salut! Cette publication est destinée à trouver et à rassembler des personnes partageant les mêmes idées et des passionnés dans une entreprise difficile et coûteuse - la création d'un nouveau type d'appareils acoustiques. À savoir des transducteurs acoustiques discrets.
Rappelons l'histoire récente de la technologie. Comment l'électronique s'est développée. Depuis l'avènement du premier tube amplificateur à tube à vide triode au début du XXe siècle. Et puis il est allé et est allé. Les radios, émetteurs, amplificateurs sont devenus de plus en plus parfaits. Puis, dans les années 1950, des dispositifs à semi-conducteurs sont apparus et le développement de l'électronique s'est encore accéléré.
Les appareils électroniques sont devenus plus petits en taille et en poids. Fiabilité et capacités techniques accrues. À la fin des années 70, l'électronique analogique était très avancée. Mais après cela, de plus en plus fort, une nouvelle branche de l'électronique a commencé à se déclarer: l'électronique numérique. Ces tâches qui étaient au-delà de la puissance de l'électronique analogique sont complètement résolues par les méthodes de l'électronique numérique. Nous pouvons affirmer avec certitude qu'avec l'avènement du «numérique», il y a eu une percée puissante et qualitative dans le développement de l'électronique, dont les possibilités sont aujourd'hui fantastiques.
La situation était à peu près la même dans le développement de l'optique. L'optique s'est développée progressivement. Les premiers verres primitifs ont été découverts lors des fouilles des pyramides égyptiennes. Les périscopes sous-marins de la Seconde Guerre mondiale étaient, au plus haut degré, l'incarnation de l'art de l'ingénierie dans le domaine de l'optique. Tout s'est développé de manière linéaire et mesurée. Mais c'était avant que Sa Majesté Laser n'arrive à l'optique. Avec son apparition, ainsi que les méthodes de l'optique quantique, elle a reçu un tel bond en avant! L'holographie et les méthodes optiques d'enregistrement des informations suscitent à elles seules l'admiration et l'admiration.
Mais, par exemple, l'acoustique. Au départ, de par sa nature, tous ses appareils et méthodes sont analogiques, mais pourquoi est-ce pire que l'optique et l'électronique? Un saut similaire est également nécessaire ici. Pourquoi les méthodes numériques discrètes ne sont-elles pas utilisées en acoustique?
Je veux changer cette situation. Lorsque nous parlons, crions ou chantons, nous modulons le flux d'air des poumons avec nos cordes vocales et, en passant à travers les résonateurs de la cavité buccale, émettons des vibrations sonores. Mais en même temps, pour reproduire le son à travers des appareils techniques, nous utilisons souvent une méthode complètement différente pour obtenir le son - forcons-nous une membrane, une corde ou un diapason à vibrer dans la gamme de fréquences sonores? L'efficacité des appareils avec interruption du flux d'air est évidemment plus élevée que celle des appareils à pièces vibrantes. En gros, une fanfare, toutes choses étant égales par ailleurs, sonne plus fort qu'un orchestre à cordes.
