Ultraschalltelefon

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Ultraschalltelefon

    







BID = 360588

laser-tv

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Hi Leute,
ich will versuchen, eine drahtlose Kommunikationsanlage zu bauen, welche als Trägermedium Ultraschall verwendet. Dabei geht es mir nicht um eine großartige kommerzielle Anwendung, sondern es ist just for fun um zu sehen, ob es geht und welche Reichweiten man damit erzielen kann.
Es ist mir sehr wohl bewußt, daß die Tierwelt möglicherweise anders auf Ultraschall reagiert als Menschen und daß es sicher auch einfachere Methoden gibt, Sprache drahtlos zu übertragen.
Ich schreibe das nur vorab, um etwa 90% möglicher unsachlicher Kommentare bereits im Vorfeld zu verhindern.
Folgendes habe ich bereits gemacht:
1) Einen Mischer gebaut, welcher mir das Ausgangssignal meines Kurzwellentransceivers in den gewünschten Frequenzbereich im nahen Ultraschall heruntermischt.
2) Einen weiteren Mischer mit einem vorgeschaltetem Hochpaßverstärker gebaut, als Mikrofon möchte ich eine Miniatur-Elektretmikrofonkapsel benutzen. Dieser Mischer soll das von dem Mikrofon aufgenommenen und anschließend verstärkten Signal in den HF-Bereich hochmischen, sodaß ich es mit einem weiteren Kurzwellentransvceiver "empfangen" kann.
Soweit so gut. Die Schaltungen funktionieren bereits wie gewünscht.
Nun habe ich zum Testen einen Generator mit einem NE 564 gebaut, der von etwa 7kHz bis etwa 24 khz einstellbar ist. Das von der Schaltung erzeugte Signal wird mit einem Wald-und Wiesenverstärker auf etwa 30W bei 24 khz verstärkt und mit einem Piezo-Hornhochtöner abgestrahlt.
Nun zum Problem:
Bei höheren Schallpegeln oberhalb des hörbaren Bereiches sind frequenzabhängig unangenehme klirrende Töne zu hören. Ich habe daraufhin die Kurvenform des Signales am Piezo untersucht, um unerwünschte Mischprodukte auszuschließen (der NE 567-Generator erzeugt eine Art Rechteck).
Da dies nicht die Ursache war, habe ich das Kunststoffhorn des Piezo-Lautsprechers abgeschraubt und damit die Nebengeräusche vorübergehend eliminiert. Allerdings ist dann die Membran nicht mehr richtig fixiert, sodaß bei unterschiedlichen Lautsprecherpositionen immer noch zeitweise Geräusche auftreten.

Ich habe versucht, das herstellerseitig dürftig befestigte Horn mit Gewindeschrauben / Muttern fester am Treiber zu befestigen, was aber die Geräusche nur verändert, nicht beseitigt hat.
Hat jemand eine Idee, wie man das Horn "ultraschallgerecht" mit dem Treiber verbinden kann, damit die parasitären Schwingungen des Horns unterbleiben und ohne daß dadurch die Effizienz des Lautsprechers beeinträchtigt wird?
Falls das nicht geht, hat jemand Erfahrungen mit Ultraschall und handelsüblichen Kalottenhochtönern o.ä.?
Natürlich sind die Geräusche für den eigentlichen Zweck nicht relevant, nerven aber irgendwie doch. Bevor ich weitere Versuche anstelle, würde ich das eigentlich ganz gern im Griff haben.
Weiterhin würde ich gern erfahren, inwieweit hohe Ultraschallpegel schädlich für den Menschen (insbesondere Gehör) sein können. Google spuckt dazu nur relativ allgemeine und ungenaue informationen aus...das scheint zur Zeit gerade im Hinblick auf Schutzmaßnahmen am Arbeitsplatz genauer untersucht zu werden, richtig handfeste Ergebnisse konnte ich dazu aber noch nicht finden.
Ich bin schon etwas sensibilisiert, da ich einen leichten lärmbedingten Tinnitus habe und ich den nicht unbedingt dadurch lauter bekommen möchte (zur Zeit laufe ich bei den Versuchen immer mit Ohrstöpseln herum).
Ich freue mich auf eine rege Diskussion.

Gruß
Wilfried


BID = 360604

Chris11

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Beiträge: 465

 

  

Was du raufmischen kannst, kann der Lautsprecher auch an jeder Nichtlinearität wieder ins Audioband runtermischen. Problem akustisch ist genau wie auf der rein elektrischen Seite die Linearität deiner Wandler. Die U-bootleute nehmen gerne große Piezowandler für ihre akustischen Ortungssysteme.

