¿Pueden los altavoces de la computadora emitir ultrasonido?

En general, sí (confirmado tanto por la teoría como por el experimento), aunque probablemente no sea tan eficaz como pueden reducir las frecuencias.

Hay tres factores principales:

1) La frecuencia máxima que puede producir el DAC de su fuente y los filtros anti-aliasing asociados. Esto suele ser un poco por debajo de la frecuencia de Nyquist para su frecuencia de muestreo efectiva, hasta qué punto dependerá de la nitidez de los filtros. También puede haber salidas espurias centradas en múltiples (s) de la frecuencia de muestreo, pero generalmente se suprimen intencionalmente (y para la mayoría de los DAC modernos, la tasa real de muestreo de conversión es muchas veces la entrada). A menos que tenga un sistema de 96 Ksps que esté diseñado con filtros para desbloquear ese potencial (en lugar de la velocidad de datos más estándar de 96 Ksps, pero los filtros de aliasing aún están diseñados para un 48 Ksps), probablemente este será su límite principal .

2) La frecuencia máxima que pasa a través del amplificador de potencia. Para un diseño analógico tradicional, esto será más una caída que un límite definido. Sin embargo, un amplificador "Clase D" o algo con procesamiento digital puede introducir sus propios efectos de muestreo y tener sus propios filtros estrictos para protegerlos.

3) La respuesta real del transductor y, en cierta medida, su entorno acústico. Los altavoces normales de rango medio de bobina móvil no están diseñados para alcanzar incluso la parte superior del rango de audición humana, pero en general aún producirán algo de salida incluso más allá de eso. En contraste, los transductores piezoeléctricos de varios tamaños podrían tener picos de resonancia a altas frecuencias y, en realidad, producir más potencia allí que en las más bajas.

Como comentario general, si planea jugar con ultrasonido bajo con componentes de audio de consumo, su desafío puede ser más en el lado de recepción que en el de envío, como los micrófonos de condensador más comunes. reduzca sustancialmente entre 15-20 KHz (aunque algunos de los más pequeños funcionan más alto). En contraste, los sensores MEMS de silicio con salida analógica a menudo son buenos para frecuencias mucho más altas, y se usan fuera de etiqueta en los detectores de murciélagos. Estos son estándar en los teléfonos inteligentes, que parecen escuchar hasta el límite impuesto por sus filtros anti-aliasing.

No. Los altavoces "activos" con su propia fuente de alimentación y amplificador generalmente tendrán filtros que se desplazan por encima de 22 kHz. No están diseñados para ser capaces de emitir ultrasonidos, y el filtrado está ahí para eliminar el ruido inducido de otras fuentes.

Es posible que puedas obtener un ultrasonido muy débil con un pequeño altavoz pasivo, pero de nuevo no está diseñado para frecuencias por encima del audio.

Es mejor probarlo. Lo hice dos veces, una vez en los años noventa, con el primitivo "parlante de PC" magnético de la era, la segunda vez más recientemente con parlantes de gama baja integrados en una computadora portátil. Es una experiencia muy emocionante cuando dos personas escuchan una al lado de la otra y una escucha el silencio perfecto, mientras que la otra escucha un ruido de un tono agudo y alto.

Algunos hallazgos que me sorprendieron:

• Incluso entre los adolescentes, la varianza de las frecuencias de umbral es enorme. Las personas que no se consideran personas con problemas de audición suelen tener umbrales como 10KHz, 14 KHz, 16 KHz, y rara vez mucho más.
• Los umbrales son generalmente mucho más bajos que el límite del libro de texto de 20 KHz.
• Los criterios son importantes. Poder detectar un sonido continuo es más difícil que detectar un sonido que se activa y desactiva. Pero esto solo importa cuando estás muy cerca de tu umbral.
• La forma de la forma de onda importa (un poco).
• Incluso el ruido de fondo suave importa (un poco).
• Dicho todo esto, el umbral superior está mucho mejor definido que el umbral inferior. En otras palabras, hay silencio sobre el rango de sonido y hay vibración debajo del rango de sonido. Esto se aplica a personas suficientemente jóvenes y sanas.

Como puede ver (er, escuchar), "ultrasonido" es un concepto muy subjetivo e incluso los altavoces de propósito general más baratos pueden emitirlo.