Les principales sources sonores aujourd'hui sont les haut-parleurs électrodynamiques. Ils sont apparus presque simultanément avec l'avènement de la radio. Autrement dit, ils existent depuis plus de 100 ans. Depuis, leur design n'a pas fondamentalement changé. Dans le champ d'un aimant permanent puissant, il y a une bobine à travers laquelle circule un courant alternatif d'une fréquence audio. La bobine est connectée mécaniquement au cône du haut-parleur. La bobine vibre - le diffuseur vibre avec elle - et nous entendons le son. C'est simple. Mais si la tâche est d'augmenter la puissance d'un tel haut-parleur, alors le concepteur est confronté à une chaîne de contradictions insolubles. Il est nécessaire d'augmenter la puissance - cela signifie que vous devez augmenter le courant dans la bobine - par conséquent, un fil d'un diamètre plus grand est nécessaire. Et lors de l'utilisation d'un fil de plus grand diamètre, la masse de la bobine augmente inévitablement.Une bobine massive dégrade les propriétés de fréquence d'un haut-parleur électrodynamique. Un enroulement lourd ne peut pas osciller à une fréquence élevée. Dans la chaîne «source de signal - amplificateur - système acoustique», le lien «système acoustique» est le plus faible. C'est l'acoustique qui limite le plus souvent la sortie de puissance sonore. Et ce qui est typique pour un haut-parleur électrodynamique est un rendement extrêmement faible d'environ 15%, comme une locomotive à vapeur. C'est une tâche tout à fait réalisable pour l'ingénieur en électronique de concevoir un amplificateur d'une puissance de sortie de 10 kW, et les appareils électroniques correspondants sont tout à fait disponibles sur le marché. Mais pour un ingénieur en acoustique, concevoir un haut-parleur électrodynamique d'une telle puissance est une tâche du domaine de la fantaisie. Pour obtenir une puissance acoustique élevée, il est nécessaire de combiner des haut-parleurs individuels dans des systèmes acoustiques.Les plus puissants d'entre eux sont utilisés pour sonner les concerts de célèbres rock stars. Ce sont des structures encombrantes, massives et coûteuses qui nécessitent un convoi de camions pour être transportées.
La tentative de créer des dispositifs plus puissants a poussé les ingénieurs acousticiens à se tourner vers les dispositifs pneumatiques. Ainsi, dans les années 20 du 20e siècle, le haut-parleur pneumatique a été inventé. Haut-parleur pneumatique, émetteur acoustique dans lequel le son est créé en modifiant (modulant) le débit d'air comprimé. Son principe de fonctionnement est simple: l'air comprimé du compresseur passe à travers un dispositif de modulation, dans lequel le flux d'air passe à travers le registre. L'amortisseur, à son tour, était entraîné par un système électromagnétique connecté à la sortie d'un amplificateur basse fréquence de puissance relativement faible. Le débit d'air a été varié en fonction du signal sonore de l'amplificateur basse fréquence. À la sortie du dispositif de modulation, des fluctuations de pression d'air se sont produites, ce qui a généré des ondes sonores.Des haut-parleurs pneumatiques ont été utilisés dans les années 30 et 40. 20ième siècle pour la transmission de commandes et de messages dans les grands ports, les ports fluviaux et autres objets avec un niveau de bruit accru. Les haut-parleurs pneumatiques ont développé une puissance acoustique allant jusqu'à 2 kW et reproduit des vibrations sonores avec des fréquences allant jusqu'à 2,5–3,5 kHz, avec un bruit intrinsèque important et des distorsions non linéaires importantes. En raison de ces inconvénients, les haut-parleurs pneumatiques ne sont plus utilisés actuellement.En raison de ces inconvénients, les haut-parleurs pneumatiques ne sont plus utilisés actuellement.En raison de ces inconvénients, les haut-parleurs pneumatiques ne sont plus utilisés actuellement.
Mais leur rendement élevé (environ 80%) et leur capacité à créer une énorme quantité de pression acoustique restent incontestables; pour tous les haut-parleurs existants, aujourd'hui, ces chiffres sont scandaleux.
Encore une fois: Trois inconvénients importants des haut-parleurs pneumatiques. À savoir:
- Niveau de bruit propre élevé dû à la turbulence de l'air
- Haut niveau de distorsion harmonique dû à un dispositif de modulation imparfait
- La plage de fréquences limitée due à la massivité de l'élément de commande (amortisseur) a conduit au fait qu'à l'heure actuelle ces haut-parleurs ne sont mentionnés que dans les ouvrages de référence en acoustique et dans l'Encyclopédie.
Tous les modèles de haut-parleurs pneumatiques actuellement disponibles contiennent un inconvénient fondamental majeur. À savoir - en eux, le flux d'air est contrôlé selon la même loi dans le temps que les oscillations émises par eux. Toutes les tentatives d'amélioration de ces haut-parleurs sont vouées à l'échec d'avance.
