestise internasional juga penting - Federasi Rusia akan menjadi negara tempat pembuatan pengeras suara paling kuat di dunia.
Power elektronik sekarang berkembang pesat. Selama kira-kira dua puluh tahun, perangkat elektronik untuk mengendalikan beban listrik yang kuat (motor listrik, pemanas, dll.) Telah berubah dari barang eksotik yang mahal dan tidak dapat diandalkan menjadi produk yang benar-benar berfungsi dengan kapasitas ratusan kilowatt.
Di semua perangkat seperti itu - konverter frekuensi, starter lunak motor listrik, regulator daya, dll., Metode modulasi lebar pulsa (PWM) banyak digunakan. Inti dari metode ini cukup sederhana - elemen pengatur thyristor atau transistor tidak memiliki status perantara, ia benar-benar terbuka atau tertutup sepenuhnya (ini sangat menguntungkan dari sudut pandang energi). Penutupan - pembukaan terjadi dengan frekuensi beberapa kali lipat lebih tinggi dari frekuensi perubahan variabel yang dikendalikan. Jumlah daya yang dialirkan oleh regulator semacam itu berbanding lurus dengan waktu buka atau lebar pulsa terbuka perangkat elektronik regulator.
Saya yakin bahwa metode modulasi lebar pulsa dapat berhasil diterapkan dalam desain loudspeaker pneumatik baru. Saya mengusulkan untuk meninggalkan metode modulasi aliran udara dengan sinyal frekuensi rendah terus menerus. Diusulkan untuk menerapkan prinsip modulasi lebar-pulsa - PWM dalam pengeras suara pneumatik.
Saya sarankan menerapkan PWM ke kontrol aliran udara di loudspeaker pneumatik. Dengan PWM, waktu proses transien saat membuka - menutup aliran udara cenderung nol. Oleh karena itu, kebisingan intrinsik dari pengeras suara tersebut berkurang tajam. Juga, distorsi nonlinier harus dikurangi secara signifikan, karena dalam hal ini fungsi gelombang tekanan udara bukanlah laju aliran, tetapi waktu keadaan saluran terbuka - dan ketergantungan ini linier.
Dalam praktiknya, pengeras suara semacam itu dapat direalisasikan, misalnya, dengan secara radikal mengubah sirene Seebeck yang telah lama dikenal. Atau dengan cara lain. Yang terpenting adalah dapat mengontrol durasi pulsa tekanan udara sesuai dengan getaran suara. Selama pengoperasian perangkat, getaran ultrasonik parasit pasti terbentuk; getaran tersebut dapat ditekan oleh filter frekuensi rendah akustik khusus berdasarkan resonator Heimholtz. Kapasitas perangkat hanya akan dibatasi oleh kapasitas unit kompresor, kekuatan mekanik perangkat modulasi dan keamanan lingkungan.
Versi pengeras suara pneumatik berdaya tinggi ini telah saya pikirkan dengan baik dan untuk desain ini saya telah mengajukan paten untuk penemuan RU No. 2 653 089.
Saya melihatnya menjanjikan, juga cara lain untuk meningkatkan desain loudspeaker pneumatik. Yakni, vokal bandpass telah lama digunakan dalam teknologi pengkodean suara.
Dalam vocoder band-pass khas, sinyal ucapan asli dianalisis oleh bank filter band-pass, biasanya 16-25, tumpang tindih yang tidak seragam pada rentang yang penting untuk persepsi ucapan (biasanya 0 hingga 3 kHz). Osilasi pada output filter bandpass dideteksi dan melewati filter low-pass, sinyal output yang pada satu derajat atau lainnya mewakili amplop spektrum suara. Parameter yang mencirikan sumber eksitasi diperoleh dengan menggunakan detektor nada-ke-derau yang menentukan apakah suara disuarakan (pita suara bergetar) atau tuli. Dalam kasus pertama, pemilih nada utama menentukan frekuensi dasar getaran ligamen. Enam belas sinyal saluran, sinyal nada-ke-derau, dan nilai nada dikodekan dan dikirimkan melalui saluran komunikasi ke penerima.
