Ein generisches kommerzielles parametrisches Array maß in 3,5 Metern Entfernung 118 dB Ultraschall bei 40 kHz, mindestens 17 dB über dem Richtwert für die breite Öffentlichkeit, mit dem es verglichen wurde (Dolder et al., Proceedings of ICA 2019). Dieselbe Geräteklasse kann hörbaren Schall in einen nur 3 Grad breiten Strahl pressen (Pompei, JASA 1999), wandelt aber im Allgemeinen weniger als 0,15% ihrer Ultraschallleistung in hörbaren Schall um (Li et al., JASA 2023), und ihre Ausgabe sinkt um etwa 12 dB, jedes Mal wenn sich die Audiofrequenz halbiert (Zhong, Kirby und Qiu, JASA 2020). Dieser Zielkonflikt, ein enger Strahl, erkauft mit viel unhörbarer Energie, prägt die Technologie. Wir haben Daten aus dem Journal of the Acoustical Society of America, den APSIPA Transactions on Signal and Information Processing, von Health Canada, der ICNIRP, den MDPI-Zeitschriften Applied Sciences und Sensors, Nature Communications sowie aus Herstellerdokumentation zusammengetragen, die wir als Herstellerangaben kennzeichnen. Zur industriellen Seite der Ultraschallbelastung siehe unsere Statistiken zur Belastung durch industriellen Ultraschalllärm.
TL;DR
- Westervelts Aufsatz “Parametric Acoustic Array” von 1963 hat im Oktober 2026 812 Zitierungen in Crossref (Crossref-Metadaten für JASA Bd. 35, 1963).
- Die Trägerfrequenzen der hier betrachteten Geräte reichen von 27 kHz bis 90 kHz (Aoki, Kamakura und Kumamoto 1991; Ahn et al., Sensors 2019).
- Pompei senkte die Verzerrung von bis zu 50% THD auf 5% und behielt dabei einen Strahl von 3 Grad (JASA 1999).
- Die Strahlbreite kann sich in heißem, feuchtem Klima im Vergleich zu kaltem, trockenem Klima verdoppeln (Shi, Kajikawa und Gan, APSIPA 2014).
- Die hörbare Ausgabe fällt um etwa 12 dB, jedes Mal wenn sich die Audiofrequenz halbiert (Zhong, Kirby und Qiu, JASA 2020).
- Der Umwandlungswirkungsgrad von Ultraschall in Audio liegt im Allgemeinen unter 0,15% (Li et al., JASA 2023).
- Die Einseitenband-Modulation hielt die Verzerrung im gesamten Arbeitsbereich unter der 5%-Schwelle (-26 dB), während reines Zweiseitenband über -20 dB blieb (San Martin et al., Applied Sciences 2020).
- Health Canada erlaubt 110 dB in den Terzbändern von 25 bis 50 kHz (Safety Code 24, 1991).
- Ein kommerzielles Gerät maß 118 dB im 40-kHz-Band in 3,5 m und überschritt den ICNIRP-Richtwert für die Öffentlichkeit um mindestens 17 dB (Dolder et al., ICA 2019).
- Neun Hörer, die 40-kHz-Ultraschall mit bis zu 120 dB ausgesetzt waren, zeigten keine signifikanten Hörveränderungen gegenüber Kontrollpersonen (Carcagno et al., Acta Acustica 2019).
1. Von einer Theorie von 1963 zum Audio Spotlight: Wie das parametrische Array wuchs
Ein parametrisches Array ist eine Möglichkeit, Schall mit Schall zu erzeugen. Statt die Luft direkt bei Audiofrequenzen zu bewegen, sendet der Lautsprecher einen unhörbaren Ultraschallstrahl (den “Träger”) aus, dessen Stärke vom Audiosignal geformt wird. Luft reagiert bei so hohen Drücken nicht perfekt proportional (sie ist “nichtlinear”), sodass auf dem Weg des Strahls ein kleiner Teil des Ultraschalls wieder in hörbaren Schall zurückgewandelt wird, ein Vorgang namens Selbstdemodulation. Die Luftsäule vor dem Gerät verhält sich wie ein langes, unsichtbares Lautsprecher-Array, und genau das hält den hörbaren Schall schmal.
