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Altoparlanti direzionali
Si utilizzano questi altoparlanti per installazioni speciali (musei, biblioteche, mostre d’arte e fiere) dove è importante circoscrivere i suoni in aree specifiche e quindi limitare l’inquinamento acustico.
Si potrebbe, ad esempio, posizionarli sul soffitto sopra a un’opera artistica e dirigere il suono in basso in modo da farlo udire bene da chi sta sotto.
La moquette sul pavimento eviterà ulteriori riflessioni e il suono emesso sarà completamente inudibile a soli pochi metri da quel punto.
In compenso, però, questi altoparlanti non possono sostituire i sistemi ad alta fedeltà, principalmente perché non possono emettere molta potenza sulle frequenze basse. In effetti si potrebbero aggiungere altri moduli da 20 capsule: il nostro sistema è modulare e l’elettronica potrebbe sopportarli. Si aumenterebbe così la capacità di emettere potenza e si potrebbe sfruttarla cambiando il condensatore passa-alto nell’elettronica per far passare meglio le frequenze basse. Tuttavia non consigliamo di fare questi esperimenti, sia per il costo delle capsule (che aumenterebbe di molto), sia perché le frequenze più basse (sotto i 100 Hz) si espandono nella stanza in modo incontrollabile e quindi si perderebbe la principale caratteristica di questi sistemi.
Costruzione
I circuiti stampati e alcuni componenti sono difficili da reperire e anche costosi se ne acquistate pochi pezzi. Contattate Lello che risparmia comprandone un certo numero, oppure farvi fare tutto da lui (lo trovate in questa pagina).
Il programma PolarGraphs
Con questa applicazione si può stabilire la distanza ottimale tra le capsule e vedere come cambia la direzionalità in funzione di vari parametri.
Con capsule da 40 kHz si ottiene la migliore direzionalità con circa 17,2 – 17,3 mm (o un multiplo di questa distanza) tra le capsule. Abbiamo quindi disposto le capsule sui circuiti stampati con una struttura esagonale per ottenere la stessa distanza tra le capsule in tutte le direzioni.
Dopo aver deciso la distanza tra le capsule, questa applicazione non serve più, ma la pubblichiamo lo stesso perché contiene buone formule e metodi di calcolo per i grafici di radiazione polari. Inoltre potrebbe essere utile per progetti simili, ad esempio con capsule a 28 kHz, o per vedere cosa succede se si cambiano il numero delle capsule e la distanza tra i due altoparlanti dello stereo.
Array modulari di capsule
Il modulo base è progettato per 20 capsule a ultrasuoni (da 40 KHz, tipo “T” e diametro 16 mm)
Su AliExpress potete acquistare le capsule a blocchi da 20 capsule per meno di 9 Euro (e solitamente nella busta ve ne inviano 21).
Fate attenzione ad acquistarle da un venditore “CHOICE” così, oltre i 10 Euro di ordine totale, non pagate la spedizione e vi arrivano in poco più di una settimana. Fate anche attenzione che siano di tipo “T” (trasmissione), da 40 KHz e da 16 mm.
I moduli da 20 capsule sono facilmente collegabili con altri in orizzontale e verticale, quindi è possibile comporli in altoparlanti da 40 o 60 capsule. Si possono anche fare da 120 capsule e l’elettronica ne reggerebbe due per fare lo stereo, ma lo sconsigliamo perché l’aumento di potenza percepito non è molto, mentre l’aumento di spesa e di dimensioni sarebbero notevoli.
Normalmente per un sistema stereo si usano due moduli da 20, 40 o 60 capsule, spendendo quindi circa 18, 36 o 52 Euro di capsule. Noi consigliamo sistemi stereo da 40+40 o meglio 60+60 capsule.
Nelle due immagini seguenti si vedono moduli da 60 capsule, che sono già abbastanza potenti per la maggior parte delle applicazioni e che (nella direzione preferita) sono perfettamente udibili anche a molte decine di metri di distanza.
Aumentare ancora da 60 a 80 capsule farebbe poca differenza nella potenza udibile, quindi, volendo esagerare, consigliamo di passare direttamente da 60 a 120, ma in questo caso la spesa per le capsule aumenterebbe molto. Un sistema stereo da 120 + 120 costerebbe 105 euro solo di capsule.
Elettronica
Questo modulo accetta in ingresso un segnale audio stereo standard e può pilotare da uno a dodici moduli da venti capsule a ultrasuoni.
Collegamenti
- Collegare un alimentatore da 24 volt in grado di fornire almeno 2 ampere (o 5 ampere nel caso vogliate esagerare con un sistema da 120 + 120 capsule).
- Per un sistema Mono, collegare un altoparlante al morsettto OUT 1 e spostare il ponticello sui Pin “MONO”
- Per un sistema Stereo, collegare un secondo altoparlante uguale al primo al morsetto OUT 2 e ricordarsi di spostare il ponticello sui Pin “STEREO”
- Collegare il segnale audio in arrivo da un PC (uscita AUX), o da un riproduttore MP3, al morsetto degli ingressi, In-R e GND per il canale destro e In-L e GND per il canale sinistro.
Regolare i trimmer DUTY e FREQ.
Prima di dare tensione la prima volta regolare il trimmer DUTY al minimo (svitare per almeno venti giri in senso antiorario). Questo è particolarmente importante se si collegano pochi moduli con poche capsule, perché troppa corrente potrebbe danneggiare le capsule
La prima volta accendere l’alimentatore per un breve istante e se la corrente supera la corrente prevista spegnere subito, ricontrollare tutto e svitare ulteriormente il trimmer DUTY.
La corrente deve essere regolata come segue:
- 150 mA per un sistema MONO con un singolo modulo da 20 capsule
- 300 mA per un sistema STEREO con un modulo da 20 capsule per ogni canale
- 300 mA per un sistema MONO con un singolo modulo da 40 capsule
- 600 mA per un sistema STEREO con un modulo da 40 capsule per ogni canale
- 450 mA per un sistema MONO con un singolo modulo da 60 capsule
- 900 mA per un sistema STEREO con un modulo da 60 capsule per ogni canale <– Caso consigliato
- 900 mA per un sistema MONO con un singolo modulo da 120 capsule
- 1800 mA per un sistema STEREO con un modulo da 120 capsule per ogni canale
La regolazione si fa in tre fasi:
- Iniziare regolando il trimmer DUTY per una corrente abbastanza bassa, decisamente inferiore a quella prevista (ad esempio 500 mA per un sistema da 900 mA finali).
- Regolare il trimmer FREQ per la massima corrente, facendo attenzione che non salga oltre la corrente prevista. Se dovesse salire troppo abbassare un po’ il trimmer DUTY e poi continuare.
- Quando il FREQ è ben regolato per la massima corrente, alzare la corrente fino al valore previsto con il trimmer DUTY.
Downlod dei progetti
Qui si possono scaricare i due progetti di PCB (KiCad) per gli altoparlanti e per l’amplificatore, contenenti anche schemi, piani di montaggio, immagini 3D, file Gerber per la produzione e datasheet dei componenti utilizzati:
DirectionalSpeakers_PCB
Qui si può scaricare la documentazione, la applicazione PolarGraph e informazioni varie sui compoenti usati e sulle capsule a ultrasuoni:
DirectionalSpeakers_Docs