Как услышать ультразвук, схема акустического прибора (555, SA602, LM386)
Принципиальная схема самодельного устройства для возможности прослушивания ультразвуковых акустических волн. Как известно, человеческое ухо не способно слышать звук частотой более 20кГц. Акустические колебания более высокой частоты и являются ультразвуком. Они могут быть по частоте от 20 кГц до сотен кГц и даже вплоть до 1 Мгц.
Но утверждение о том, что мы не слышим ультразвук не совсем верно. Наши органы слуха, да и весь наш организм, безусловно на него реагируют, но понять этого мы не можем.
Именно по этому ультразвук может оказывать на нас как положительное, так и отрицательное воздействие. Например, в зоне где есть достаточно мощный источник ультразвука нам кажется что мы находимся в тишине, но при этом мы быстро устаем, наш слух притупляется (явная перегрузка органов слуха), может появиться головная боль или ощущение заложенных ушей, головокружения.
Здесь описывается прибор, который позволяет услышать ультразвук, в буквальном смысле, именно услышать, а не зарегистрировать его наличие.
Прибор понижает частоту входного звукового сигнала до слышимого нам уровня, делая это путем преобразования частоты. Практически, это такой ультразвуковой супергетеродинный приемник, преобразующий входной сигнал — ультразвук, в низкую «промежуточную» частоту, доступную для нашего восприятия.
Принципиальная схема
Схема прибора показана на рисунке 1. На микросхеме А1 сделан генератор частоты гетеродина, эта частота должна отличаться от частоты ультразвука, который желаем услышать, на 1-10 кГц, то есть, на частоту хорошо слышимую нашим человеческим ухом. Частота регулируется переменным резистором R1 в пределах примерно от 25 до 50 кГц.
При необходимости охватить больший диапазон можно переключать конденсаторы С1, выбрав их разной емкости, чтобы переключателем можно было переключать поддиапазоны.
На преобразователь частоты сигнал гетеродина, имеющий форму прямоугольных импульсов, поступает через делитель на резисторах R3 и R4, который понижает амплитуду этих импульсов.
Рис. 1. Принципиальная схема прибора, который позволяет услышать ультразвуковые акустические волны.
Преобразователь частоты сделан на микросхеме А2 типа SA602. Эта микросхема широко известная радиолюбителям и обычно используется в схема радиоприема в качестве преобразователя частоты. Здесь она так же работает в качестве преобразователя частоты.
На её вход поступает сигнал от микрофона М1, а на гетеродинный вход поступает сигнал гетеродина он гетеродина на микросхеме А1.
Естественно, на выходе будет суммарно — разностный сигнал, он поступает с вывода 5 А2 через регулятор громкости R5, на УНЧ на микросхеме АЗ. Цепь R7-С12 служит простейшим фильтром низких частот, подавляющим суммарный сигнал.
В результате на УНЧ на микросхеме АЗ поступает только разностный сигнал. Который затем усиливается и озвучивается головными телефонами В1.
УНЧ на микросхеме АЗ типа LM386 работает в режиме максимального усиления с коэффициентом усиления 200. На выходе можно установить и динамик, но нужно следить за громкостью, чтобы не возникло самовозбуждения.
Если имеется хороший лабораторный генератор синусоидального или прямоугольного сигнала, от которого можно получить частоту в пределах от 20 кГц до 1 Мгц, то предпочтительнее будет в качестве гетеродина использовать его.
В этом случае схема приобретает вид, как показано на рисунке 2. С помощью такого прибора можно прослушать на наличие ультразвука практически весь ультразвуковой диапазон. На схеме на рис. 2 нумерация деталей сохранена как на рис.1.
Рис. 2. Схема прибора для прослушки ультразвука с использованием внешнего генератора сигнала в качестве гетеродина.
Схему, безусловно, можно модифицировать. Например, генератор на микросхеме А1 типа 555 (так называемый интегральный таймер) можно заменить схемой мультивибратора на логической микросхеме, например, К561ЛА7, как показано на рисунке 3. Эта схема позволяет регулировать частоту плавно переменным резистором R2 от 25 кГц до 400-500 кГц.
Возможны и другие варианты схемы гетеродина. Микрофон М1, конечно же, желательно использовать специальный на ультразвуковой диапазон. Но, в отсутствии такового сойдет и высокочастотная динамическая головка.
Конечно, её чувствительность в качестве микрофона будет маловата, но вполне достаточна, если прослушивать сигнал на головные телефоны (В1).