Die Idee brauchte 20 Jahre von der Theorie (1963) zum Lautsprecher (1983) und weitere 17 Jahre bis zu einem kommerziellen Produkt (2000, laut Hersteller). Westervelts Aufsatz von 1963 ist weiterhin der Ankerpunkt des Fachgebiets, mit 812 Zitierungen in Crossref, mehr als doppelt so viele wie die 287 Zitierungen des “audio spotlight”-Aufsatzes von 1983, der den Lautsprecher erstmals vorschlug (Crossref-Metadaten, abgerufen im Oktober 2026). Holosonics, das die Marke Audio Spotlight vertreibt, sagt, japanische Elektronikunternehmen hätten kommerzielle Versionen versucht und bis Ende der 1980er Jahre beinahe aufgegeben; das ist die eigene Firmengeschichte, keine unabhängige Aufzeichnung.
| Metrik | Wert | Quelle |
|---|---|---|
| Ursprünglicher Aufsatz zum parametrischen akustischen Array | 1963, JASA Bd. 35, S. 535 bis 537; 812 Crossref-Zitierungen | Westervelt, JASA 1963 |
| Theorie der Selbstdemodulation eines modulierten Ultraschallstrahls | 1965 | Berktay 1965, aufgeführt in Shi, Kajikawa und Gan, APSIPA 2014 |
| Erstes veröffentlichtes parametrisches Array in Luft | 1975, JASA Bd. 57, S. 562 bis 568; 112 Crossref-Zitierungen | Bennett und Blackstock, JASA 1975 |
| Erster parametrischer Lautsprecher (“the audio spotlight”) | 1983, JASA Bd. 73, S. 1532 bis 1536; 287 Crossref-Zitierungen | Yoneyama et al., JASA 1983 |
| Früher Forschungsprototyp: Projektorradius und Träger | Radius 21 cm, Träger 27 kHz | Aoki, Kamakura und Kumamoto, Electronics and Communications in Japan 1991 |
| Kommerzielle Audio-Spotlight-Systeme im Einsatz seit | 2000 | Firmengeschichte von Holosonics (Herstellerangabe) |
| Neuestes begutachtetes Design in dieser Zusammenstellung | Veröffentlicht am 22. Mai 2026, Träger 60 kHz, Platte 100 mm | Kim, Oh, Moon und Rho, Nature Communications 2026 |
Die jüngsten verfügbaren Daten für die historischen Zeilen sind zwangsläufig alt: Es sind die Gründungsaufsätze. Die Zitierungszahlen sind eine Momentaufnahme von Crossref vom 27. Oktober 2026 und wachsen jeden Monat.
2. Trägerfrequenzen: Von 27-kHz-Prototypen zu 90-kHz-MEMS-Arrays
Die Trägerfrequenz ist ein Kompromiss. Sie muss deutlich über der oberen Grenze des menschlichen Hörens liegen: Die mediane obere Hörgrenze liegt bei 17,9 kHz für 20- bis 29-Jährige und sinkt auf 12,8 kHz für 70- bis 79-Jährige (Lawton 2001, tabelliert in AGNIR, Health Effects of Exposure to Ultrasound and Infrasound, 2010). Doch Luft dämpft Schall ungefähr mit dem Quadrat der Frequenz (Skinner, Groves und Hinders, Applied Acoustics 2019), und der AGNIR-Bericht sagt, dass sich Ultraschall oberhalb von etwa 300 kHz in Luft im Wesentlichen nicht ausbreitet. Das nutzbare Fenster ist daher schmal. 40 kHz ist der gängigste Forschungsträger, und der Nature-Communications-Aufsatz von 2026 nennt das Murata MA40S4S, ein handelsübliches Element mit fester Frequenz von 40 kHz, als Beispiel für die in Array-Lautsprechern verwendeten Strahler.
Eine höhere Trägerfrequenz verkleinert die Hardware. Bei 100 kHz beträgt die Wellenlänge nur 3,43 mm, wodurch ein koreanisches Team 672 mikromechanisch gefertigte Wandler auf einer Strahlfläche von 42 mm mal 52 mm für einen Prototyp in Smartphone-Größe unterbringen konnte (Ahn et al., Sensors 2019).