Anggaplah transmisi bebas dari kesalahan. Kemudian tugas penerima direduksi menjadi rekonstruksi ucapan berdasarkan parameter yang ditransmisikan. Sumber eksitasi dapat berupa generator pulsa, yang frekuensinya disinkronkan dengan sinyal, atau generator gangguan. Bergantung pada sinyal nada-ke-derau, salah satunya terhubung ke bank filter, identik dengan yang ada di penganalisis, dan membuatnya bersemangat. Sinyal amplop spektral yang terdeteksi digunakan untuk memodulasi osilasi pada output dari filter bandpass yang sesuai, sehingga menciptakan kekuatan suara di setiap pita frekuensi. Sinyal suara yang disintesis diperoleh setelah penjumlahan dari semua osilasi band-pass termodulasi - ini, singkatnya, prinsip pengoperasian vokal band-pass.
Ketika diterapkan pada loudspeaker pneumatik, sangat mungkin untuk mengimplementasikan operasinya berdasarkan prinsip bagian penerima dari vocoder bandpass. Yaitu: Sebagai sumber harmonik, Anda dapat menggunakan sirene Seebeck multifrekuensi yang dimodifikasi khusus. Gunakan generator derau akustik pneumatik yang dirancang khusus atau sirene multifrekuensi Seebeck yang sama sebagai sumber sinyal derau. Filter akustik bandpass dapat diimplementasikan berdasarkan resonator akustik Heimholtz. Untuk membentuk respons frekuensi yang diinginkan dari sistem filter, Anda dapat menggunakan katup pneumatik berkecepatan tinggi yang dikendalikan oleh elektronik.
Jadi, secara umum, saya melihat cara-cara yang diperlukan untuk meningkatkan desain loudspeaker pneumatik.
Saya mencoba menerapkan ide saya sendiri, tetapi segera menghentikan upaya ini. Ternyata produk yang sangat kompleks dan mahal - satu orang tidak dapat melakukannya. Saya telah memikirkan desain ke tingkat diagram alur dan sketsa kasar. Saya tidak dapat menghitung dan membawa ke tingkat gambar yang layak sendirian - untuk ini saya tidak memiliki cukup pengetahuan, tenaga, dan waktu khusus. Tapi saya punya ide bagus tentang bagaimana produk akan terlihat dan melihat ke arah mana pekerjaan harus dilakukan. Kita membutuhkan kegiatan penelitian dan pengembangan yang gigih dan bertujuan. Kami membutuhkan tim yang kecil tapi kuat, dan efisien.
Diperlukan: Insinyur praktis, spesialis akustik, pemrogram yang baik yang dapat menulis program analisis - sintesis sinyal suara, insinyur sirkuit elektronik, insinyur - spesialis dalam pengkodean dan pengenalan suara, insinyur mesin, spesialis dalam material komposit terbaru dan Anda mungkin masih membutuhkan orang-orang ...
Saya akan ulangi sendiri - perangkat yang saya usulkan adalah hal yang agak baru dan kompleks. Rumit karena mengandung mekanik presisi dan elektronik pintar, dan juga memiliki beberapa bagian yang perlu dibuat dari bahan komposit terbaru. Dan seperti apa pun yang baru, membuatnya kemungkinan besar harus menghadapi kesulitan yang tidak terduga. Oleh karena itu, untuk membangun prototipe, Anda perlu melakukan penelitian dan pekerjaan desain yang kompleks. Beberapa sumber daya keuangan dan manusia akan dibutuhkan. Saya tidak dapat menghitung dengan tepat berapa banyak yang dibutuhkan.Karena tingkat kebaruan yang tinggi, ada risiko tinggi masalah tak terduga selama pelaksanaan proyek ini. Saya seorang penemu tunggal. Saya menghubungi banyak organisasi yang tertarik, tetapi sebagai tanggapan baik diam atau merendahkan - menyetujui tanggapan. Saya akan dengan tulus senang,jika di antara pembaca saluran ada orang yang mengelola kegiatan biro desain yang mengembangkan produk elektronik dan mekanik berteknologi tinggi, dirgantara, atau yang dekat dengan ini, profil. Dan mereka akan tertarik dengan arah ini. Topik inisitus saya juga didedikasikan .
Hormat kami, Igor Zharikov pentagrid88@yandex.ru