Gli altoparlanti del computer possono emettere ultrasuoni?

Gli altoparlanti del computer possono emettere ultrasuoni? Qual è la frequenza massima che gli altoparlanti del computer possono produrre?

Generalmente sì (confermato sia dalla teoria che dall'esperimento) anche se probabilmente non è efficace quanto possono abbassare le frequenze.

Esistono tre fattori principali:

1) La frequenza massima che può essere prodotta dal DAC della sorgente e dai filtri anti-aliasing associati. Questo di solito è un po 'al di sotto della frequenza di Nyquist per la frequenza di campionamento effettiva, in che misura dipenderà dalla nitidezza dei filtri. Potrebbero esserci anche output spuri incentrati su multipli della frequenza di campionamento, ma questi sono di solito soppressi intenzionalmente (e per la maggior parte dei DAC moderni, la frequenza di campionamento effettiva di conversione è molte volte quella di input). A meno che tu non abbia un sistema a 96 Ksps progettato con filtri per sbloccare quel potenziale (piuttosto che la velocità di dati 96 Ksps più standard ma filtri di aliasing ancora progettati per uno a 48 Ksps), questo sarà probabilmente il tuo limite principale.

2) La frequenza massima che passa attraverso l'amplificatore di potenza. Per un design analogico tradizionale questo sarà più un rolloff che un limite netto. Tuttavia, un amplificatore "Classe D" o qualcosa con elaborazione digitale può introdurre i propri effetti di campionamento e avere i propri filtri rigidi per schermarli.

3) La risposta effettiva del trasduttore e, in parte, il suo ambiente acustico. I normali altoparlanti midrange a bobina mobile non sono progettati nemmeno per la parte superiore della gamma dell'udito umano, ma in genere producono comunque un output anche al di là di esso. Al contrario, i trasduttori piezoelettrici di varie dimensioni potrebbero avere picchi di risonanza alle alte frequenze e produrre effettivamente più energia lì rispetto a quelle più basse.

Come commento generale, se hai intenzione di giocare con ultrasuoni bassi utilizzando componenti audio di consumo, la tua sfida potrebbe essere più sul lato ricevente che su quello di invio, poiché i microfoni a condensatore più comuni rotolano sostanzialmente tra 15-20 KHz (sebbene alcuni di quelli più piccoli lavorano più in alto). Al contrario, i sensori MEMS in silicio con uscita analogica sono spesso buoni a frequenze molto più elevate, essendo usati off-label nei rivelatori di pipistrelli. Questi sono standard negli smartphone, che sembrano ascoltare fino al limite imposto dai loro filtri antialiasing.

No. I diffusori "attivi" con il proprio alimentatore e amplificatore di solito avranno filtri al loro interno che superano i 22 kHz. Non sono progettati per essere in grado di emettere ultrasuoni e il filtro è lì per eliminare il rumore indotto da altre fonti.

Potresti riuscire a ottenere ultrasuoni molto deboli da un piccolo altoparlante passivo, ma di nuovo non è progettato per frequenze al di sopra dell'audio.

È meglio provato. L'ho fatto due volte, una volta negli anni Novanta, con il primitivo "altoparlante per PC" magnetico dell'epoca, la seconda volta più recentemente con altoparlanti di fascia bassa integrati in un laptop. È un'esperienza abbastanza eccitante quando due persone ascoltano fianco a fianco e una sente il silenzio perfetto, mentre l'altra sente un rumore insopportabilmente alto e acuto.

Alcuni risultati che mi hanno sorpreso:

• Anche tra gli adolescenti, la varianza delle frequenze di soglia è enorme. Le persone che non si considerano ipovedenti in genere hanno soglie come 10 KHz, 14 KHz, 16 KHz, raramente molto di più.
• Le soglie sono generalmente molto più basse del limite del manuale di 20 KHz.
• I criteri sono importanti. Essere in grado di individuare un suono continuo è più difficile che essere in grado di rilevare un suono che si accende e si spegne. Ma questo conta solo quando sei molto vicino alla tua soglia.
• La forma d'onda conta (un po ').
• Anche un lieve rumore di fondo è importante (un po ').
• Detto questo, la soglia superiore è molto meglio definita rispetto alla soglia inferiore. In altre parole, c'è silenzio sopra la gamma del suono e c'è vibrazione sotto la gamma del suono. Questo vale per le persone abbastanza giovani e sane.

Come puoi vedere (er, hear), "ultrasuoni" è un concetto molto soggettivo e anche i diffusori per uso generico più economici possono emetterlo.

Da un articolo che ha avuto numeri concreti, trovato cercando ciò che Ben Voigt ha suggerito, l'immagine è piuttosto mista. Mentre il DAC di una moderna scheda audio può emettere 96kHz [a 192kHz di campionamento], non trattenere il respiro per gli altoparlanti medi del laptop che vanno molto al di sopra dei 25kHz a un volume riconoscibile (in questo senso anche se si utilizza un ultrasuono- microfono capace).

