también es proporcional al área de los
transductores, pues esta influye en el área A.
Dado que la presión sonora audible es
proporcional al cuadrado de la envolvente de
modulación, si se modulara con la raíz cuadrada
de la señal de audio, se reduciría la distorsión
significativamente. Sin embargo, también debe
incluirse una pre-distorsión de la señal modulante
integrándola dos veces para compensar la
derivada segunda. Esta aproximación fue sugerida
en [8]. En este trabajo no se incluye por sus
pobres resultados, como se muestra en [10].
Para dar una idea de los niveles de presión que
resultan, podemos citar el trabajo de Pompei [11],
en el que con modulación AM-DBL con
portadora, un nivel de presión de 130 dB (ref.
20µPa) de ultrasonido modulado con una señal de
1 kHz, α=0,7, A=0,2 m
2
, produce un nivel de
presión de 66 dB de sonido audible a 1 m de
distancia.
En nuestro caso, el parlante construido está
compuesto por un arreglo de 75 transductores de
ultrasonido dispuestos en una matriz cuadrada. Se
utilizaron los del tipo T40-16 [12], en conexión
paralelo, manteniendo una distancia de 16 mm
entre centros. Este montaje hace que la dirección
de máxima ganancia del arreglo sea perpendicular
al plano del mismo. Si bien la distribución
espacial del arreglo y el desfasaje eléctrico entre
los transductores tienen influencia en el patrón de
radiación, su optimización y el efecto del
acoplamiento entre transductores están fuera del
alcance del presente trabajo.
A lo largo del estrecho haz de ultrasonido
generado y donde su potencia instantánea es
suficiente, se produce autodemodulación y por lo
tanto se genera la mezcla que da origen a la señal
audible. De manera que se puede ver al fenómeno
como un arreglo lineal de generadores de audio
cuyas señales se componen en la dirección
principal del haz ultrasónico. Por eso a veces se
describe esto como un arreglo de “parlantes
virtuales” de audio dispuestos en la línea principal
de propagación del ultrasonido, en la disposición
llamada “end-fire” [13]. Cabe acotar que las no
linealidades del sistema de recepción del audio
pueden generar un incremento de productos de
intermodulación debidos a la demodulación
cercana de las ondas primarias. Por ello
modernamente se ha sugerido aplicar un filtro
acústico para atenuar el ultrasonido cercano al
punto de recepción del audio [13]. La disposición
de la línea de parlantes virtuales en arreglo
“end-fire” le proporciona al audio generado sus
características especiales de direccionalidad. Por
simplicidad, en este trabajo no se incluyó ningún
filtrado acústico como el mencionado.
III. MODULACIONES UTILIZADAS
En vista de lo expuesto, es necesario considerar
modulaciones para las que el efecto de la no
linealidad sea aceptable. En este trabajo se
emplean dos esquemas de modulación: AM de
doble banda lateral y modulación de ancho de
pulso. Sin embargo, otros esquemas son posibles,
algunos de ellos estudiados experimentalmente en
[10].
A. Modulación en amplitud de doble banda lateral
En 1983, Yoneyama et al. [6] propusieron un
sistema de altavoces de matriz paramétrica, que
utiliza modulación de amplitud de doble banda
lateral AM-DBL. La envolvente de la modulación
propuesta en [7] y utilizada en el presente trabajo
tiene la forma:
(3)
donde m es el índice de modulación y g(t) es la
señal de entrada acotada a |g(t)|<1.
El diagrama en bloques de este esquema se
presenta en la Fig. 2, en la que sen(
c
t) es la señal
portadora, con
c
= 2
f
c
. La modulación se
realizó por software, y la señal resultante se aplicó
en la entrada de un amplificador de potencia lineal
implementado con un circuito integrado LM3886
cuya salida alimentó al PAL. El espectro de la
señal de salida del amplificador, para un tono
modulante puro de frecuencia f
m
se esquematiza
en la Fig. 3(a). Este sistema de PAL fue
caracterizado experimentalmente en [7] donde se
reporta un nivel significativo de distorsión
armónica (THD).
Fig. 2: Diagrama en bloques de la modulación AM-DBL
Revista elektron, Vol. 3, No. 2, pp. 58-66 (2019)
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