Können Computerlautsprecher Ultraschall aussenden?

Können Computerlautsprecher Ultraschall aussenden? Was ist die maximale Frequenz, die Computerlautsprecher erzeugen können?

Im Allgemeinen ja (sowohl durch Theorie als auch durch Experiment bestätigt), obwohl dies wahrscheinlich nicht so effektiv ist, wie sie die Frequenzen senken können.

Es gibt drei Hauptfaktoren:

1) Die maximale Frequenz, die vom DAC Ihrer Quelle und den zugehörigen Anti-Aliasing-Filtern erzeugt werden kann. Dies liegt normalerweise etwas unter der Nyquist-Frequenz für Ihre effektive Abtastrate. Wie weit hängt von der Schärfe der Filter ab. Es kann auch falsche Ausgaben geben, die auf mehreren (mehreren) der Abtastrate zentriert sind, aber diese werden normalerweise absichtlich unterdrückt (und für die meisten modernen DACs ist die tatsächliche Abtastrate der Konvertierung ein Vielfaches der Eingangsrate). Sofern Sie nicht über ein 96-Ksps-System verfügen, das mit Filtern ausgestattet ist, um dieses Potenzial auszuschöpfen (anstelle der Standard-Datenrate von 96 Ksps, aber Aliasing-Filter, die immer noch für ein 48-Ksps-System ausgelegt sind), wird dies wahrscheinlich Ihre primäre Grenze sein.

2) Die maximale Frequenz, die den Leistungsverstärker durchläuft. Für ein traditionelles analoges Design ist dies eher ein Rolloff als eine scharfe Grenze. Ein "Klasse D" -Verstärker oder etwas mit digitaler Verarbeitung kann jedoch seine eigenen Abtasteffekte einführen und seine eigenen strengen Filter haben, um diese abzuschirmen.

3) Die tatsächliche Wandlerantwort und bis zu einem gewissen Grad ihre akustische Umgebung. Normale Moving-Coil-Mitteltöner sind nicht einmal für den oberen Bereich des menschlichen Hörbereichs ausgelegt, erzeugen jedoch in der Regel auch darüber hinaus eine gewisse Leistung. Im Gegensatz dazu könnten Piezo-Wandler unterschiedlicher Größe Resonanzspitzen bei hohen Frequenzen aufweisen und dort tatsächlich mehr Leistung erzeugen als bei niedrigeren.

Wenn Sie vorhaben, mit Consumer-Audiokomponenten mit geringem Ultraschall zu spielen, liegt Ihre Herausforderung im Allgemeinen eher auf der Empfangsseite als auf der Sendeseite, da die gängigsten Kondensatormikrofone im Wesentlichen zwischen 15 und 20 KHz abrollen einige der kleineren arbeiten höher). Im Gegensatz dazu sind Silizium-MEMS-Sensoren mit analogem Ausgang häufig für viel höhere Frequenzen geeignet und werden in Fledermausdetektoren off-label verwendet. Diese sind Standard bei Smartphones, die anscheinend bis zu dem durch ihre Anti-Aliasing-Filter vorgegebenen Grenzwert hören.

Nein. "Aktive" Lautsprecher mit eigenem Netzteil und Verstärker enthalten normalerweise Filter, die über 22 kHz abrollen. Sie sind nicht dafür ausgelegt, Ultraschall zu emittieren, und die Filterung dient dazu, induziertes Rauschen von anderen Quellen zu eliminieren.

Möglicherweise können Sie einen sehr schwachen Ultraschall aus einem kleinen passiven Lautsprecher herausholen, aber auch dieser ist nicht für Frequenzen über Audio ausgelegt.

Es ist am besten ausprobiert. Ich habe zweimal, einmal in den neunziger Jahren, mit dem primitiven magnetischen "PC-Lautsprecher" der damaligen Zeit gearbeitet, zum zweiten Mal in jüngerer Zeit mit in einen Laptop eingebetteten Low-End-Lautsprechern. Es ist eine ziemlich aufregende Erfahrung, wenn zwei Menschen nebeneinander zuhören und einer die perfekte Stille hört, während der andere ein unerträglich lautes, hohes Geräusch hört.

Einige Ergebnisse, die mich überrascht haben:

• Selbst bei Teenagern ist die Varianz der Schwellenfrequenzen enorm. Menschen, die sich nicht als hörgeschädigt betrachten, haben normalerweise Schwellenwerte wie 10 kHz, 14 kHz, 16 kHz, selten viel mehr.
• Die Schwellenwerte liegen im Allgemeinen weit unter der Lehrbuchgrenze von 20 kHz.
• Kriterien sind wichtig. Es ist schwieriger, einen kontinuierlichen Ton zu erkennen, als einen Ton zu erkennen, der ein- und ausgeschaltet wird. Dies ist jedoch nur dann von Bedeutung, wenn Sie sich sehr nahe an Ihrer Schwelle befinden.
• Wellenformform ist wichtig (ein wenig).
• Auch leichte Hintergrundgeräusche sind wichtig (ein wenig).
• Trotzdem ist die obere Schwelle viel besser definiert als die untere Schwelle. Mit anderen Worten, es herrscht Stille über dem Schallbereich und es gibt Vibrationen unter dem Schallbereich. Dies gilt für ausreichend junge, gesunde Menschen.

Wie Sie sehen (ähm, hören) können, ist "Ultraschall" ein sehr subjektives Konzept, und selbst die billigsten Allzwecklautsprecher können es ausstrahlen.