Si les problèmes ci-dessus sont résolus, il est alors possible de construire un radiateur sonore efficace de grande puissance. Considérons plus en détail les inconvénients des haut-parleurs pneumatiques existants:
1) Le niveau élevé de bruit intrinsèque d'un haut-parleur pneumatique. Le mouvement du flux d'air à travers d'éventuelles irrégularités provoque inévitablement toutes sortes de tourbillons et de turbulences. Il est impossible de libérer de l'air silencieusement par une ouverture.
Le principal moyen de réduire le bruit d'un jet d'air est de le diviser en plusieurs petits. Presque tous les silencieux d'échappement des systèmes pneumatiques fonctionnent selon ce principe. Les tentatives de cette manière pour réduire le bruit intrinsèque dans les haut-parleurs pneumatiques (on a fait des réseaux de modulation) n'ont pas eu beaucoup de succès.
2) Haut niveau de distorsion harmonique dans le haut-parleur pneumatique. Le fait est que lorsqu'un haut-parleur électrodynamique fonctionne, la pression acoustique qu'il crée est directement proportionnelle à la force de l'ampère agissant sur son diffuseur à travers la bobine mobile.
Et, à son tour, la force ampère est directement proportionnelle au courant dans la bobine d'un haut-parleur électrodynamique. Par conséquent, un haut-parleur électrodynamique a un niveau de distorsion non linéaire assez faible. La situation est complètement différente avec un haut-parleur pneumatique. Lors du processus de conversion de l'énergie d'un flux d'air en énergie d'ondes sonores, de nombreuses non-linéarités apparaissent. Le principal ressemble à ceci: selon la loi de Bernoulli, la pression dans le flux d'air est inversement proportionnelle au carré de sa vitesse. La dépendance de la vitesse du débit d'air sur l'ouverture de la vanne est également non linéaire.
3) La gamme de fréquences limitée des conceptions existantes de haut-parleurs pneumatiques, à mon avis, est due au fait qu'avec un niveau élevé de dommages auto-bruits, les sons haute fréquence sont masqués par le bruit. Aussi, la volonté des concepteurs de haut-parleurs pneumatiques de réduire leur bruit en écrasant le flux d'air en de nombreux petits jets, leur a fait créer des réseaux de modulation volumineux. Ces réseaux ne pouvaient pas vibrer à une fréquence élevée - ce qui réduisait la fréquence de fonctionnement supérieure des structures existantes à l'époque.
Je réfléchis depuis longtemps aux moyens d'améliorer le haut-parleur pneumatique. Et maintenant, je peux dire avec confiance qu'il existe une réelle opportunité de créer un appareil exempt des principales lacunes des conceptions similaires précédentes. Il est possible de créer un appareil qui est unique dans ses caractéristiques, dépassant de manière significative toutes les conceptions existantes. Il est réaliste de construire une installation de haut-parleurs d'une capacité de 10 kilowatts acoustiques, avec des paramètres de qualité du signal à la mesure des meilleurs exemples de puissants systèmes acoustiques électrodynamiques. De plus, il s'avère assez compact - il est tout à fait possible de le placer sur un châssis de véhicule cargo, tout-terrain ou sur un hélicoptère et en même temps de sonner d'immenses territoires. Dans des conditions favorables, ce haut-parleur sera entendu fort à une distance de 8 km et au-delà.Les clients potentiels d'un tel produit sont des organisations sérieuses. Il s'agit principalement du ministère des Situations d'urgence - le produit peut être utilisé pour organiser des activités de recherche et de sauvetage, pour alerter la population sur des situations particulières. Ministère de l'intérieur - utilisé pour influencer la foule lors d'émeutes dans les rues. MO - propagande dans les troupes ennemies à travers la ligne de front pendant la guerre, imitation du bruit de l'équipement militaire pour désinformer l'ennemi.
L'aspect du prestige international est également important - la Fédération de Russie deviendra un pays où sont construits les enceintes les plus puissantes du monde.
