Estoy planeando hacer una aplicación de sonda usando el altavoz y el micrófono de un teléfono inteligente, y se da que la potencia de salida del altavoz es de 3 vatios y la frecuencia del sonido es de 20 kHz. Quería entender cómo disminuirá la calidad de la señal detectada con el aumento de la distancia y en qué límite de distancia la señal recibida sería demasiado débil para las lecturas. Investigué un poco y mi suposición es que el rango máximo confiable sería entre 10 y 25 metros, pero no estoy seguro. Pero todavía no me queda claro cómo se calcula el rango y cómo se relaciona con las propiedades (tamaño y forma principalmente) de los objetos que se van a detectar. Y quería saber si el conocimiento de la potencia de salida y la frecuencia es suficiente para responder a la pregunta anterior. Le agradecería si puede aportar alguna aclaración al tema o tal vez si puede compartir algún material de referencia para una mejor comprensión. Muchas gracias.
cómo se calcula el rango y cómo se relaciona con las propiedades (tamaño y forma principalmente) de los objetos que se van a detectar
Voy a dar una respuesta basada en lo que creo que deberías concentrarte.
La potencia de salida aumenta el rango con seguridad. Si se emiten 3 vatios al altavoz, tal vez, debido a las deficiencias del altavoz, solo el 10% de los 3 vatios se convierte en energía de sonido. Si nos atenemos a una potencia de salida de 300 mW (como si hicieras cálculos en la transmisión de ondas de radio), entonces se puede decir aproximadamente que esa potencia se emite en todas las direcciones en un hemisferio.
Entonces puede hablar con sensatez sobre los vatios por metro cuadrado y, digamos a 10 m, el área de una esfera es = 1257 metros cuadrados. La potencia de salida del altavoz infiltra la mitad de esa área, por lo que la densidad de potencia a 10 m es de 300 mW/628 = 0,48 mW/m2.
Entonces, si un objeto de 1 metro cuadrado a 10 m refleja totalmente toda la potencia incidente, entonces regenera 0,48 mW. Esto también está sujeto a la misma regla que antes, es decir, toda esa potencia se distribuye en vatios por metro cuadrado en un hemisferio y, a una distancia de 10 m, la potencia por metro cuadrado es de 0,76 uW/metro cuadrado.
El micrófono que recibe esa potencia incidente puede tener solo 1 cm cuadrado, por lo que la potencia que realmente recibe es 10.000 veces menor, es decir, 76 picovatios. Si el micrófono tiene una eficiencia del 10 % para convertir eso en energía eléctrica, debería ver una señal eléctrica de 7,6 picovatios.
Convertir esa energía en voltaje requiere un acto de fe en términos de impedancia presentada al micrófono y sensibilidad del JFET dentro de la cápsula, pero tal vez pueda asumir que el JFET amplifica la energía 1000 veces y la descarga a través de una resistencia de 2k2 (bastante circuito estándar, pero podría ser tan alto como 10 kohm).
Entonces, 7,6 picovatios se convierten en 7,6 nanovatios debido al JFET dentro de la cápsula y esta potencia produce un voltaje en la resistencia de 2k2. Entonces el voltaje de salida = = 4,1 mV RMS. Realmente una muy buena señal.
Por supuesto, esto supone un reflejo del 100 % de la potencia y es 100 % improbable; en el mejor de los casos/típico, es posible que vea un 1 % de potencia reflejada, por lo que 4,1 mV RMS probablemente será más como 0,13 mV RMS.
La conclusión es que los números son conjeturas dado que no sabe cuánta potencia de salida se puede transmitir en un pulso y que el tamaño del micrófono y los componentes internos también son conjeturas. Las eficiencias tanto del altavoz como del micrófono también pueden estar fuera de lugar.
Solo para tratar de poner las cosas en perspectiva, una señal de una cápsula electret bastante promedio de unos pocos mV RMS es típica de 92 dB SPL.
Jim Dearden
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