Mit freundlichem Gruß
Christian

BID = 360643

laser-tv

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Hi Chris,
ich habe das vom Kurzwellentransceiver heruntergemischte Signal noch gar nicht auf den Lautsprecher gegeben. Bislang hatte ich nur den Generator dran, welcher mir direkt auf der Sollfrequenz im nahen Ultraschallbereich das Signal erzeugt. Sozusagen ein unmodulierter Schallträger. So gesehen könnten sich nur die Grundfrequenz mit eventuellen Harmonischen mischen. HF-Reste sind momentan noch nicht beteiligt.
Ich denke, die Geräusche müssen schon etwas mit dem Horn bzw. der mechanischen Verbindung des Hornes mit dem eigentlichen Schallwandler zu tun haben. Denn wie gesagt, das Geräusch ist bei gleicher Ansteuerleistung nur mit dem Schallwandler ohne Horn weg. Lediglich wenn der Schallwandler dann unterschiedlich gekippt wird, tritt ein Geräusch auf, je nach Position, weil die Membran mehr oder weniger lose herumhängt und in bestimmten Positionen am Gehäuse anschlägt..
Ich vermute mal, daß die Schallwellen am Horn Resonanzen bilden, die parasitäre mechanische Schwingungen auslösen, welche dann in den hörbaren Bereich fallen. Wären es lediglich Nichtlinearitäten des Wandlers, dann müßte bei gleicher Ansteuerung egal ob mit oder ohne Horn das Geräusch vorhanden sein.
Irgendwie müßte es gelingen, diese Resonanzen zu dämpfen...mir fehlt bloß momentan ein Ansatz wie.

Gruß
Wilfried

[ Diese Nachricht wurde geändert von: laser-tv am 16 Aug 2006 21:46 ]

BID = 360724

sam2

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Ultraschall ist aber gar kein "Trägermedium"...

BID = 360741

laser-tv

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Hi Sam2,

meinst Du, Ultraschall könne nicht als Träger von Nutzinformationen verwendet werden oder störst Du Dich explizit an dem Begriff "Trägermedium"?
Vielleicht hätte ich besser "Übertragungsmedium" oder einfach nur "Träger" schreiben sollen...
Jedenfalls bin ich überzeugt davon, daß aus dem Gesamttext schon relativ eindeutig hervorgeht, was ich vorhabe. Nämlich Ultraschallwellen zu benutzen, um eine Nutzinformation zu übertragen und nicht an jeden zweiten Begriff, welcher etwas unscharf formuliert sein könnte, herumzudiskutieren.
Wäre das so, hätte ich die Anfrage in einem Forum für angewandte Philosophie gepostet und nicht in einem Elektronikforum.
Also, erläutere doch bitte nochmal kurz,
ob Du Dich nur an dem Begriff "Trägermedium" aufreibst oder ob der Einwand möglicherweise einen tieferen technischen Hintergrund hat, den man dann durchaus sachlich und themenbezogen diskutieren könnte.

Gruß
Wilfried

BID = 360773

Ltof

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Beiträge: 9323
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Schönes Experiment!

Sam meinte wohl, dass die Luft das Trägermedium ist und nicht der Ultraschall.

Bist Du Dir sicher, dass da 30 W in den Piezo gehen? Ich kann mir kaum vorstellen, dass der das überleben würde. Ist es vielleicht eine Spannungsamplitude, die an einer Impedanz von 4 oder 8 Ohm eine Leistung von 30 W umsetzen würde?

Bei ähnlichen Experimenten mit allerdings erheblich geringeren Amplituden (direkt am Frequenzgenerator mit 50 Ohm und 2V Amplitude betrieben) ist mir aufgefallen, dass der Piezo-Hochtöner einen stark nichtlinearen Frequenzgang hat. Ungefähr bei 40 kHz hatte meiner noch eine Überhöhung und war mit einem Fledermausdetektor wieder gut zu "hören". Etwas linearer war da ein Bändchen-Hochtöner, der allerdings oberhalb von 40 kHz auch nicht mehr viel brachte.

Ich war auf der Suche nach einem US-Lautsprecher mit einem halbwegs linearen Frequenzgang zum Testen meiner Fledermausdetektoren. Das ist aber alles Strunz. Einzig ein Plasmahochtöner scheint theoretisch geeignet. Da die meisten ihr Plasma mit Frequenzen mitten im Fledermausbereich erzeugen, müsste ich mir einen mit einer sehr hochfrequenten HV selbst bauen - oder mit DC.

Übrigens: zum Demodulieren Deines Signales dürfte dieser US-NF-Konverter geeignet sein: http://www.elv-downloads.de/service.....0.htm

Was Du brauchst, ist ein US-Wandler, der einen schmalen Frequenzgang und eine hohe Leistung hat. Da würde ich mal nach den lautstarken Hund-, Katze-, Maus-Scheuchen suchen und dort einen Wandler ausbauen. Es gibt welche, die das Getier von einem ganzen Grundstück fern halten sollen.