Желательно микрофон снабдить параболическим рупором, чтобы можно было удобнее локализовать источник ультразвука. Следует принять во внимание, что используя в качестве микрофона высокочастотную динамическую головку, чувствительность будет снижаться тем более, чем выше частота ультразвука, который нужно прослушать.
Рис. 3. Схема генератора сигнала на микросхеме К561ЛА7.
Устройство было изготовлено с экспериментальными целями, поэтому собрано оно было на печатной макетной плате. Специальная печатная плата для него не разрабатывалась.
Рис. 4. Принципиальная схема генератора ультразвукового акустического сигнала.
Какой-либо настройки не требуется, работает сразу же после включения. Для проверки был собран генератор ультразвука по схеме на рис. 4.
Источник
Ультразвуковой микрофон – ЧАСТЬ 1
Этот интересный электронный проект позволяет вам ясно слышать мир звуков, находящихся за пределами человеческого восприятия. Ультразвуковой микрофон, который вы создадите (рис. 26.1), имеет очень широкую сферу бытового и технического применения: от выявления утечки газов, жидкостей, механического износа подшипников, механизмов вращения и возвратно-поступательного движения, например, в автомобилях до обнаружения электрической утечки в изоляторах линий электропередачи. Слышимым также становится весь мир звуков живых существ. Простые события – кошку, идущую по мокрой траве, по- звякивание цепочки ключа, даже лопнувший пластиковый пакет – можно услышать очень отчетливо. Теплой летней ночью можно услышать хор замечательных звуков, поскольку природный оркестр из самых разных созданий – от летучих мышей до насекомых – создает какофонию естественных природных звуков, выше диапазона восприятия человеческого уха, а благодаря ультразвуковому микрофону неслышные звуки станут слышными.
Этот ручной направленный микрофон легко обнаруживает и преобразует ультразвуковые колебания в звуковые. Добавление параболического отражателя еще больше усиливает возможности данного устройства. Рассчитывайте потратить от 30 до 50 долларов на это компенсирующее затраты устройство.
Данный проект позволяет вам вслушаться в мир звуков, о существовании которого знают немногие люди. Устройство выполнено в форме пистолета, в стволе которого расположен узел электроники. На задней панели размещены выключатели и регулятор звука, подстроечное переменное сопротивление и гнездо для наушников. Передняя часть устройства представляет собой направленный приемный преобразователь. В рукоятке размещены батареи.
Добавление опции параболического отражателя увеличивает направленность на источник ультразвука, и благодаря этому обеспечивается сверхвысокое усиление и значительно усиливаются возможности устройства по дальнему приему звука.
Рис. 26.1. Ультразвуковой микрофон с параболическим отражателем
Одним из наиболее интересных источников ультразвуковых механических колебаний являются многие виды насекомых, издающих брачные и предупреждающие сигналы. Обычной летней ночью можно провести много часов, слушая летучих мышей и другие странные шумы, издаваемые представителями флоры и фауны. Целый мир естественных звуков ожидает пользователя устройства. Многие искусственные звуки также являются источниками ультразвуковых колебаний, они регистрируются устройством. Ниже приведено несколько примеров, но это лишь малая толика потенциальных источников ультразвука:
• утечка газов и поток воздуха;
• вода из пульверизаторов in при утечке из устройства;
• коронный разряд, устройства искрового разряда или создания молний;
• пожары и химические реакции;
• животные, идущие по мокрой траве и создающие шелест. Это прекрасное средство для охотников и наблюдателей или же просто средство отыскать домашнее животное ночью;
• компьютерные мониторы, телевизионные приемники, высокочастотные генераторы, механические подшипники, посторонние звуки в автомобилях, пластиковые пакеты, позвякивание монет.
Демонстрация данного ультразвукового микрофона показывает также использование эффекта Доплера, где движение к источнику вызывает увеличение частоты, а движение от источника вызывает соответственно уменьшение частоты.
Эффект Доплера возникает, когда наблюдатель, движущийся к источнику звука, ощущает увеличивающуюся частоту. Это легко представить себе, если понять, что звук распространяется в виде волны с относительно постоянной скоростью. Когда наблюдатель движется по направлению к источнику звука, он перехватывает большее количество волн за более короткий период времени, слышит таким образом звук, который, как кажется, имеет более короткую длину волны или, соответственно, частоту более высокого топа. Если он движется от источника звука, слышна частота более низкого тона по сравнению с частотой, которую слышит неподвижный наблюдатель.
Чтобы устроить развлечение и для взрослых, и для детей, можно спрятать небольшой тестовый генератор ультразвука и предложить сопернику найти его за кратчайшее время.