| Metrik | Wert | Quelle |
|---|---|---|
| Träger eines frühen parametrischen Forschungslautsprechers | 27 kHz | Aoki, Kamakura und Kumamoto 1991 |
| In den Beispielen zur Richtwirkungssteuerung verwendeter Träger, mit unterem und oberem Seitenband (die zusätzlichen Frequenzen, die das Audio tragen) | 40 kHz; unteres Seitenband 39 bis 28 kHz, oberes Seitenband 41 bis 52 kHz | Shi, Kajikawa und Gan, APSIPA 2014 |
| Zwei Primärtöne in einer Simulation eines längenbegrenzten Arrays (Aperturradius 0,3 m) | 47,5 kHz und 52,5 kHz | Skinner, Groves und Hinders, Applied Acoustics 2019 |
| Auslegungsträger eines parametrischen Metamaterial-Lautsprechers | 60 kHz | Kim et al., Nature Communications 2026 |
| Gemessener Träger an einem parametrischen Panel von 0,6 m mal 0,6 m | 64 kHz | Zhong, Kirby und Qiu, JASA 2020 |
| Angegebener Träger für den Holosonics-Folienwandler AS-24iX | Etwa 60 kHz (Herstellerangabe) | Produktseite Holosonics AS-24iX 2026 |
| Gemessene Resonanzen eines für mobile Geräte gebauten MEMS-Arrays | 83 kHz und 90 kHz | Ahn et al., Sensors 2019 |
| Frequenz, oberhalb der sich Ultraschall in Luft praktisch nicht mehr ausbreitet | Etwa 300 kHz | AGNIR RCE-14, 2010 |
Die unabhängige Messung von 64 kHz und der Wert von rund 60 kHz in der Herstellerdokumentation stimmen überein, was nahelegt, dass größere Folienwandler-Panels über den klassischen Punkt von 40 kHz hinausgewandert sind. Dieselben 40-kHz-Arrays sind auch das Arbeitspferd der akustischen Levitation, behandelt in unseren Statistiken zur akustischen Levitation.
3. Strahlbreite und Richtwirkung: Wie schmal ist der Spotlight?
Die Richtwirkung ist der Grund, warum man die Nachteile in Kauf nimmt. Weil der hörbare Schall entlang des Ultraschallstrahls entsteht, wird seine Breite hauptsächlich von der Ultraschall-Apertur und -Wellenlänge bestimmt und nicht von der viel längeren Audio-Wellenlänge. Pompeis MIT-Dissertation von 2002 beschreibt das parametrische Array als Quelle einer deutlich höheren Richtwirkung als herkömmliche Lautsprecher ähnlicher Größe, und der APSIPA-Überblick ergänzt, dass es mit einer kleineren Antriebseinheit einen ebenso schmalen Strahl übertragen kann. Pompei berichtete 1999 von einer Strahlbreite von 3 Grad, und selbst ein handtellergroßes MEMS-Array hielt seine Halbleistungs-Strahlbreite (der Winkel, innerhalb dessen der Pegel höchstens 3 dB unter dem Wert auf der Achse liegt) von 5 bis 10 kHz nahe 7 Grad.
Zwei Vorbehalte sind für reale Räume wichtig. Die Strahlbreite hängt vom Wetter ab: Die APSIPA-Autoren fanden, dass sie sich in heißem, feuchtem Klima im Vergleich zu kaltem, trockenem Klima verdoppeln kann, während sie bei einer relativen Luftfeuchte zwischen 40% und 80% nahezu konstant blieb. Und Schall leckt nach hinten: Beim von Zhong und Kollegen gemessenen 0,6-m-Panel war der Bereich hinter dem Gerät, in dem der 315-Hz-Pegel 35 dB überstieg, ungefähr kreisförmig mit einem Radius von etwa 1,3 m.
| Metrik | Wert | Quelle |
|---|---|---|
| Strahlbreite eines verzerrungsarmen parametrischen Luftschall-Arrays | 3 Grad | Pompei, JASA 1999 |
| Halbleistungs-Strahlbreite eines parametrischen MEMS-Arrays bei seinen Trägern von 83 und 90 kHz | Etwa 6 Grad | Ahn et al., Sensors 2019 |
| Halbleistungs-Strahlbreite desselben Arrays für hörbaren Schall bei 5 kHz und bei 10 kHz | 7,3 Grad und 7,1 Grad | Ahn et al., Sensors 2019 |
| Null-zu-Null-Strahlbreite (Winkel zwischen den ersten stillen Richtungen) eines parametrischen 8-Kanal-Arrays mit 40 kHz | 40 Grad | Shi, Kajikawa und Gan, APSIPA 2014 |
| Änderung der Strahlbreite, heißes und feuchtes Klima gegenüber kaltem und trockenem Klima | Kann sich verdoppeln | Shi, Kajikawa und Gan, APSIPA 2014 |
| Hörbarer Pegel bei 315 Hz, 0,1 m hinter dem Panel gegenüber 1,0 m davor | 45 dB gegenüber etwa 61,4 dB | Zhong, Kirby und Qiu, JASA 2020 |
| Angegebener Strahl des Holosonics AS-24iX | 5 Grad; 1,5 m mal 1,5 m bei einem typischen Hörabstand von 2 m (Herstellerangabe) | Produktseite Holosonics AS-24iX 2026 |
Der Unterschied zwischen vorne und hinten in der Zeile von Zhong beträgt rund 16 dB (61,4 minus 45), eine Zahl, die der Aufsatz selbst nicht nennt. Die Herstellerzeile zum Strahl sollte mit Vorsicht behandelt werden: Ein vollständiger 5-Grad-Kegel wäre in 2 m Entfernung nur etwa 0,17 m breit (2 x 2 m x tan 2,5 Grad), sodass die Werte von 5 Grad und 1,5 m auf derselben Seite nicht denselben Strahlrand beschreiben können (siehe den Daten-Hinweis).