Ich empfehle Dir allerdings, bevor Du mit großen Schalldrücken arbeitest, ganz normale US-Transmitter und Receiver zum Experimentieren zu benutzen um damit erst mal kurze Strecken zu überbrücken. Da bist Du zwar auf 40 kHz festgelegt, aber Du kannst mit kleinen Schaltungen und Leistungen arbeiten.

Gehörschutz zu verwenden, finde ich jedenfalls sehr vernünftig! Mir wurde erzählt, dass das Ohr während des nahen Vorbeifluges eines "Großen Abendseglers" (Fledermausart mit bis zu 120 dB Ortungsruf) ein taubes Gefühl bekommt, ohne dass man den Ruf selbst hören muss. Dass da auch was kaputt gehen kann, halte ich durchaus für möglich.

Viel Spaß!
Ltof

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„Schreibe nichts der Böswilligkeit zu, was durch Dummheit hinreichend erklärbar ist.“
(Hanlon’s Razor)

BID = 360940

stepp64

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Beiträge: 162

Hallo,

ich wollte nur anmerken, dass bei meinem Kumpel 2 solcher Katzenscheuchen im Garten installiert sind. Im Abstand von bis zu 5m spüre ich einen ziemlichen Druck auf dem Ohr, nur das man halt nichts hört. Allerdings zirpen diese Geräte für mich hörbar (so alle paar Sekunden). Mein Bekannter und andere hören das zirpen nicht. Ich schon. Ich glaube jedenfalls, dass diese Dinger in geringem Abstand nicht gut fürs Gehör sind und würde die Experimente sicher mit Gehörschutz machen.

Ansonsten: Interessantes Projekt. Hoffentlich funktioniert es.

Gruß Sven

BID = 361050

laser-tv

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Zitat : Ltof hat am 17 Aug 2006 09:21 geschrieben :

Bist Du Dir sicher, dass da 30 W in den Piezo gehen?

...nein, nicht wirklich. So genau habe ich das noch nicht untersucht. Aber ich stimme Dir zu, daß das vermutlich deutlich weniger ist. Der Verstärker kann halt etwa 30W RMS

Zitat : Ltof hat am 17 Aug 2006 09:21 geschrieben :

Etwas linearer war da ein Bändchen-Hochtöner, der allerdings oberhalb von 40 kHz auch nicht mehr viel brachte.

Über eine Bändchen-Hochtöner habe ich auch schon nachgedacht. Neu war mir nur, daß die bis 40 khz noch funktionieren. Wenn so ein Hochtöner mit beispielsweise 20 W angegeben ist, kann man den eigentlich mit 20 W und 25kHz belasten oder ist die Belastbarkeit frequenzabhängig?

Zitat : Ltof hat am 17 Aug 2006 09:21 geschrieben :

Was Du brauchst, ist ein US-Wandler, der einen schmalen Frequenzgang und eine hohe Leistung hat....
...Ich empfehle Dir allerdings, bevor Du mit großen Schalldrücken arbeitest, ganz normale US-Transmitter und Receiver zum Experimentieren zu benutzen um damit erst mal kurze Strecken zu überbrücken....


Ich hatte in 1997 schon mal mit US-Wandlern aus US-Fernbedienungen experimentiert. Dazu hatte ich den Träger amplitudenmoduliert und mit einem dreistufigen selektiven Verstärker mit anschließender Gleichrichtung demoduliert. Mit dieser Konstruktion konnte ich Musik bis zu einer Strecke von etwa 30m übertragen und ein US-Signal bis etwa 50m nachweisen.
Das Problem bei diesen Wandlern ist leider eben diese Schmalbandigkeit. Die Musik klang wie aus der Dose, weil halt nur ein sehr schmales Spektrum übertragen wurde und ich den Träger gezielt etwas neben die Mittenfrequenz des Wandlers legen mußte, um wenigstens neben dem Träger noch eins der Seitenbänder halbwegs zu übertragen.
Einen weiteren Nachteil sehe ich in der hohen Frequenz...die Dämpfung von Schallwellen in der Luft nimmt leider mit steigender Frequenz zu.
Da ich aber mittlerweile vorhabe, eine möglichst große Distanz zu überbrücken brauche ich Leistung, also einen hohen Schalldruck sowie eine tiefere Trägerfrequenz. Deshalb habe ich mich momentan auf den nahen Ultraschallbereich oberhalb 18 kHz festgelegt.

Die Anregung mit dem Fledermausdetektor finde ich super.
Was mich sehr überrascht hat ist die Tatsache, daß dort ein ganz normales Elektretmikrofon verwendet wird.
Ich dachte bislang, da wären speziell für den US-Bereich gezüchtete Mikros drin.
So ein Teil baue ich mir auch mal zusammen, wenngleich ich die Frequenz zum Heruntermischen wohl eher mit einem NE 564 erzeugen werde.