Принципиальна» схема устройства
Микрофон ультразвукового пьезопреобразователя TD1 воспринимает ультразвуковые механические колебания и преобразует их в электрический сигнал за счет действия пьезоэлектрического эффекта (рис. 26.2). Катушка L1 и собственная емкость пьезопреобразователя образуют эквивалентный резонансный контур на частоте резонанса около 25 кГц. Параллельно к контуру подключен резистор Rd. Эта параллельная эквивалентная резонансная схема образует источник сигналов с большим импедансом, которая через конденсатор С2 подключена к затвору полевого транзистора Q1. Резистор R1 и конденсатор С1 развязывают напряжение смещения на стоке. Схемотехнические решения и экранирование входных проводов играют здесь важное значение, поскольку эта схема очень чувствительна к шумам, сигналам обратной связи и др.
Сигнал с выхода нагрузочного резистора R2 транзистора Q1 через разделительный конденсатор СЗ и резистор R4 поступает на вход усилителя I1A с безразмерным коэффициентом усиления, равным 50 и определяемым соотношением сопротивлений резисторов R6/R4.
Выход I1A через конденсатор С4 связан по переменному току со смесителем- усилителем I1B. Выход генератора I1C подключен к схеме с помощью «специального приспособления» на базе конденсатора монтажа СМ, создаваемого коротким проводом от вывода 8 элемента IC1, который скручен с аналогичным проводом от вывода 2 элемента ИВ (предлагается проверить работу прибора без этого приспособления). Генератор IIC вырабатывает сигналы одной из частот, которая смешивается с принимаемыми сигналами через СМ на входе I1B. Результатом будет смесь двух сигналов, один из которых представляет собой сумму, а другой – разность указанных сигналов, лежащую в звуковом диапазоне частот.
Конденсатор С7 и резистор R17 образуют полосовой фильтр, вырезающий из смеси частот сумму частот и пропускающий разность частот с уровнем 20 дБ. Таким образом, результирующий низкочастотный сигнал представляет собой разность между частотами генератора и реального сигнала. Это подобно эффекту супергетеродина. Фильтр из С7 и R17 дополнительно развязывает сигнал
Рис. 26.2. Принципиальная схема ультразвукового микрофона
Правильное размещение проводов питания улучшит шумовые характеристики схемы.
Провода к J1 должны быть короткими и подходить как можно более прямыми.
Провода питания должны подключаться с тыльной стороны монтажной платы.
Rd выбирается для демпфирования (успокоения) реакции преобразователя. Предполагаемое значение составляет 39 кОм.
По возможности скручивайте провода в виде витых пар.
высокой частоты. Профильтрованный сигнал представляет собой разность частот, выпрямляется диодом D1 и интегрируется конденсатором С8. Выпрямленный сигнал находится в звуковом диапазоне, его можно реально слушать. Он настраивается с помощью переменного резистора R12 в секции генератора и позволяет выполнять избирательную настройку на конкретные частоты в пределах допустимого диапазона пьезопреобразователя TD1. Результирующие сигналы звуковых частот через блокирующий по постоянному току конденсатор СЮ подаются на регулятор громкости R19. Конденсатор С12 дополнительно отфильтровывает сохранившиеся высокочастотные сигналы. Со среднего вывода переменного сопротивления R19 подается звуковой сигнал на усилитель наушников 12 с выходным сопротивлением 8 Ом. Сигнал с выхода 12 через конденсатор С16 поступает на гнездо наушников J1. Усиление по мощности у 12 невелико, и кроме наушников к гнезду J1 можно подключить маломощный 8-омный громкоговоритель для группового прослушивания. Фильтр R21/C4 еще больше ослабляет высокие частоты.
Питание 12 развязано с помощью резистора R20 и конденсатора С15. Это обеспечивает стабильность схемы, предотвращает колебания в цепи обратной связи и другие нежелательные эффекты.
Рабочая точка I1A, I1B, I1C установлена на среднее значение напряжения питания с помощью резистивного делителя R7/R11. Резисторы R5, RIO, R15 компенсируют ток смещения.
Порядок сборки устройство
При сборке устройства выполните операции сначала по сборке макетной платы с перфорацией отверстий, затем других секций конструкции устройства:
1. Разложите компоненты по номиналам и назначению (отдельно резисторы, конденсаторы и т.д.) и сверьте их со спецификацией (табл. 26.1).