4. Hörbare Ausgabe, Tiefenabfall und Umwandlungswirkungsgrad
Die Physik, die den Strahl schmal macht, entzieht auch den Bässen die Energie. Theorie und Messungen stimmen in einer Steigung von etwa 12 dB pro Oktave überein: Halbiert man die Audiofrequenz, verliert man ungefähr 12 dB Ausgabe, weshalb parametrische Lautsprecher unterhalb weniger hundert Hertz dünn klingen. Das Bild beim Wirkungsgrad ist noch krasser. Li und Kollegen berechneten, dass die hörbare Schallleistung mit dem Quadrat der Audiofrequenz und mit der Aperturgröße steigt, mit höherer Ultraschallfrequenz sinkt, und dass der Umwandlungswirkungsgrad von Ultraschall in Audio bei typischen Konfigurationen im Allgemeinen unter 0,15% liegt (Li, Zhong, Jing und Lu, JASA 2023).
Deshalb dominiert in Ingenieurarbeiten die Leistungsaufnahme, nicht die Lautstärke. Das koreanische MEMS-Team senkte den Verbrauch seines Systems mit einer Anpassungsschaltung von 6,65 W auf 3,25 W, verglichen mit den 65 bis 100 W Nennleistung, die es für herkömmliche parametrische Lautsprecher anführt, und erzeugte dennoch nur etwa 62 dB hörbaren Schall in 0,45 m.
| Metrik | Wert | Quelle |
|---|---|---|
| Gemessener Anstieg der hörbaren Ausgabe zwischen 300 und 1.500 Hz (40-kHz-Array) | Etwa 12 dB pro Oktave | San Martin, Tello, Valencia und Marzo, Applied Sciences 2020 |
| Rückgang der hörbaren Ausgabe bei Halbierung der Audiofrequenz | 12 dB | Zhong, Kirby und Qiu, JASA 2020 |
| Umwandlungswirkungsgrad von Ultraschall in Audio, typische Konfigurationen | Im Allgemeinen unter 0,15% | Li et al., JASA 2023 |
| Hörbarer Pegel (Differenzfrequenz) aus einer Ultraschall-Primärwelle von 125 dB, MEMS-Array, 0,45 m | Etwa 62 dB | Ahn et al., Sensors 2019 |
| Hörbarer Pegel am Ohr eines Kunstkopfs, parametrischer Lautsprecher gegenüber herkömmlichem Lautsprecher, für einen Hörtest eingestellt | 72,3 dBA gegenüber 72,4 dBA | Lee, Shimomura und Katsuura, Journal of Physiological Anthropology 2012 |
| Hörbares Band des Metamaterial-Designs von 2026, ausgelegt für einen Hörer in 0,5 m | 500 Hz bis 10 kHz (vier Oktaven) | Kim et al., Nature Communications 2026 |
| Angegebener Höchstpegel des Holosonics AS-24iX | 95 dB SPL bei 1 kHz; 90 W maximale Leistungsaufnahme (Herstellerangabe) | Produktseite Holosonics AS-24iX 2026 |
Die Autoren in Nature Communications räumen offen ein, dass der Pegel ihres Prototyps im Vergleich zu herkömmlichen Lautsprechern “relativ begrenzt” ist, und machen die “inhärent niedrige nichtlineare Umwandlungseffizienz” dafür verantwortlich. Bessere Wandler haben die zugrunde liegende Physik nicht verändert.
5. Klirrfaktor und Vorverarbeitung: Von 50% THD zu einstelligen Werten
Die Selbstdemodulation in Luft ist selbst ein nichtlinearer Vorgang, sodass eine einfache Amplitudenmodulation eines parametrischen Arrays zwar die lauteste Ausgabe liefert, aber auch eine starke zweite Harmonische. Ingenieure bekämpfen das durch Vorverarbeitung des Audiosignals vor der Modulation: Man zieht seine Quadratwurzel (Quadratwurzel-AM, SRAM), sendet nur ein Seitenband (Einseitenband-AM, SSB) oder nutzt modifizierte Verfahren (MAM). Der Modulationsgrad, geschrieben m, gibt an, wie stark das Audio den Träger variiert; eine tiefere Modulation ist lauter, aber stärker verzerrt. Pompei zeigte 1999, dass reine AM mit schmalbandigen Wandlern bis zu 50% Gesamtklirrfaktor (THD) erzeugte und dass Vorverarbeitung zusammen mit breitbandigen Wandlern ihn auf 5% senkte.