Ci è stato detto che questo laptop T400 aveva un "Controller audio HD Intel Corporation 82801I (famiglia ICH9)" e che, inoltre,

Test eseguiti in precedenza con un laptop Lenovo T410 con codec audio Conexant 20585 (con DAC a 192 kHz / ADC a 96 kHz) hanno mostrato risultati molto simili.

Ma questi sono solo un paio di modelli di computer (altoparlanti).

Oltre a utilizzare gli ultrasuoni generati dagli altoparlanti per comunicazioni nascoste, un'altra interessante applicazione è come un sonar ad ultrasuoni; questo è usato per verificare se l'utente si trova (o meno) davanti al computer [sfruttando le differenze nell'ecografia riflessa]. Una tesi di dottorato su quest'ultimo argomento è più interessante per la nostra domanda qui perché ha campionato un paio di migliaia di macchine utente per l'emissione / ricezione di un segnale sinusoidale a 22 kHz; la registrazione è stata fatta in questo caso con qualunque microfono l'utente avesse, quindi queste cifre sono prudenti per quanto riguarda l'emissione di questo tono a 22kHz.

La tesi ha anche un grafico per il rumore bianco [che può misurare più frequenze], ma l'autore afferma di non essere molto fiducioso nei risultati ottenuti in questo modo a causa dell'aliasing.

Lo stesso problema della generazione a bassa frequenza ultrasonica è stato studiato per gli altoparlanti dei telefoni cellulari con l'intento di utilizzare gli ultrasuoni per rilevare i cambiamenti di posizionamento all'interno tramite trilaterazione. Un aspetto interessante è che, a seconda dell'hardware, gli altoparlanti del telefono cellulare possono comportarsi male (causare aliasing) se si tenta di emettere frequenze ultrasoniche troppo forti:

Se il volume è impostato troppo alto, i telefoni cellulari genereranno molto rumore in una vasta gamma di frequenze nella gamma udibile quando si cerca di generare uno dei segnali. Per iPhone ciò accade solo con 21,5 e 22 KHz, ma per Hero e Navigator ciò accade a tutte le frequenze testate. Solo l'HTC G1 sembrava essere quasi completamente immune da questo problema. Quando il volume diminuisce, questo problema si attenua e ad un certo punto scompare. Ad esempio, con HTC Hero questo accade a circa l'80% del volume del file al massimo volume del dispositivo. Con il rumore dell'iPhone a 21,5 e 22 KHz scompare completamente circa il 20% del volume del file e il volume del dispositivo massimo - 2.

Il documento ha anche alcuni sprectrogram per questi telefoni (che non riprodurrò qui perché hanno un grafico per telefono) e una discussione più dettagliata del rumore e dell'aliasing rispetto a quanto ho citato sopra. La linea di fondo sembra essere che mentre è possibile emettere degli ultrasuoni, a seconda dell'hardware, è possibile che non si ottenga esattamente la frequenza desiderata / programmata e in alcuni casi l'uscita potrebbe essere molto rumorosa, incluso il rumore udibile.

Quindi per 22-25kHz (che sono considerati basse frequenze ultrasoniche) sembra funzionare abbastanza bene (come abbastanza forte) per la maggior parte delle macchine / altoparlanti che puoi trovare lì, sebbene possibilmente con artefatti udibili su alcune configurazioni. Per frequenze ultrasoniche più elevate, chissà ... I dati del laptop T400 suggeriscono che è improbabile che funzioni bene / abbastanza forte più in alto di 25kHz, ma non sono riuscito a trovare uno studio che campionasse più macchine. Ho anche trovato un'altra carta sonar ad ultrasuoni che utilizzava 40kHz come frequenza scelta; mentre utilizzava un normale hardware con scheda audio da 96 kHz, si è scelto un altoparlante piezoelettrico ad ultrasuoni specializzato (il 400ST ) a questa frequenza; la mia ipotesi è che non si sarebbero preoccupati di questo se gli altoparlanti di serie fossero abbastanza affidabili / abbastanza rumorosi a questa frequenza.

Ovviamente quanto al di sopra della gamma udibile varia con il modello di altoparlante, ma la risposta generale è SÌ.

Ulteriori letture (ricerca google):

• Rete acustica nascosta

Puoi farlo utilizzando un sistema audio web dal tuo browser mobile andando in diretta.

Per questo è possibile utilizzare un microfono simile al sistema mobile integrato. Perché il microfono è un microfono dal lato del ricevitore e funge da altoparlante dal lato opposto, il che è buono per gli ultrasuoni.

A proposito, devi rimuovere il filtro dal vivo dal tuo sistema audio web per usare il suono ultra.