Typowa komercyjna macierz parametryczna zmierzyła 118 dB ultradźwięków 40 kHz z odległości 3,5 metra, co najmniej 17 dB powyżej wytycznych dla ogółu społeczeństwa, z którymi ją porównano (Dolder i in., Proceedings of ICA 2019). Ta sama klasa urządzeń potrafi zawęzić dźwięk słyszalny do wiązki szerokiej na zaledwie 3 stopnie (Pompei, JASA 1999), ale zamienia na dźwięk słyszalny zwykle mniej niż 0,15% swojej mocy ultradźwiękowej (Li i in., JASA 2023), a jej sygnał wyjściowy spada o około 12 dB za każdym razem, gdy częstotliwość audio zmniejsza się o połowę (Zhong, Kirby i Qiu, JASA 2020). Ten kompromis, wąska wiązka okupiona dużą ilością niesłyszalnej energii, definiuje tę technologię. Zebraliśmy dane z Journal of the Acoustical Society of America, APSIPA Transactions on Signal and Information Processing, Health Canada, ICNIRP, czasopism MDPI Applied Sciences i Sensors, Nature Communications oraz dokumentacji producentów, którą oznaczamy jako deklaracje producenta. Aby poznać stronę przemysłową ekspozycji na ultradźwięki, zobacz nasze statystyki ekspozycji na przemysłowy hałas ultradźwiękowy.
TL;DR
- Artykuł Westervelta z 1963 roku “Parametric Acoustic Array” ma 812 cytowań w Crossref według stanu na październik 2026 (metadane Crossref dla JASA t. 35, 1963).
- Częstotliwości nośne w omawianych tu urządzeniach obejmują zakres od 27 kHz do 90 kHz (Aoki, Kamakura i Kumamoto 1991; Ahn i in., Sensors 2019).
- Pompei obniżył zniekształcenia z maksymalnie 50% THD do 5%, zachowując wiązkę 3 stopnie (JASA 1999).
- Szerokość wiązki może się podwoić w gorącym, wilgotnym klimacie w porównaniu z zimnym, suchym (Shi, Kajikawa i Gan, APSIPA 2014).
- Słyszalny sygnał wyjściowy spada o około 12 dB za każdym razem, gdy częstotliwość audio zmniejsza się o połowę (Zhong, Kirby i Qiu, JASA 2020).
- Sprawność konwersji ultradźwięków na dźwięk jest zwykle niższa niż 0,15% (Li i in., JASA 2023).
- Modulacja jednowstęgowa utrzymała zniekształcenia poniżej progu 5% (-26 dB) w całym zakresie roboczym, podczas gdy zwykła dwuwstęgowa pozostała powyżej -20 dB (San Martin i in., Applied Sciences 2020).
- Health Canada dopuszcza 110 dB w pasmach tercjowych od 25 do 50 kHz (Safety Code 24, 1991).
- Urządzenie komercyjne zmierzyło 118 dB w paśmie 40 kHz z 3,5 m, przekraczając wytyczne ICNIRP dla ogółu o co najmniej 17 dB (Dolder i in., ICA 2019).
- Dziewięciu słuchaczy wystawionych na ultradźwięki 40 kHz do 120 dB nie wykazało istotnych zmian słuchu w porównaniu z grupą kontrolną (Carcagno i in., Acta Acustica 2019).
1. Od teorii z 1963 roku do Audio Spotlight: jak rosła macierz parametryczna
Macierz parametryczna to sposób wytwarzania dźwięku za pomocą dźwięku. Zamiast poruszać powietrzem bezpośrednio z częstotliwościami audio, głośnik emituje niesłyszalną wiązkę ultradźwiękową (“falę nośną”), której natężenie jest kształtowane sygnałem audio. Powietrze nie reaguje idealnie proporcjonalnie przy tak wysokich ciśnieniach (jest “nieliniowe”), więc w miarę biegu wiązki niewielka część ultradźwięków zostaje z powrotem zamieniona w dźwięk słyszalny, co nazywa się samodemodulacją. Słup powietrza przed urządzeniem zachowuje się jak długa, niewidzialna macierz głośnikowa, i to właśnie sprawia, że dźwięk słyszalny pozostaje wąski.
Przejście od teorii (1963) do głośnika (1983) zajęło 20 lat, a kolejne 17 lat do produktu komercyjnego (2000, według producenta). Artykuł Westervelta z 1963 roku wciąż pozostaje punktem odniesienia dla tej dziedziny, z 812 cytowaniami w Crossref, czyli ponad dwukrotnie więcej niż 287 cytowań artykułu o “audio spotlight” z 1983 roku, który po raz pierwszy zaproponował taki głośnik (metadane Crossref, odczytane w październiku 2026). Holosonics, która sprzedaje markę Audio Spotlight, twierdzi, że japońskie firmy elektroniczne próbowały wprowadzać wersje komercyjne i pod koniec lat 1980. niemal z nich zrezygnowały; to historia samej firmy, a nie niezależny zapis.