Die Hardware begrenzt weiterhin die Mathematik. Das 2020 getestete Array aus 49 Wandlern mit 16 mm hatte sein Maximum bei 40,9 kHz mit einer -3-dB-Bandbreite von nur 1,5 kHz, ein enges Fenster für die zusätzlichen Frequenzen, die Vorverarbeitungsverfahren zum Träger hinzufügen. Dasselbe Team merkte an, dass Trägerpegel über 120 dB selbst in 2 m Entfernung von solchen Arrays üblich sind, genug, um gewöhnliche Messmikrofone zu übersteuern; zum Vergleich mit herkömmlichen kleinen Treibern siehe unsere Statistiken zu Verzerrungen bei Smartphone-Lautsprechern.
| Metrik | Wert | Quelle |
|---|---|---|
| THD mit reiner AM und schmalbandigen Wandlern gegenüber nach Audio-Vorverarbeitung und breitbandigen Wandlern | Bis zu 50% gegenüber 5% | Pompei, JASA 1999 |
| Als bei Haushaltsgeräten allgemein akzeptabel geltender Verzerrungspegel | Unter -26 dB (5%) | San Martin et al., Applied Sciences 2020 |
| Verzerrung bei einfacher Zweiseitenband-AM | Über -20 dB im praktisch gesamten Bereich | San Martin et al., Applied Sciences 2020 |
| Einseitenband-AM (unteres oder oberes Seitenband) | Unter der Schwelle von -26 dB im gesamten Arbeitsbereich | San Martin et al., Applied Sciences 2020 |
| Vom empfohlenen Verfahren abgegebener hörbarer Pegel (modifizierte AM 1, m = 0,6) | 2 dB | San Martin et al., Applied Sciences 2020 |
| Restverzerrung im Band nach rekursiver Entzerrung, in der Simulation | -70 dB oder niedriger | Lee und Gan, IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing 2006 |
Es gibt keinen einzelnen Sieger. In der Studie von 2020 hatten Einseitenband-Verfahren die niedrigste harmonische Verzerrung, aber die schlechteste Intermodulationsverzerrung (die Verzerrung, die entsteht, wenn zwei Töne sich mischen), während Quadratwurzel-AM und modifizierte AM bei der Intermodulation am besten abschnitten. Harmonische oberhalb der zweiten waren in allen Verfahren vernachlässigbar. Jüngste verfügbare Daten für die Werte 50% und 5%: Pompei, JASA 1999.
6. Expositionsgrenzwerte für Luftultraschall: Was die Richtlinien erlauben
Ein parametrischer Lautsprecher funktioniert nur, wenn sein Ultraschall intensiv ist, daher sind seine Expositionsregeln wichtiger als bei jedem gewöhnlichen Lautsprecher. Die Grenzwerte werden pro Terzband festgelegt, einem Spektrumsausschnitt von einem Drittel Oktave Breite, benannt nach seiner Mittenfrequenz. Auffällig ist die Klippe bei 20 bis 25 kHz: Health Canada erlaubt 75 dB im 20-kHz-Band, aber 110 dB ab 25 kHz aufwärts, und die Tabelle merkt an, dass subjektive Effekte sofort auftreten können, sodass die Grenzwerte nicht von der Expositionsdauer abhängen (Health Canada, Safety Code 24, 1991).
Diese Zahlen sind alt und dünn belegt, und die Nachfolger ihrer Urheber sagen das auch. In ihrer Überprüfung von 2024 kam die ICNIRP zu dem Schluss, dass die IRPA-Grenzwerte von 1984 auf begrenzter Evidenz beruhen und sowohl zu hoch als auch zu niedrig sein könnten, dass eine formale Überarbeitung aber auf weitere Forschung warten müsse (ICNIRP-Stellungnahme zu Luftultraschall, 2024).
