Как услышать ультразвук?

Известно, что ультразвук оказывает определенное воздействие как на живот­ных, так и на человека. Да, человек ультразвук не слышит. Но, когда вы нахо­дитесь рядом с мощным источником ультразвука острота вашего слуха снижается. Почему это происходит? Да потому что мы, люди, слышим ультразвук, просто не понимаем этого. И очень часто это оказывает на нас весьма негативное влияние. Длительное нахождение рядом с достаточно мощным источником ультра­звука оказывает на человека почти такое же влияние, как и нахождение рядом с источником слышимого звука. Но, ультра­звук мы вроде бы не слышим, и потому не понимаем почему голова болит и закладывает уши.

Для того чтобы зарегистрировать наличие ультразвука существуют различ­ные акустические приборы, измеряющие его уровень, частоту и т.д. Но, хотелось бы его еще и услышать (вернее, осознать как звук). Сделать это можно с помощью прибора, который понизит частоту ультра­звука, так как в приемнике прямого преобразования понижается частота радиосигнала до звуковой частоты.

Схема, показанная на рисунке, во многом напоминает схему приемника прямого преобразования, только вместо антенны на её входе включен микрофон. За неи­мением ультразвукового микрофона здесь используется обычный электретный микрофон типа МСЕ-2500 или анало­гичный. Согласно тех. данным АЧХ этого микрофона практически линейна до 20 кГц. Далее что происходит с АЧХ в тех. данных не указывается. Как показали испытания (проведенные в радиолюби­тельских условиях, и потому не претен­дующие на исключительную точность), микрофон неплохо слышит аж до 70-100 кГц, но конечно его чувствительность с ростом частоты сильно снижается.

И так, схема показана на рисунке в тексте. Ультразвук воспринимается электретным микрофоном М1. Питание на него поступает через R6. Переменное напря­жение с выхода микрофона через конден­сатор С5 подается на двухкаскадный УНЧ на транзисторах VT1 и VT2. Здесь исполь­зуются  малошумящие транзисторы ВС550С. Основное усиление происходит в транзисторе VT1. Транзистор VT2 служит эмиттерным повторителем. С него переменное напряжение ультразвуковой частоты поступает на вход смесителя на основе микросхемы А1 типа SA612 (или NE612).

Микросхема SA612 представляет собой преобразователь частоты и широко при­меняется в разнообразной связной и радиоприемной технике. Здесь она тоже работает по прямому назначению, — преобразователь частоты.

Для того чтобы понизить частоту ультра­звука, лежащего обычно по частоте от 22кГц до 100 кГц в слышимый звук, нужно соответственно, подать на смеситель частоту гетеродина, которая будет на 200- 5000 Гц отличаться от частоты принима­емого ультразвука. То есть, желательно чтобы частоту гетеродина можно было оперативно регулировать от 10 до 100 кГц.

Схема гетеродина выполнена на цифро­вых микросхемах D1 и D2. На инверторах микросхемы D1 сделана схема генера­тора прямоугольных импульсов частоту которых можно регулировать переменным резистором R2 в пределах от 20 кГц до 200 кГц. Как известно, на выходе мульти­вибратора на логических элементах импульсы не симметричные, поэтому для придания им симметричной формы используется D-триггер на микросхеме D2, включенный в режиме одноразрядного двоичного счетчика. Он делит частоту входных импульсов, подаваемых на его вход «С» на два, но придает им строго симметричную форму. Таким образом, частота на выводе 1 D2 регулируется переменным резистором R2 в пределах от 10 кГц до 100 кГц.

Амплитуда этих импульсов понижается до необходимого для нормальной работы смесителя микросхемы А1, уровня дели­телем на резисторах R3 и R4.

На выходе смесителя, как обычно, есть суммарный и разностный сигнал. Суммарный подавляется как простейшим фильтром, состоящим из конденсатора С9, так и самим УНЧ, на который сигнал поступает с регулятора громкости R13, так и нашим слухом. Таким образом, в остатке остается разностный сигнал, который, при соответствующей установке частоты гетеродина (резистором R2) и можно услышать вполне отчетливо. Например, можно услышать звук от кварцевого резонатора на 32768 Гц, работающего в электронных часах. Или звуки импульсных источников питания различной аппара­туры, а так же, весьма странные изменяю­щиеся звуки, происхождение которых мне кажется непонятным.

УНЧ желательно чтобы работал на наушники. Можно использовать любой УНЧ, на транзисторах или микросхеме, например, использовать в качестве УНЧ плату неисправного аудиоплеера (с точки входа телефонного УНЧ). Или УНЧ от слухового аппарата.

Детали. Конечно, лучше всего исполь­зовать специальный ультразвуковой электретный микрофон, если конечно есть возможность его приобрести. В против­ном случае — любой обычный электретный, но желательно меньшего диаметра (чтобы мембрана была более подвижной и могла лучше двигаться с большой частотой).

Транзисторы ВС550С можно заменить отечественными КТ3102Е. Микросхему SA612 можно заменить на SA602 или NE612, NE602.

Цифровые микросхемы можно заменить отечественными аналогами К561ЛЕ1 или К561ТМ2. Впрочем, микросхему D1 можно заменить любой КМОП-микросхемой, у которой есть не менее трех инверторов, то есть это может быть и CD4011 (К561ЛА7) и CD4025 (К561ЛА9), CD4023 (К561ЛЕ10) или К561ЛН2.

Вполне возможно гетеродин вообще сделать по совсем другой схеме, напри­мер, по схеме генератора НЧ на опера­ционном усилителе или транзисторах, на интегральном таймере 555, или другие варианты, важно чтобы можно было частоту регулировать в указанных пределах и импульсы были либо симметричные, либо неискаженный синус.

Так как устройство собиралось с чисто экспериментальными целями, плата для него не разрабатывалась, — так на «макетке» и работает.

Автор: Снегирев И.