¿Pueden los altavoces de la computadora emitir ultrasonido?

¿Pueden los altavoces de la computadora emitir ultrasonido? ¿Cuál es la frecuencia máxima que pueden producir los altavoces de la computadora?

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 antisolapamiento asociados. Esto suele estar 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 de la frecuencia de muestreo, pero por lo general se suprimen intencionalmente (y para la mayoría de los DAC modernos, la frecuencia de muestreo de conversión real 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 alias aún están diseñados para uno de 48 Ksps), este será probablemente 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 agudo. Sin embargo, un amplificador de "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 incluso para la parte superior del rango de audición humana, pero generalmente seguirán produciendo algo de salida incluso más allá. Por el contrario, los transductores piezoeléctricos de varios tamaños podrían tener picos resonantes a altas frecuencias, y en realidad producen más potencia allí que en los más bajos.

Como comentario general, si planea tocar con ultrasonido bajo utilizando componentes de audio de consumo, su desafío puede ser más en el lado receptor que en el emisor, ya que los micrófonos de condensador más comunes se despliegan sustancialmente entre 15-20 KHz (aunque algunos de los más pequeños trabajan más alto). Por el contrario, los sensores MEMS de silicio de salida analógica a menudo son buenos para frecuencias mucho más altas, y se usan fuera de etiqueta en 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 desenrollarán 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 pueda obtener un ultrasonido muy débil de un pequeño altavoz pasivo, pero nuevamente no está diseñado para frecuencias superiores al audio.

Es mejor probarlo. Lo hice dos veces, una vez en los noventa, con el primitivo "altavoz de PC" magnético de la época, la segunda vez más recientemente con altavoces de gama baja integrados en una computadora portátil. Es una experiencia bastante emocionante cuando dos personas escuchan juntas y una escucha el silencio perfecto, mientras que la otra escucha un ruido insoportablemente alto y agudo.

Algunos hallazgos que me sorprendieron:

• Incluso entre los adolescentes, la variación de las frecuencias umbral es enorme. Las personas que no se consideran personas con discapacidad auditiva suelen tener umbrales como 10KHz, 14 KHz, 16 KHz, rara vez mucho más.
• Los umbrales son generalmente mucho más bajos que el límite de los libros de texto de 20 KHz.
• Los criterios son importantes. Ser capaz de detectar un sonido continuo es más difícil que detectar un sonido que se enciende y se apaga. Pero esto solo importa cuando estás muy cerca de tu umbral.
• La forma de la onda importa (un poco).
• Incluso el ruido de fondo leve importa (un poco).
• Dicho todo esto, el umbral superior está mucho mejor definido que el umbral inferior. En otras palabras, hay silencio por encima del rango de sonido, y hay vibración debajo del rango de sonido. Esto se aplica a personas suficientemente jóvenes y saludables.

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

De un artículo que tenía números concretos, encontrado al buscar lo que Ben Voigt sugirió, la imagen es bastante confusa. Si bien el DAC de una tarjeta de sonido moderna puede generar 96kHz [a una muestra de 192kHz], no contenga la respiración para que los parlantes promedio de las computadoras portátiles superen los 25kHz a un volumen perceptible (en ese sentido, incluso si usa un ultrasonido) Micrófono capaz).

Se nos dice que esta computadora portátil T400 tenía un "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 (altavoz).

Además de utilizar ultrasonido generado por el altavoz para comunicaciones encubiertas, otra aplicación interesante es como un sonar ultrasónico; esto se usa para probar si 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 tomó muestras de 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.

La tesis también tiene un gráfico para el ruido blanco [que puede medir múltiples frecuencias], pero el autor dice que no tiene mucha confianza en los resultados obtenidos de esa manera debido al alias.

El mismo problema de la generación de baja frecuencia ultrasónica se estudió para los altavoces de teléfonos móviles con la intención de usar ultrasonido para detectar cambios de posicionamiento en interiores a través de la trilateración. Una parte interesante es que, dependiendo del hardware, los altavoces de los teléfonos móviles pueden comportarse mal (causar alias) si intenta emitir algunas frecuencias ultrasónicas demasiado altas:

Si el volumen se ajusta demasiado alto, los teléfonos móviles generarán mucho ruido en una amplia gama de frecuencias en el rango audible al intentar generar una de las señales. Para 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 disminuye el volumen, este problema se desvanece y en algún momento desaparece. Por ejemplo, con HTC Hero, esto sucede con alrededor del 80% del volumen del archivo al volumen máximo del dispositivo. Con el ruido del iPhone a 21.5 y 22 KHz desaparece por completo alrededor del 20% del volumen del archivo y el volumen máximo del dispositivo - 2.

El documento también tiene algunos esferogramas 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. La conclusión parece ser que, si bien puede emitir un poco de ultrasonido, dependiendo del hardware, es posible que no obtenga exactamente la frecuencia que desea / programada 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 lo suficientemente fuerte) 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 / lo suficientemente alto como para alcanzar los 25 kHz, pero no pude encontrar un estudio que muestreara más máquinas. También encontré otro papel de sonda ultrasónica que usaba 40 kHz como frecuencia elegida; Si bien utilizaba hardware de tarjeta de sonido de 96 kHz normal, optó por un altavoz piezoeléctrico ultrasónico especializado (el 400ST ) a esta frecuencia; Supongo que no se habrían molestado con eso si los parlantes de computadora convencionales fueran lo suficientemente confiables / fuertes a esta frecuencia.

Obviamente, qué tan por encima del rango audible varía con el modelo de altavoz, pero la respuesta general es SÍ.

Lectura adicional (búsqueda de google):

• Redes acústicas encubiertas

Puede hacerlo utilizando un sistema de audio web desde su navegador móvil en vivo.

Para eso, puede usar un micrófono similar al sistema móvil incorporado. Por qué el micrófono es un micrófono desde el lado del receptor y actúa como un altavoz desde el lado opuesto, lo que es bueno para el ultrasonido.

Por cierto, debes eliminar el filtro de tu sistema de audio web en vivo para usar el sonido ultra.