| Metrik | Wert | Quelle |
|---|---|---|
| Kanadischer Grenzwert, Terzbänder 16 kHz und 20 kHz | 75 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| Kanadischer Grenzwert, Terzbänder 25, 31,5, 40 und 50 kHz | 110 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| Kanadischer Grenzwert für den Gesamtschalldruckpegel an anderen Körperteilen bei getragenem Gehörschutz | 137 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| IRPA-Grenzwert 1984 für die breite Öffentlichkeit, 20-kHz-Band | 70 dB (5 dB unter den beruflichen 75 dB) | ICNIRP-Stellungnahme 2024 |
| IRPA-Grenzwert 1984 für die breite Öffentlichkeit, 25-kHz-Band und darüber | 10 dB unter den beruflichen 110 dB (100 dB) | ICNIRP-Stellungnahme 2024 |
| IRPA-Zuschlag für berufliche Exposition unter 1 Stunde | +9 dB (laut ICNIRP ohne Begründung) | ICNIRP-Stellungnahme 2024 |
| Ultraschallpegel, für die kein Hörverlust nachgewiesen ist | Unter 120 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| Pegel, oberhalb dessen beim Menschen akute schädliche Wirkungen auftreten | Ungefähr 155 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
Die OSHA-Leitlinie, seit 2004 in Kraft, erlaubte zusätzliche 30 dB auf die maximal zulässigen Pegel; sie wurde inzwischen aufgegeben (Acoustics Today, Herbst 2020, Exposure to Ultrasound in Air). Jüngste verfügbare Daten: Health Canada Safety Code 24, 1991, und die vorläufigen IRPA-Richtlinien, 1984, wie von der ICNIRP 2024 überprüft.
7. Gemessene Expositionen und Humanstudien in der Nähe von Ultraschallstrahlen
Ein veröffentlichtes Laborgutachten zu einem kommerziellen parametrischen Array ist nicht beruhigend. Bei Messungen auf der Achse in 3,5 m Entfernung in einem schalltoten Raum (ein Raum ohne Echos; siehe unsere Statistiken zu Tests im schalltoten Raum) fanden Dolder und Kollegen 118 dB im 40-kHz-Band, über jeder Richtlinie, mit der sie verglichen. Das Absenken der Verstärkung senkte die hörbare A-bewertete Ausgabe um 10 dB, das 40-kHz-Pumpsignal aber nur um 1 dB, sodass ein leiser klingender Strahl nicht zwangsläufig eine geringere Ultraschallbelastung bedeutet (Dolder et al., ICA 2019).
Die Humandaten sind spärlich und überwiegend ohne Befund. Eine Studie von 2019 setzte ein Ohr von neun jungen Hörern bis zu 120 dB Ultraschall bei 40 kHz aus und fand im Vergleich zu neun Kontrollpersonen keine signifikante funktionelle Veränderung (Carcagno, Di Battista und Plack, Acta Acustica united with Acustica 2019), und eine physiologische Studie mit neun Probanden in 0,3 m und 1,0 m Abstand von einem parametrischen 40-kHz-Lautsprecher fand keinen signifikanten Unterschied zu einem herkömmlichen Lautsprecher. Die Hörempfindlichkeit ist der Unsicherheitsfaktor: Die ICNIRP weist darauf hin, dass 40% der getesteten Kinder bei 26 kHz Schwellen unter 100 dB hatten.
| Metrik | Wert | Quelle |
|---|---|---|
| Ultraschall im 40-kHz-Band in 3,5 m Entfernung von einem kommerziellen parametrischen Array, hohe Verstärkung gegenüber niedriger Verstärkung | 118 dB gegenüber 117 dB | Dolder et al., ICA 2019 |
| Überschreitung des ICNIRP-Richtwerts für die breite Öffentlichkeit bei 40 kHz | Mindestens 17 dB (18 dB bei hoher Verstärkung) | Dolder et al., ICA 2019 |
| Überschreitung der beruflichen ICNIRP-Werte und der auf OSHA basierenden Werte bei 40 kHz, hohe Verstärkung | 8 dB und 3 dB | Dolder et al., ICA 2019 |
| Ultraschall von Arrays für haptisches Feedback bei etwa 40 kHz, in 60 cm und in 20 cm (zum Vergleich) | 125 dB und 155 dB | Battista 2019 und Lieber et al. 2019, tabelliert in Acoustics Today, Herbst 2020 |
| In einer Erhebung zur öffentlichen Exposition gemessene Quellen; Pegel eines Händetrockners bei 40 kHz | 16 Quellen; 84 dB | Fletcher et al., JASA 2018 |
| Design der Expositionsstudie: amplitudenmodulierter 40-kHz-Ton, Pegel und Dauer | 105, 110, 115 und 120 dB, 10 Minuten pro Pegel; 9 Exponierte gegenüber 9 Kontrollen; keine signifikanten Veränderungen | Carcagno et al., Acta Acustica 2019 |
| Physiologische Studie in der Nähe eines parametrischen 40-kHz-Lautsprechers: Probanden und Abstände | 9 Probanden in 0,3 m und 1,0 m; kein signifikanter Unterschied gegenüber einem herkömmlichen Lautsprecher | Lee, Shimomura und Katsuura 2012 |
| Von der ICNIRP zitierte Hörschwellen im Ultraschallbereich | 88 dB oder höher bei 24 kHz; 3 von 32 Ohren unter 100 dB bei 28 kHz; 40% der Kinder unter 100 dB bei 26 kHz | ICNIRP-Stellungnahme 2024 |
Der Test von Dolder deckt ein generisches Gerät unter Laborbedingungen ab; er belegt nicht, was ein Zuhörer an einer Museumsstation tatsächlich abbekommt. Der AGNIR-Bericht benannte die größere Lücke klar: Die Ultraschallexposition des Menschen ist, abgesehen von medizinischen Geräten, nicht gut quantifiziert. Jüngste verfügbare Daten: Dolder et al., 2019, und Carcagno et al., 2019.