L'électronique de puissance progresse désormais à un rythme effréné. Depuis une vingtaine d'années, les dispositifs électroniques de contrôle de puissantes charges électriques (moteurs électriques, radiateurs, etc.) sont passés d'un exotique coûteux et peu fiable à des produits réellement fonctionnels avec des capacités de plusieurs centaines de kilowatts.
Dans tous ces dispositifs - convertisseurs de fréquence, démarreurs progressifs pour moteurs électriques, contrôleurs de puissance, etc., la méthode de modulation de largeur d'impulsion (PWM) est largement utilisée. L'essence de cette méthode est assez simple - l'élément de régulation du thyristor ou du transistor n'a pas d'états intermédiaires, il est soit complètement ouvert, soit complètement fermé (ceci est extrêmement bénéfique d'un point de vue énergétique). Fermeture - l'ouverture se produit avec une fréquence de plusieurs ordres de grandeur supérieure à la fréquence de changement de la variable contrôlée. La quantité de puissance délivrée par un tel régulateur est directement proportionnelle au temps d'ouverture ou à la largeur d'impulsion ouverte du dispositif électronique du régulateur.
Je suis convaincu que la méthode de modulation de largeur d'impulsion peut être appliquée avec succès dans une nouvelle conception de haut-parleur pneumatique. Je propose d'abandonner la méthode de modulation du flux d'air avec un signal continu à basse fréquence. Il est proposé d'appliquer le principe de la modulation de largeur d'impulsion - PWM dans un haut-parleur pneumatique.
Je suggère d'appliquer PWM au contrôle du flux d'air dans un haut-parleur pneumatique. Avec PWM, le temps des processus transitoires lors de l'ouverture - fermeture du flux d'air tend à zéro. En conséquence, le bruit intrinsèque d'un tel haut-parleur est fortement réduit. Les distorsions non linéaires doivent également être considérablement réduites, car dans ce cas, la fonction des ondes de pression atmosphérique n'est pas le débit, mais le temps de l'état ouvert du canal - et cette dépendance est linéaire.
En pratique, un tel haut-parleur peut être réalisé, par exemple, en modifiant radicalement la sirène Seebeck connue depuis longtemps. Ou d'une autre manière. L'essentiel est de pouvoir contrôler la durée des impulsions de pression d'air en fonction des vibrations sonores. Pendant le fonctionnement de l'appareil, des vibrations ultrasonores parasites se forment inévitablement; elles peuvent être supprimées par des filtres acoustiques basse fréquence spéciaux basés sur des résonateurs Heimholtz. La capacité de l'appareil ne sera limitée que par la capacité du groupe compresseur, la résistance mécanique du dispositif modulant et la sécurité pour l'environnement.
Cette version d'un haut-parleur pneumatique haute puissance a été bien pensée par moi et pour cette conception j'ai déposé un brevet pour l'invention RU n ° 2 653 089.
Je le vois comme prometteur, c'est aussi une autre façon d'améliorer la conception d'un haut-parleur pneumatique. A savoir, les vocodeurs passe-bande sont utilisés depuis longtemps dans la technologie de codage de la parole.
Dans un vocodeur passe-bande typique, le signal de parole d'origine est analysé par une banque de filtres passe-bande, typiquement 16-25, chevauchant de manière non uniforme la plage essentielle pour la perception de la parole (typiquement 0 à 3 kHz). Les oscillations aux sorties des filtres passe-bande sont détectées et traversent le filtre passe-bas dont les signaux de sortie représentent à un degré ou à un autre l'enveloppe du spectre de parole. Les paramètres caractérisant la source d'excitation sont obtenus à l'aide d'un détecteur ton sur bruit qui détermine si le son est exprimé (les cordes vocales vibrent) ou sourd. Dans le premier cas, le sélecteur de tonalité principal détermine la fréquence de base de vibration des ligaments. Seize signaux de canal, un signal ton sur bruit et une valeur de hauteur sont codés et transmis sur le canal de communication au récepteur.
