Могут ли компьютерные колонки излучать ультразвук?

Могут ли компьютерные колонки излучать ультразвук? Какую максимальную частоту могут воспроизводить компьютерные колонки?

Как правило, да (подтверждено как теорией, так и экспериментом), хотя, вероятно, не так эффективно, как они могут снизить частоты.

Есть три основных фактора:

1) Максимальная частота, которую могут генерировать ЦАП вашего источника и соответствующие фильтры сглаживания. Обычно это немного ниже частоты Найквиста для вашей эффективной частоты дискретизации, насколько это будет зависеть от резкости фильтров. Могут также быть ложные выходные данные, сосредоточенные на нескольких значениях частоты дискретизации, но они обычно намеренно подавляются (и для большинства современных ЦАП фактическая частота дискретизации преобразования во много раз превышает входную). Если у вас нет системы 96 Кбит / с, которая разработана с фильтрами для раскрытия этого потенциала (в отличие от более стандартной скорости передачи данных 96 Кбит / с, но псевдонимные фильтры все еще рассчитаны на скорость 48 Кбит / с), это, вероятно, будет вашим основным ограничением.

2) Максимальная частота, которая проходит через усилитель мощности. Для традиционного аналогового дизайна это будет скорее спад, чем резкий предел. Однако усилитель класса D или что-либо с цифровой обработкой может вводить свои собственные эффекты дискретизации и иметь свои строгие фильтры для их защиты.

3) Фактический отклик датчика и, в некоторой степени, его акустическая среда. Обычные среднечастотные динамики с подвижной катушкой не рассчитаны даже на верхнюю часть диапазона человеческого слуха, но, как правило, они по-прежнему производят некоторую мощность даже за ее пределами. Напротив, пьезопреобразователи различного размера могут иметь резонансные пики на высоких частотах и ​​фактически генерировать там большую мощность, чем на более низких.

В качестве общего комментария, если вы планируете играть с низким уровнем ультразвука, используя потребительские аудиокомпоненты, ваша задача может быть больше на принимающей стороне, чем на отправляющей, поскольку наиболее распространенные конденсаторные микрофоны существенно снижаются между 15-20 кГц (хотя некоторые из меньших работают выше). Напротив, кремниевые MEMS-датчики с аналоговым выходом часто работают на более высоких частотах и ​​используются не по назначению в детекторах летучей мыши. Это стандартные смартфоны, которые, кажется, слышат до предела, налагаемого их фильтрами сглаживания.

Нет. «Активные» колонки с собственным источником питания и усилителем обычно имеют фильтры, которые снижаются выше 22 кГц. Они не предназначены для излучения ультразвука, а фильтрация предназначена для устранения наведенного шума от других источников.

Возможно, вы сможете получить очень слабый ультразвук из небольшого пассивного динамика, но, опять же, он не предназначен для частот выше звука.

Лучше всего попробовать. Я сделал это дважды, один раз в девяностых, с примитивным магнитным «динамиком для ПК» той эпохи, второй раз совсем недавно с низкочастотными динамиками, встроенными в ноутбук. Это довольно захватывающий опыт, когда два человека слушают бок о бок, и один слышит идеальное молчание, а другой слышит невыносимо громкий, высокий звук.

Некоторые выводы, которые меня удивили:

• Даже среди подростков разница в пороговых частотах огромна. Люди, которые не считают себя людьми с нарушениями слуха, обычно имеют пороговые значения, такие как 10 кГц, 14 кГц, 16 кГц, редко намного больше.
• Пороговые значения, как правило, намного ниже, чем предел в учебнике в 20 кГц.
• Критерии имеют значение. Способность обнаружить непрерывный звук сложнее, чем способность обнаружить звук, который включается и выключается. Но это имеет значение только тогда, когда вы очень близки к своему порогу.
• Форма волны имеет значение (немного).
• Даже легкий фоновый шум имеет значение (немного).
• При этом верхний порог определяется гораздо лучше, чем нижний. Другими словами, над звуковым диапазоном тишина и вибрация под звуковым диапазоном. Это относится к достаточно молодым, здоровым людям.

Как вы можете видеть (э-э, слышать), «ультразвук» - это очень субъективное понятие, и его могут испускать даже самые дешевые колонки общего назначения.

Из одной бумаги с конкретными цифрами, найденной в результате поиска того, что предложил Бен Фойгт, картина довольно смешанная. Несмотря на то, что ЦАП современной звуковой карты может выдавать 96 кГц [при частоте дискретизации 192 кГц], не ждите, что средние динамики ноутбука будут намного выше 25 кГц при заметной громкости (в этом смысле, даже если вы используете ультразвук). способный микрофон).