Таблица 26.1. Спецификация ультразвукового микрофона
Источник
Устройство для прослушивания ультразвука
Как известно, человеческое ухо не способно слышать звук частотой более 20 кГц. Акустические колебания более высокой частоты и являются ультразвуком. Они могут быть по частоте от 20 кГц до сотен кГц и даже вплоть до 1 Мгц.
Но утверждение о том, что мы не слышим ультразвук не совсем верно. Наши органы слуха, да и весь наш организм, безусловно на него реагируют, но понять этого мы не можем. Именно поэтому ультразвук может оказывать на нас как положительное, так и отрицательное воздействие.
Например, в зоне где есть достаточно мощный источник ультразвука нам кажется что мы находимся в тишине, но при этом мы быстро устаем, наш слух притупляется (явная перегрузка органов слуха), может появиться головная боль или ощущение заложенных ушей, головокружения.
Здесь описывается прибор, который позволяет услышать ультразвук. в буквальном смысле, именно услышать, а не зарегистрировать его наличие. Прибор понижает частоту входного звукового сигнала до слышимого нам уровня, делая это путем преобразования частоты.
Практически, это такой ультразвуковой супергетеродинный приемник, преобразующий входной сигнал – ультразвук, в низкую «промежуточную» частоту, доступную для нашего восприятия.
Схема прибора показана на рисунке 1. На микросхеме А1 сделан генератор частоты гетеродина, эта частота должна отличаться от частоты ультразвука, который желаем услышать, на 1-10 кГц, то есть, на частоту хорошо слышимую нашим человеческим ухом.
Частота регулируется переменным резистором R1 в пределах примерно от 25 до 50 кГц. При необходимости охватить больший диапазон можно переключать конденсаторы С1, выбрав их разной емкости, чтобы переключателем можно было переключать поддиапазоны. На преобразователь частоты сигнал гетеродина, имеющий форму прямоугольных импульсов, поступает через делитель на резисторах R3 и R4, который понижает амплитуду этих импульсов
Преобразователь частоты сделан на микросхеме А2 типа SA602.
Эта микросхема широко известная радиолюбителям и обычно используется в схема радиоприема в качестве преобразователя частоты. Здесь она так же работает в качестве преобразователя частоты. На её вход поступает сигнал от микрофона М1. а на гетеродинный вход поступает сигнал гетеродина он гетеродина на микросхеме А1. Естественно, на выходе будет суммарно разностный сигнал, он поступает с вывода 5 А2 через регулятор громкости R5, на УНЧ на микросхеме А3.
Цепь R7- С12 служит простейшим фильтром низких частот, подавляющим суммарный сигнал. В результате на УНЧ на микросхеме АЗ поступает только разностный сигнал. Который затем усиливается и озвучивается головными телефонами В1. УНЧ на микросхеме АЗ типа LM386 работает в режиме максимального усиления с коэффициентом усиления 200.
На выходе можно установить и динамик, но нужно следить за громкостью, чтобы не возникло самовозбуждения. Если имеется хороший лабораторный генератор синусоидального или прямоугольного сигнала, от которого можно получить частоту в пределах от 20 кГц до 1 Мгц, то предпочтительнее будет в качестве гетеродина использовать его.
В этом случае схема приобретает вид, как показано на рисунке 2. С помощью такого прибора можно прослушать на наличие ультразвука практически весь ультразвуковой диапазон. На схеме на рис. 2 нумерация деталей сохранена как на рис.1. Схему, безусловно, можно модифицировать. Например, генератор на микросхеме А1 типа 555 (так называемый интегральный таймер) можно заменить схемой мультивибратора на логической микросхеме, например, К561ЛА7, как показано на рисунке 3.
Эта схема позволяет регулировать частоту плавно переменным резистором R2 от 25 кГц до 400-500 кГц. Возможны и другие варианты схемы гетеродина. Микрофон М1, конечно же, желательно использовать специальный на ультразвуковой диапазон. Но, в отсутствии такового сойдет и высокочастотная динамическая головка.
Конечно, её чувствительность в качестве микрофона будет маловата, но вполне достаточна, если прослушивать сигнал на головные телефоны (В1). Желательно микрофон снабдить параболическим рупором, чтобы можно было удобнее локализовать источник ультразвука.
Следует принять во внимание, что используя в качестве микрофона высокочастотную динамическую головку, чувствительность будет снижаться тем более, чем выше частота ультразвука, который нужно прослушать.
Устройство было изготовлено с экспериментальными целями, поэтому собрано оно было на печатной макетной плате. Специальная печатная плата для него не разрабатывалась. Какой-либо настройки не требуется, работает сразу же после включения. Для проверки был собран генератор ультразвука по схеме на рис. 4.
Источник