Zusammenfassung: Parametrische akustische Arrays in Zahlen
| Metrik | Wert | Quelle |
|---|---|---|
| Crossref-Zitierungen von Westervelts Aufsatz zum parametrischen Array von 1963 | 812 | Crossref, JASA 1963 |
| Erster Aufsatz zu einem parametrischen Lautsprecher (“the audio spotlight”) | 1983 | Yoneyama et al., JASA 1983 |
| Bereich der Trägerfrequenzen der hier betrachteten Geräte | 27 kHz bis 90 kHz | Aoki et al. 1991; Ahn et al., Sensors 2019 |
| Gemessener Träger an einem Panel von 0,6 m mal 0,6 m | 64 kHz | Zhong, Kirby und Qiu, JASA 2020 |
| Strahlbreite eines verzerrungsarmen parametrischen Arrays | 3 Grad | Pompei, JASA 1999 |
| Null-zu-Null-Strahlbreite eines parametrischen 8-Kanal-Arrays mit 40 kHz | 40 Grad | Shi, Kajikawa und Gan, APSIPA 2014 |
| Änderung der Strahlbreite, heiß und feucht gegenüber kalt und trocken | Kann sich verdoppeln | Shi, Kajikawa und Gan, APSIPA 2014 |
| Verlust an hörbarer Ausgabe pro Halbierung der Audiofrequenz | Etwa 12 dB | Zhong, Kirby und Qiu, JASA 2020 |
| Umwandlungswirkungsgrad von Ultraschall in Audio | Im Allgemeinen unter 0,15% | Li et al., JASA 2023 |
| Hörbarer Pegel aus einer 125-dB-Primärwelle in 0,45 m | Etwa 62 dB | Ahn et al., Sensors 2019 |
| THD mit reiner AM und schmalbandigen Wandlern gegenüber nach Vorverarbeitung | Bis zu 50% gegenüber 5% | Pompei, JASA 1999 |
| Verzerrung bei einfacher Zweiseitenband-AM | Über -20 dB | San Martin et al., Applied Sciences 2020 |
| Hörbares Band eines parametrischen Metamaterial-Lautsprechers von 2026 | 500 Hz bis 10 kHz | Kim et al., Nature Communications 2026 |
| Kanadischer Grenzwert, Bänder von 25 bis 50 kHz | 110 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| IRPA-Grenzwert für die breite Öffentlichkeit, 20-kHz-Band | 70 dB | ICNIRP-Stellungnahme 2024 |
| Gemessener Ultraschall im 40-kHz-Band in 3,5 m von einem kommerziellen Gerät; Überschreitung des ICNIRP-Richtwerts für die Öffentlichkeit | 118 dB; mindestens 17 dB | Dolder et al., ICA 2019 |
| Höchster Expositionspegel in einer kontrollierten 40-kHz-Hörstudie (keine signifikanten Veränderungen) | 120 dB | Carcagno et al., Acta Acustica 2019 |
Methodik und Quellen
Wir führten 15 gezielte Suchen durch und lasen die Primärarbeiten, Normen und Behördendokumente direkt, über Verlagsseiten, PubMed Central, institutionelle Repositorien und die Metadatendienste Crossref und OpenAlex. Jede Zahl oben wurde während der Recherche für diese Aktualisierung in einer Quelle gelesen. Herstellerangaben sind als solche gekennzeichnet und machen in jedem Abschnitt nur eine Minderheit aus.
- Westervelt, “Parametric Acoustic Array”, JASA 1963 und Yoneyama et al., “The audio spotlight”, JASA 1983: Gründungsaufsätze; Zitierungszahlen aus den Crossref-Metadaten (Bennett und Blackstock, JASA 1975, ebenfalls aus Crossref).
- Shi, Kajikawa und Gan, “An overview of directivity control methods of the parametric array loudspeaker”, APSIPA Transactions on Signal and Information Processing 2014
- Pompei, “Beams of sound: A low-distortion airborne parametric array”, JASA 1999; Zusammenfassung von Pompeis MIT-Dissertation von 2002 für den Richtwirkungsvergleich.