Нам сообщили, что этот ноутбук T400 имел «Аудио контроллер HD 82801I (семейство ICH9) корпорации Intel» и что,

Ранее проведенные тесты на ноутбуке Lenovo T410 с аудиокодеком Conexant 20585 (с ЦАП 192 кГц / 96 кГц АЦП) показали очень похожие результаты.

Но это только пара компьютерных (динамических) моделей.

Помимо использования ультразвука, генерируемого динамиками, для скрытой связи, другое интересное применение - ультразвуковой сонар; это используется для проверки, находится ли пользователь (или нет) перед компьютером [используя различия в отраженном ультразвуке]. Кандидатская диссертация по этой последней теме более интересна для нашего вопроса, потому что она опробовала пару тысяч пользовательских машин для излучения / приема синусоидального сигнала 22 кГц; в этом случае запись была сделана с любым микрофоном, который был у пользователя, поэтому эти цифры являются консервативными, поскольку речь идет только о излучении этого тона 22 кГц.

Тезис также имеет график для белого шума [который может измерять несколько частот], но автор говорит, что он не очень уверен в результатах, полученных таким образом из-за наложения.

Та же проблема генерации низких ультразвуковых частот была изучена для динамиков мобильных телефонов с целью использования ультразвука для обнаружения изменений положения внутри помещения с помощью трилатерации. Интересным моментом является то, что, в зависимости от оборудования, динамики мобильного телефона могут вести себя плохо (вызывать алиасинг), если вы пытаетесь излучать некоторые ультразвуковые частоты слишком громко:

Если громкость установлена ​​слишком высокой, мобильные телефоны будут генерировать много шума в широком диапазоне частот в слышимом диапазоне при попытке генерировать один из сигналов. Для iPhone это происходит только с частотой 21,5 и 22 кГц, но для Hero и Navigator это происходит на всех протестированных частотах. Только HTC G1 оказался почти полностью невосприимчивым к этой проблеме. По мере уменьшения громкости эта проблема исчезает и в какой-то момент исчезает. Например, в HTC Hero это происходит при объеме файла около 80% при максимальной громкости устройства. С iPhone шум на 21,5 и 22 кГц исчезает полностью около 20% объема файла, а максимальный объем устройства - 2.

В статье также есть несколько спректрограмм для этих телефонов (которые я не буду здесь воспроизводить, потому что у них есть один график на телефон.) И более подробное обсуждение шума и алиасов, чем то, что я цитировал выше. Суть в том, что, хотя вы можете излучать ультразвук, в зависимости от аппаратного обеспечения, вы можете не получить именно ту частоту, которую вы хотели / запрограммировали, и в некоторых случаях выходной сигнал может быть очень шумным, включая слышимый шум.

Таким образом, для 22-25 кГц (которые считаются низкими ультразвуковыми частотами), он, кажется, работает достаточно хорошо (как на достаточно громкой) для большинства машин / динамиков, которые вы можете там найти, хотя, возможно, со звуковыми артефактами на некоторых установках. Для более высоких ультразвуковых частот, кто знает ... Данные на ноутбуке T400 говорят о том, что он вряд ли будет работать хорошо / достаточно громко при частотах выше 25 кГц, но я не смог найти исследование, в котором бы отбиралось больше машин. Я также нашел другую бумагу для ультразвукового сонара, которая использовала 40 кГц в качестве выбранной частоты; в то время как он использовал обычное оборудование звуковой карты 96 кГц, он использовал специализированный ультразвуковой пьезодинамик ( 400ST ) на этой частоте; Я предполагаю, что они не стали бы беспокоиться об этом, если бы обычные компьютерные колонки были достаточно надежными / громкими на этой частоте.

Очевидно, насколько далеко выше слышимый диапазон зависит от модели динамика, но общий ответ - ДА.

Дальнейшее чтение (поиск в Google):

• Скрытая акустическая сеть

Вы можете сделать это с помощью веб-аудиосистемы из мобильного браузера, перейдя в живую.

Для этого вы можете использовать микрофон, похожий на встроенную мобильную систему. Почему микрофон - это микрофон со стороны приемника, и он действует как динамик с противоположной стороны, что хорошо для ультразвука.

Кстати, вы должны удалить фильтр из прямой трансляции из вашей веб-аудиосистемы, чтобы использовать ультра-звук.