Supposons que la transmission soit sans erreur. Ensuite, la tâche du récepteur est réduite à la reconstruction de la parole sur la base des paramètres transmis. La source d'excitation est soit un générateur d'impulsions dont la fréquence est synchronisée par un signal, soit un générateur de bruit. En fonction du signal ton sur bruit, l'un d'eux est connecté à un banc de filtres, identiques à ceux de l'analyseur, et les excite. Les signaux d'enveloppe spectrale détectés sont utilisés pour moduler les oscillations aux sorties des filtres passe-bande correspondants, créant ainsi une puissance sonore dans chacune des bandes de fréquences. Le signal de parole synthétisé est obtenu après la sommation de toutes les oscillations passe-bande modulées - c'est, en bref, le principe de fonctionnement d'un vocodeur passe-bande.
Lorsqu'il est appliqué à un haut-parleur pneumatique, il est tout à fait possible de mettre en œuvre son fonctionnement sur le principe de la partie réceptrice d'un vocodeur passe-bande. A savoir: comme source harmonique, vous pouvez utiliser une sirène Seebeck multifréquence spécialement modifiée. Utilisez soit un générateur de bruit acoustique pneumatique spécialement conçu, soit la même sirène multifréquence Seebeck comme source de signal de bruit. Des filtres acoustiques passe-bande peuvent être mis en œuvre sur la base de résonateurs acoustiques Heimholtz. Pour former la réponse en fréquence souhaitée du système de filtrage, vous pouvez utiliser des vannes pneumatiques à grande vitesse contrôlées par l'électronique.
Donc, en termes généraux, je vois de quelle manière il est nécessaire d'améliorer la conception d'un haut-parleur pneumatique.
J'ai essayé de mettre en œuvre mon idée par moi-même, mais j'ai immédiatement arrêté ces tentatives. Un produit très complexe et coûteux est obtenu - une personne ne peut pas le faire. J'ai pensé le design au niveau des organigrammes et des croquis approximatifs. Je ne peux pas calculer et élever seul le niveau des dessins décents - pour cela, je n'ai pas assez de connaissances, d'efforts et de temps particuliers. Mais j'ai une bonne idée de l'apparence du produit et je vois dans quelle direction le travail doit être fait. Nous avons besoin d'activités de recherche et de développement persistantes et déterminées. Nous avons besoin d'une équipe petite mais forte et efficace.
Requis: ingénieur pratique, spécialiste en acoustique, bon programmeur qui sait écrire des programmes d'analyse - synthèse de signaux sonores, ingénieur en circuits électroniques, ingénieur - spécialiste en codage et reconnaissance vocale, ingénieur en mécanique, spécialiste des derniers matériaux composites et vous pouvez encore avoir besoin de personnes ...
Je le répète - l'appareil que j'ai proposé est une chose plutôt nouvelle et complexe. Complexe car il contient à la fois de la mécanique de précision et de l'électronique intelligente, et comporte également plusieurs pièces qui devront être fabriquées à partir des derniers matériaux composites. Et comme toute nouveauté, sa création devra très probablement faire face à des difficultés imprévues. Par conséquent, pour construire un prototype, vous devez effectuer un ensemble de travaux de recherche et développement. Certaines ressources financières et humaines seront nécessaires. Je ne peux pas calculer exactement le montant nécessaire, étant donné le degré élevé de nouveauté, il existe un risque élevé de problèmes imprévus au cours de la mise en œuvre de ce projet. Je suis un inventeur solitaire. J'ai contacté de nombreuses organisations intéressées, mais en réponse, soit silencieuse, soit condescendante - j'approuve les réponses.si parmi les lecteurs de la chaîne il y a des personnes qui gèrent les activités de bureaux d'études développant des produits électroniques et mécaniques complexes, de haute technologie, aérospatiaux, ou proches de celui-ci. Et ils seront intéressés par cette direction. Ce sujetmon site est également dédié .
Meilleures salutations, Igor Zharikov pentagrid88@yandex.ru