- Li, Zhong, Jing und Lu, “A note on the audio sound power generated by a parametric array loudspeaker”, JASA 2023
- Zhong, Kirby und Qiu, “A non-paraxial model for the audio sound behind a non-baffled parametric array loudspeaker”, JASA 2020
- San Martin, Tello, Valencia und Marzo, “Experimental Evaluation of Distortion in Amplitude Modulation Techniques for Parametric Loudspeakers”, Applied Sciences 2020
- Ahn et al., “A Critical Step to Using a Parametric Array Loudspeaker in Mobile Devices”, Sensors 2019
- Kim, Oh, Moon und Rho, “Dual-domain metamaterials co-integrated with a compact ultrasonic transducer for highly directional audio generation”, Nature Communications 2026
- Skinner, Groves und Hinders, “Demonstration of a length limited parametric array”, Applied Acoustics 2019
- Aoki, Kamakura und Kumamoto, Electronics and Communications in Japan 1991, sowie Lee und Gan, IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing 2006 (Zusammenfassung und bibliografische Metadaten über Crossref und OpenAlex).
- Lee, Shimomura und Katsuura, “Physiological responses at short distances from a parametric speaker”, Journal of Physiological Anthropology 2012
- Dolder, Fletcher, Lloyd Jones, Lineton und Leighton, “Exposure levels for parametric arrays in light of guideline ambiguities”, Proceedings of ICA 2019
- Fletcher et al., “Public exposure to ultrasound and very high-frequency sound in air”, JASA 2018
- Carcagno, Di Battista und Plack, Acta Acustica united with Acustica 2019
- Health Canada, Safety Code 24: Guidelines for the Safe Use of Ultrasound, Part II, 1991
- ICNIRP, Validity of the 1984 Interim Guidelines on Airborne Ultrasound and Gaps in the Current Knowledge, Health Physics 2024
- UK Advisory Group on Non-ionising Radiation, RCE-14, Health Effects of Exposure to Ultrasound and Infrasound, 2010
- Acoustics Today, Herbst 2020, Expositionstabelle nach Leighton et al.
- Holosonics, Produktseite AS-24iX und Firmengeschichte, 2026: ausschließlich Herstellerangaben.
- Daten-Hinweis: Die Holosonics-Seite nennt sowohl einen Strahl von 5 Grad als auch eine Abdeckung von 1,5 m mal 1,5 m in 2 m Entfernung; ein voller Winkel von 5 Grad würde in dieser Entfernung nur etwa 0,17 m abdecken (2 x 2 m x tan 2,5 Grad), die beiden Zahlen verwenden also wahrscheinlich unterschiedliche Ränder oder Definitionen, und Skinner et al. zitieren eine weitere Holosonics-Angabe von etwa 2 m Strahlbreite in 4 m. Die Zusammenfassung von Ahn et al. bezeichnet den 83-kHz-Strahl als Welle der Differenzfrequenz, während der Ergebnisteil 83 und 90 kHz als Primärwellen behandelt; wir geben sie als Träger an. Die Zusammenfassung von Carcagno et al. erwähnt eine Gesamtdauer von 50 Sekunden, die im Widerspruch zu den 10 Minuten pro Pegel steht, daher geben wir nur den Wert pro Pegel an. Der IRPA-Wert für die Öffentlichkeit von 100 dB ab 25 kHz folgt der ICNIRP-Formulierung “10 dB unter dem beruflichen Wert” und deckt sich mit den 100 dB, die Dolder et al. für die Bänder 25, 31,5 und 40 kHz tabellieren. Die vorderen und hinteren 315-Hz-Pegel von Zhong et al. stammen aus ihren Modell- und Messabbildungen für ein einzelnes Panel und lassen sich möglicherweise nicht verallgemeinern. Keine der Quellen, die wir lesen konnten, nannte Luftabsorptionskoeffizienten für 40 bis 64 kHz, daher lässt diese Zusammenstellung sie weg. Die meisten Expositionsdaten stammen aus den Jahren 1991 bis 2019; die ICNIRP sagte 2024, ihre Richtlinien könnten noch nicht formal überarbeitet werden, sodass neue Grenzwerte die Abschnitte 6 und 7 ändern würden.
Zuletzt aktualisiert: 27. Oktober 2026. Wir aktualisieren diese Zusammenstellung vierteljährlich, und die nächste Aktualisierung wird erwartet, wenn die ICNIRP ihre nächste Leitlinie zu Luftultraschall veröffentlicht oder neue JASA-Messungen kommerzieller parametrischer Lautsprecher erscheinen.