Einen Detektor für mein Projekt habe ich allerdings trotzdem schon.
Es handelt sich um einen Mischer mit einem 4 MHz-Quarz zur Frequenzstabilisierung des Oszillators. Damit kann ich die vom Mikro empfangenen Schallwellen in den Kurzwellenbereich hochmischen und mit einem Kurzwellentransceiver als Nachsetzer hörbar machen.
Auf der Senderseite läuft das genau umgekehrt.
Der große Vorteil dabei ist, daß ich per Tastendruck zwischen AM, FM oder Einseitenbandmodulation wechseln kann.

Wenn das Ganze elektrisch im Griff ist, werde ich zumindest empfangsseitig das Mikro in einer 30er Offsetantenne montieren. Bei etwa 1,7cm Wellenlänge (20 kHz) ergibt das sicher einen enormen Gewinn.

Zitat :

Stepp64 schrieb :
Ich glaube jedenfalls, dass diese Dinger in geringem Abstand nicht gut fürs Gehör sind und würde die Experimente sicher mit Gehörschutz machen.

Dann werde ich weiterhin mit Gehörschutz arbeiten.
Vielen Dank erstmal für die Anregungen.
Gruß
Wilfried

BID = 361148

Ltof

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Zitat :
laser-tv hat am 17 Aug 2006 21:56 geschrieben :

Ich dachte bislang, da wären speziell für den US-Bereich gezüchtete Mikros drin.

Nein, solche Mikros sind für den Bastler kaum zu bekommen, bzw. nicht zu bezahlen.

Die meisten Basteleien für Fledermausdetektoren benutzen US-Receiver-Kapseln oder das MCE2500 Elektretmikrofon von Panasonic bzw. Nachbauten (?) davon, die auch ganz gut funktionieren.

Es gibt sicherlich noch besser geeignete Elektretkapseln. Da muss man aber sehr viel probieren, weil das eben nicht spezifiziert ist. Deshalb suchte ich einen linearen US-Lautsprecher. Eben auch, um den Vorverstärker zum Ausgleich des Frequenzganges des Mikros anzupassen. Ich habe jetzt "blind" eine starke Überhöhung der Verstärkung zu höheren Frequenzen hin dimensioniert.

In den alten Fernsehern mit US-Fernbedienung waren hochempfindliche Kondensatormikrofone mit großer Bandbreite. So eines habe ich inzwischen auch, doch leider bin ich noch nicht dazu gekommen, das zu testen.

Kurioses am Rande: Zum Spielen zeigte sich mein US-Receiver (!) am besten als Transmitter geeignet.

Nochwas: die Leistungsangaben bei Hochtönern kannst Du schlicht vergessen. Ich glaube das bezieht sich auf die Belastbarkeit des Gesamtsystemes (Tief-, Mittel- und Hochtöner zusammen). Der Hochtöner bekommt nur einen geringen Prozentsatz der Leistung ab. Bei 30W in den Piezo wird sich die Pappmenbrane zu einem Origami-Schwan verwandeln oder der Kristall wird zu Sand zerkrümeln. Das Bändchen des Bändchenhochtöners wird schlicht verdampfen.

Da kommt mir eine Idee: Es dürfte durchaus interessant sein, einen Bändchenhochtöner selbst zu basteln. Es gibt ja nun enorm starke Magnete und die Konstruktion ist nicht so aufwändig, so dass man auch einen Fehlversuch riskieren kann.

Den Offsetspiegel würde ich vorzugsweise auf der Transmitterseite anbringen. Damit grenzt man den mit Ultraschall "belasteten" Bereich ein.

Gruß,
Ltof

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Hi Ltof,
ich habe nun mal die ELV-Schaltung mit einigen Änderungen (Anpassung an die vorhandenen Teile meiner Bastelkiste ) aufgebaut. Das Teil funktioniert ganz gut.
Die Empfindlichkeit ist etwas schlechter als die Lösung mit dem Mischer und dem nachgeschalteten Kurzwellentransceiver. Während ich im 1.OG bei offenen Türen mit dem Mischer und dem KW TRX als Nachsetzer noch den Zeilentrafo des Fernsehers im Erdgeschoss leise hören kann, geht bei der etwas veränderten Variante der ELV-Schaltung das Signal im Rauschen unter. Ich vermute, das liegt an der deutlich geringeren Bandbreite des Filters in SSB-Stellung, denn in Stellung AM kann ich auch mit dem TRX das Signal fast nicht mehr hören.
Aber zum Testen ist die ELV-Schaltung ganz gut geeignet, denn man hat nur eine kleine Kiste dabei und nicht Funkgerät, Mischer, Batterie......
Jedenfalls hat mir der Hinweis auf die Schaltung weitergeholfen, vielen Dank nochmal

Gruß
Wilfried


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