De un documento que tenía números concretos, se encontró al buscar lo que sugirió Ben Voigt, la imagen es bastante variada . Si bien el DAC de una tarjeta de sonido moderna puede generar 96 kHz [a 192 kHz de muestreo], no contenga la respiración para que los altavoces portátiles promedio vayan muy por encima de 25 kHz a un volumen discernible (por ese significado incluso si usa un ultrasonido). micrófono capaz).

SenosdicequeestacomputadoraportátilT400teníaun"Controlador de audio HD Intel Corporation 82801I (Familia ICH9)" y que, además,

  

Las pruebas realizadas anteriormente con una computadora portátil Lenovo T410 con el códec de audio Conexant 20585 (con 192 kHz DAC / 96 kHz ADC) han mostrado resultados muy similares.

Pero estos son solo un par de modelos de computadora (parlantes).

Además de usar ultrasonidos generados por altavoces para comunicaciones secretas, otra aplicación interesante es como un sonar ultrasónico; esto se utiliza para probar si el el usuario está ubicado (o no) frente a la computadora [explotando las diferencias en el ultrasonido reflejado]. Una tesis doctoral sobre este último tema es más interesante para nuestra pregunta aquí porque muestreaba un par de miles de máquinas de usuario para la emisión / recepción de una señal de onda sinusoidal de 22 kHz; La grabación se realizó en este caso con cualquier micrófono que tuviera el usuario, por lo que estas cifras son conservadoras en lo que respecta a la emisión de este tono de 22 kHz.

Latesistambiéntieneungráficoparaelruidoblanco[quepuedemedirmúltiplesfrecuencias],peroelautordicequenoestámuysegurodelosresultadosobtenidosdeesamaneradebidoalaliasing.

Seestudióelmismoproblemadegeneracióndebajafrecuenciaultrasónicapara altavoces de teléfonos móviles con la intención de utilizar ultrasonidos para detectar cambios de posicionamiento en interiores mediante trilateración. Un poco interesante es que, dependiendo del hardware, los parlantes de los teléfonos móviles pueden comportarse mal (causa de alias) si intenta emitir algunas frecuencias ultrasónicas demasiado altas:

  

Si el volumen es demasiado alto, se generarán teléfonos móviles.   Mucho ruido en un amplio rango de frecuencias en lo audible.   Rango al intentar generar una de las señales. por   iPhone esto sucede solo con 21.5 y 22 KHz, pero para   Hero y Navigator esto sucede en todas las frecuencias probadas.   Solo el HTC G1 parecía ser casi completamente inmune a este problema. A medida que el volumen disminuye, este problema se desvanece, y en algún momento   desaparece Por ejemplo con HTC Hero esto sucede en   alrededor del 80% del volumen de archivos en el volumen máximo del dispositivo.   Con el ruido del iPhone a 21.5 y 22 KHz desaparece.   Completamente alrededor del 20% del volumen de archivos y el volumen del dispositivo   máximo - 2.

El papel también tiene algunos sprectrograms para estos teléfonos (que no reproduciré aquí porque tienen un gráfico por teléfono) y una discusión más detallada sobre el ruido y el alias que lo que he citado anteriormente. El resultado final parece ser que, si bien puede emitir algunos ultrasonidos, dependiendo del hardware, es posible que no obtenga la frecuencia que deseaba / programara y la salida puede ser muy ruidosa en algunos casos, incluido el ruido audible.

Por lo tanto, para 22-25 kHz (que se consideran frecuencias ultrasónicas bajas) parece funcionar lo suficientemente bien (como en un volumen suficientemente alto) para la mayoría de las máquinas / altavoces que puede encontrar, aunque posiblemente con artefactos audibles en algunas configuraciones. Para frecuencias ultrasónicas más altas, quién sabe ... Los datos de la computadora portátil T400 sugieren que es poco probable que funcione bien o que suenen lo suficientemente alto a 25 kHz, pero no pude encontrar un estudio que muestre más máquinas. También encontré otro papel de sonda ultrasónica que utiliza 40kHz como su frecuencia elegida; Si bien usaba hardware de tarjeta de sonido de 96 kHz, usaba un altavoz piezo ultrasónico especializado (el 400ST ) a esta frecuencia; mi conjetura es que no se habrían molestado con eso si los altavoces de las computadoras comunes fueran lo suficientemente confiables / ruidosos a esta frecuencia.

Obviamente, la diferencia con respecto al rango audible varía con el modelo del altavoz, pero la respuesta general es SÍ.

Lecturas adicionales (búsqueda en google):

• Redes acústicas encubiertas