Coluna de som utilizando array de transdutores de ultrasons

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

Este relatório documenta a Tese de Mestrado com o tema Audio Spotlight - Coluna de Som utilizando Arrays de Transdutores de Ultrassons realizado por Paulo Jaime Estrela Janganga. Este trabalho assenta na implementação de um sistema de áudio direcional Audio Spotlight. Atualmente começam-se a dar os primeiros passos ao nível da comercialização de produtos com este tipo de tecnologia. No entanto, existem ainda aspetos técnicos que necessitam de ser resolvidos antes da sua aplicação no nosso dia -a-dia. O problema principal é a distorção que um sistema deste tipo gera ao utilizar interações não lineares de ondas de alta frequência (ultrassons) para gerar ondas de baixa frequência dentro da gama audível pelos seres humanos. Depois de resolvido este e outros problemas adjacentes ao sistema, o seu potencial é promissor, sendo a lista de aplicações práticas e comerciais muito abrangente. Alguns exemplos são: • Num automóvel, em que cada um dos ocupantes poderá ouvir a sua própria música, sem perturbar os companheiros de viagem; • Numa conferência, onde cada membro da audiência poderá ouvir o áudio no seu idioma, sem recorrer à utilização de headphones; • Em sistemas de anúncios sonoros nas ruas e praças, que poderão ser substituídos por mensagens áudio direcionadas a cada um dos transeuntes, eliminando a polui ção sonora. Esta tese está organizada em três partes: 1. Teoria e Evolução de sistemas de Audio Spotligh; 2. Implementação do Sistema de Audio Spotlight na FPGA Spartan 3E; 3. Implementação do Sistema de Audio Spotlight no DSP TMS320C6713; 4. Resultados experimentais. A primeira parte introduz todos os aspetos teóricos referentes à tecnologia, para que seja possível compreender os fenómenos físicos e a matemática associ ada a um sistema deste tipo. Na segunda parte é explicada a forma como o sistema foi implementado na FPGA Spartan 3E, com a explicação de todos os módulos constituintes da aplicação. A terceira parte é idêntica à segunda, mas desta vez a implementação é realizada no DSP TMS320C6713. Na última parte é feita a demonstração experimental dos conceitos aplicados nesta tese recorrendo à captura de sinal com osciloscópio.

Abstract: This report documentary Master's Thesis with the theme Audio Spotlight - Sound Column using Ultrasound Transducers Arrays conducted by Paul Jaime Estrela Janganga. This work will be based on the implementation of an Audio Spotlight system, which is a way audio technology. These days, begin to take the first steps in terms of marketi ng of such products, but there are still some issues that need to be resolved before the technology really come on a day-to-day of all of us. The main problem is the distortion that generates such a system by using nonlinear interaction of high frequency w aves (ultrasound) to generate low frequency waves audible to humans. After solved the problems surrounding the system, the benefits are huge with a list of practical applications and virtually endless commercials: • In a car each occupant can listen to you r own music, without disturbing fellow travelers; • At a conference, each audience can receive the sound in your language, without the use of headphones in the ears; • Ad systems on the streets and squares may be replaced by targeted messages to each of th e passers-by, eliminating noise pollution. This document is divided into three distinct parts: 1. Theory and Evolution of Audio Spotlight systems. 2. Implementation of the Audio Spotlight system in Spartan 3E FPGA. 3. Implementation of the Audio Spotlight system in the TMS320C6713 DSP. The first part will introduce all the theoretical aspects related to technology, so you can understand the physical phenomena and the mathematics associated with such a system. In the second part it is explained how the system was implemented in FPGA Spartan 3E, with the explanation of all the constituent modules of the application. The third part is identical to the second, but this time the implementation is done in DSP TMS320C6713. At the end of the last two parts there is an area reserved for testing in order to view the results, especially through oscilloscope captures.