电脑音箱能发出超声波吗?

电器工程 声音 扬声器 超声波
2022-01-31 19:15:12

电脑音箱能发出超声波吗?电脑音箱能产生的最大频率是多少?

4个回答

一般来说,是的(由理论和实验证实)虽然可能不如他们降低频率那么有效。

有三个主要因素:

1) 源的 DAC 和相关的抗混叠滤波器可以产生的最大频率。对于您的有效采样率,这通常略低于奈奎斯特频率,多远取决于滤波器的清晰度。也可能存在以采样率倍数为中心的杂散输出,但这些通常会被有意抑制(对于大多数现代 DAC,实际转换采样率是输入的许多倍)。 除非您有一个 96 Ksps 系统,该系统设计有过滤器来释放这种潜力(而不是更标准的 96 Ksps 数据速率,但混叠过滤器仍然为 48 Ksps 设计),这可能是您的主要限制。

2) 通过功率放大器的最大频率。对于传统的模拟设计,这更像是一个滚降而不是一个急剧的限制。但是,“D 类”放大器或具有数字处理功能的东西可能会引入自己的采样效果,并有自己的严格过滤器来屏蔽这些效果。

3) 实际的换能器响应,以及在一定程度上它的声学环境。普通的动圈中音扬声器甚至不是为人类听觉范围的顶部而设计的,但它们通常仍会产生一些甚至超出它的输出。相比之下,各种尺寸的压电换能器可能在高频处产生共振峰,实际上在那里产生的功率比在低频处产生的功率更大。

作为一般评论,如果您打算使用消费类音频组件来播放低超声,您的挑战可能更多的是接收端而不是发送端,因为最常见的电容式麦克风在 15-20 KHz 之间大幅下降(尽管一些较小的工作得更高)。相比之下,模拟输出硅 MEMS 传感器通常适用于更高的频率,用于蝙蝠探测器中的标签外。这些是智能手机的标准配置,似乎可以听到其抗锯齿过滤器施加的限制。

不会。带有自己的电源和放大器的“有源”扬声器通常会在其中包含 22kHz 以上滚降的滤波器。它们并非设计为能够发射超声波,并且过滤器可以消除来自其他来源的感应噪声。

您可能可以从小型无源扬声器中获得非常微弱的超声波,但它又不是为高于音频的频率而设计的。

最好尝试一下。我做了两次,一次是在九十年代,使用那个时代的原始磁性“PC 扬声器”,第二次是最近嵌入笔记本电脑的低端扬声器。当两个人并排聆听时,一个人听到完美的寂静,而另一个人听到难以忍受的高音噪音,这是一种非常令人兴奋的体验。

一些令我惊讶的发现:

  • 即使在青少年中,阈值频率的差异也很大。不认为自己听力受损的人通常具有诸如 10KHz、14KHz、16KHz 之类的阈值,很少有更多。
  • 阈值通常远低于 20 KHz 的教科书限制。
  • 标准很重要。能够发现连续的声音比能够检测到时断时续的声音更难。但这仅在您非常接近阈值时才重要。
  • 波形形状很重要(有点)。
  • 即使是轻微的背景噪音也很重要(有点)。
  • 综上所述,上限比下限定义得更好。换句话说,在音域之上有寂静,在音域之下有振动。这适用于足够年轻、健康的人。

如您所见(呃,听到),“超声波”是一个非常主观的概念,即使是最便宜的通用扬声器也可以发出它。

通过搜索 Ben Voigt 的建议,一篇有具体数字的论文中发现,情况好坏参半。虽然现代声卡的 DAC 可以很好地输出 96kHz [在 192kHz 采样时],但不要屏住呼吸,让普通笔记本电脑扬声器以可识别的音量远远超过 25kHz(这意味着即使您使用超声波-麦克风)。

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我们被告知这台 T400 笔记本电脑有一个“英特尔公司 82801I(ICH9 系列)高清音频控制器”,此外,

之前使用配备科胜讯 20585 音频编解码器(带有 192 kHz DAC / 96 kHz ADC)的联想 T410 笔记本电脑进行的测试显示了非常相似的结果。

但这些只是几个计算机(扬声器)模型。

除了使用扬声器产生的超声波进行隐蔽通信外,另一个有趣的应用是作为超声波声纳。这用于测试用户是否位于(或不在)计算机前[通过利用反射超声的差异]。关于后一个主题的博士论文对 我们这里的问题更有趣,因为它对几千台用户机器进行了采样,用于发射/接收 22 kHz 正弦波信号;在这种情况下,录音是使用用户使用的任何麦克风完成的,因此这些数字仅就 22kHz 音调的发射而言是保守的。

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该论文还有一张白噪声图[可以测量多个频率],但作者表示,由于混叠,他对通过这种方式获得的结果不太有信心。

针对手机扬声器研究了相同的低超声波频率生成问题,目的是使用超声波通过三边测量检测室内定位变化。一个有趣的地方是,根据硬件的不同,如果您尝试发出太大声的超声波频率,手机扬声器可能会表现不佳(导致混叠):

如果音量设置得太高,手机在尝试生成其中一个信号时,会在可听范围内的很宽频率范围内产生大量噪音。对于 iPhone,这仅在 21.5 和 22 KHz 时发生,但对于 Hero 和 Navigator,这发生在所有测试频率上。只有 HTC G1 似乎几乎完全不受这个问题的影响。随着音量的降低,这个问题会逐渐消失,并在某个时候消失。例如,对于 HTC Hero,在最大设备音量下文件音量约为 80% 时会发生这种情况。在 21.5 和 22 KHz 的 iPhone 噪音下,大约 20% 的文件音量和设备音量最大 - 2 完全消失。

这篇论文也有一些关于这些手机的频谱图(我不会在这里复制,因为它们每部手机都有一个图表。)以及比我上面引用的更详细的噪声和混叠讨论。底线似乎是,虽然您可以发出一些超声波,但取决于硬件,您可能无法准确获得您想要/编程的频率,并且在某些情况下输出可能非常嘈杂,包括可听噪声。

因此,对于 22-25kHz(被认为是低超声波频率),对于您可以在那里找到的大多数机器/扬声器来说,它似乎工作得足够好(因为声音足够大),尽管在某些设置上可能会出现听得见的伪影。对于更高的超声波频率,谁知道呢...... T400 笔记本电脑数据表明它不太可能在高于 25kHz 的频率下工作得很好/足够响亮,但我找不到对更多机器进行采样的研究。我还发现了另一张使用 40kHz 作为其选择频率的超声波声纳纸;虽然它使用常规的 96 kHz 声卡硬件,但它使用了该频率的专用超声波压电扬声器(400ST);我的猜测是,如果普通的电脑扬声器在这个频率下足够可靠/响亮,他们就不会为此烦恼。