Aus einem Papier mit konkreten Zahlen, das bei der Suche nach den Vorschlägen von Ben Voigt gefunden wurde, ist das Bild ziemlich gemischt. Während der DAC einer modernen Soundkarte durchaus 96 kHz [bei 192 kHz Abtastung] ausgeben kann, halten Sie nicht den Atem an, damit die durchschnittlichen Laptop-Lautsprecher bei einer erkennbaren Lautstärke sehr weit über 25 kHz hinausgehen (dies bedeutet auch, wenn Sie Ultraschall verwenden). fähiges Mikrofon).

Uns wurde gesagt, dass dieser T400-Laptop einen "Intel Corporation 82801I (ICH9-Familie) HD-Audio-Controller" hatte und dass zusätzlich

Zuvor durchgeführte Tests mit einem Lenovo T410-Laptop mit dem Audio-Codec Conexant 20585 (mit 192-kHz-DAC / 96-kHz-ADC) haben sehr ähnliche Ergebnisse gezeigt.

Dies sind jedoch nur einige Computer- (Lautsprecher-) Modelle.

Neben der Verwendung von lautsprechergeneriertem Ultraschall für die verdeckte Kommunikation ist eine weitere interessante Anwendung das Ultraschallsonar. Dies wird verwendet, um zu testen, ob sich der Benutzer vor dem Computer befindet (oder nicht) [indem die Unterschiede im reflektierten Ultraschall ausgenutzt werden]. Eine Doktorarbeit zu diesem letzteren Thema ist für unsere Frage hier interessanter, da sie einige tausend Anwendermaschinen zum Senden / Empfangen eines 22-kHz-Sinuswellensignals abgetastet hat. Die Aufnahme wurde in diesem Fall mit jedem Mikrofon des Benutzers durchgeführt, daher sind diese Zahlen konservativ, was die Emission dieses 22-kHz-Tons betrifft.

Die Arbeit enthält auch ein Diagramm für weißes Rauschen [das mehrere Frequenzen messen kann], aber der Autor sagt, er sei nicht sehr zuversichtlich, welche Ergebnisse aufgrund von Aliasing auf diese Weise erzielt wurden.

Das gleiche Problem der Erzeugung niedriger Ultraschallfrequenzen wurde für Mobiltelefonlautsprecher untersucht, um mithilfe von Ultraschall Positionsänderungen in Innenräumen über Trilateration zu erfassen. Ein interessanter Aspekt ist, dass sich die Lautsprecher von Mobiltelefonen je nach Hardware schlecht verhalten können (Aliasing verursachen), wenn Sie versuchen, einige Ultraschallfrequenzen zu laut auszusenden:

Wenn die Lautstärke zu hoch eingestellt ist, erzeugen Mobiltelefone in einem weiten Frequenzbereich im hörbaren Bereich viel Rauschen, wenn sie versuchen, eines der Signale zu erzeugen. Für das iPhone geschieht dies nur mit 21,5 und 22 KHz, für Hero und Navigator jedoch bei allen getesteten Frequenzen. Nur das HTC G1 schien gegen dieses Problem fast vollständig immun zu sein. Wenn die Lautstärke verringert wird, verschwindet dieses Problem und verschwindet irgendwann. Bei HTC Hero geschieht dies beispielsweise bei einem Dateivolumen von ca. 80% bei maximalem Gerätevolumen. Bei iPhone-Rauschen bei 21,5 und 22 kHz verschwindet das Dateivolumen um 20% und das maximale Gerätevolumen vollständig - 2.

Das Papier enthält auch einige Korrekturprogramme für diese Telefone (die ich hier nicht wiedergeben werde, da sie ein Diagramm pro Telefon enthalten.) Und eine ausführlichere Beschreibung von Rauschen und Aliasing als das, was ich oben zitiert habe. Das Fazit scheint zu sein, dass Sie zwar je nach Hardware Ultraschall abgeben können, aber möglicherweise nicht genau die Frequenz erhalten, die Sie möchten / programmieren, und dass der Ausgang in einigen Fällen sehr laut sein kann, einschließlich hörbarer Geräusche.

Für 22-25 kHz (die als niedrige Ultraschallfrequenzen gelten) scheint es für die meisten Maschinen / Lautsprecher, die Sie dort herausfinden können, gut genug (wie laut genug) zu funktionieren, obwohl es bei einigen Setups möglicherweise hörbare Artefakte gibt. Für höhere Ultraschallfrequenzen, wer weiß ... Die Daten des T400-Laptops legen nahe, dass es unwahrscheinlich ist, dass es gut / laut genug höher als 25 kHz funktioniert, aber ich konnte keine Studie finden, in der mehr Maschinen abgetastet wurden. Ich fand auch ein anderes Ultraschall- Sonarpapier, das 40 kHz als gewählte Frequenz verwendete; Während normale 96-kHz-Soundkartenhardware verwendet wurde, entschied man sich für einen speziellen Ultraschall-Piezo-Lautsprecher ( 400ST ) mit dieser Frequenz. Ich vermute, dass sie sich nicht darum gekümmert hätten, wenn gewöhnliche Computerlautsprecher bei dieser Frequenz zuverlässig / laut genug gewesen wären.

Wie weit über dem hörbaren Bereich liegt, hängt natürlich vom Lautsprechermodell ab, aber die allgemeine Antwort lautet JA.

Weiterführende Literatur (Google-Suche):

• Verdeckte akustische Vernetzung

Sie können dies tun, indem Sie ein Web-Audiosystem von Ihrem mobilen Browser aus verwenden, indem Sie live gehen.

Dafür können Sie ein Mikrofon verwenden, das dem eingebauten mobilen System ähnelt. Warum Mikrofon ist es ein Mikrofon von der Empfängerseite und es fungiert als Lautsprecher von der gegenüberliegenden Seite, was gut für Ultraschall ist.

Übrigens müssen Sie den Filter aus Ihrem Web-Audiosystem entfernen, um Ultraschall verwenden zu können.