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Oryginalny artykuł o parametrycznej macierzy akustycznej | 1963, JASA t. 35, s. 535 do 537; 812 cytowań w Crossref | Westervelt, JASA 1963 |
| Teoria samodemodulacji modulowanej wiązki ultradźwiękowej | 1965 | Berktay 1965, jak wymieniono w Shi, Kajikawa i Gan, APSIPA 2014 |
| Pierwsza opublikowana macierz parametryczna w powietrzu | 1975, JASA t. 57, s. 562 do 568; 112 cytowań w Crossref | Bennett i Blackstock, JASA 1975 |
| Pierwszy głośnik parametryczny (“audio spotlight”) | 1983, JASA t. 73, s. 1532 do 1536; 287 cytowań w Crossref | Yoneyama i in., JASA 1983 |
| Wczesny prototyp badawczy: promień projektora i fala nośna | promień 21 cm, fala nośna 27 kHz | Aoki, Kamakura i Kumamoto, Electronics and Communications in Japan 1991 |
| Komercyjne systemy Audio Spotlight w użyciu od | 2000 | Historia firmy Holosonics (deklaracja producenta) |
| Najnowsza recenzowana konstrukcja w tym zestawieniu | opublikowana 22 maja 2026, fala nośna 60 kHz, płytka 100 mm | Kim, Oh, Moon i Rho, Nature Communications 2026 |
Najnowsze dostępne dane dla wierszy historycznych są siłą rzeczy stare: to artykuły założycielskie. Liczby cytowań to zrzut z Crossref z 27 października 2026 roku i rosną co miesiąc.
2. Częstotliwości nośne: od prototypów 27 kHz do macierzy MEMS 90 kHz
Częstotliwość nośna jest kompromisem. Musi leżeć wyraźnie powyżej górnej granicy słyszalności człowieka: mediana górnej granicy słyszenia wynosi 17,9 kHz dla osób w wieku 20 do 29 lat i spada do 12,8 kHz dla osób w wieku 70 do 79 lat (Lawton 2001, jak zestawiono w AGNIR, Health Effects of Exposure to Ultrasound and Infrasound, 2010). Ale powietrze tłumi dźwięk mniej więcej proporcjonalnie do kwadratu częstotliwości (Skinner, Groves i Hinders, Applied Acoustics 2019), a raport AGNIR mówi, że ultradźwięki powyżej około 300 kHz praktycznie nie rozchodzą się w powietrzu. Użyteczne okno jest więc wąskie. 40 kHz to najczęstsza badawcza fala nośna, a artykuł z Nature Communications z 2026 roku wymienia Murata MA40S4S, gotowy element o stałej częstotliwości 40 kHz, jako przykład emiterów stosowanych w głośnikach macierzowych.
Podniesienie częstotliwości nośnej zmniejsza sprzęt. Przy 100 kHz długość fali wynosi zaledwie 3,43 mm, co pozwoliło koreańskiemu zespołowi zmieścić 672 mikroobrabiane przetworniki na powierzchni promieniującej 42 mm na 52 mm w prototypie wielkości telefonu (Ahn i in., Sensors 2019).
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Fala nośna wczesnego badawczego głośnika parametrycznego | 27 kHz | Aoki, Kamakura i Kumamoto 1991 |
| Fala nośna w przykładach sterowania kierunkowością, z dolną i górną wstęgą boczną (dodatkowe częstotliwości niosące dźwięk) | 40 kHz; dolna wstęga boczna od 39 do 28 kHz, górna wstęga boczna od 41 do 52 kHz | Shi, Kajikawa i Gan, APSIPA 2014 |
| Dwa tony pierwotne w symulacji macierzy o ograniczonej długości (promień apertury 0,3 m) | 47,5 kHz i 52,5 kHz | Skinner, Groves i Hinders, Applied Acoustics 2019 |
| Projektowa fala nośna głośnika parametrycznego z metamateriału | 60 kHz | Kim i in., Nature Communications 2026 |
| Fala nośna zmierzona na panelu parametrycznym 0,6 m na 0,6 m | 64 kHz | Zhong, Kirby i Qiu, JASA 2020 |
| Fala nośna deklarowana dla przetwornika foliowego Holosonics AS-24iX | Około 60 kHz (deklaracja producenta) | Strona produktu Holosonics AS-24iX 2026 |
| Zmierzone rezonanse macierzy MEMS zbudowanej dla urządzeń mobilnych | 83 kHz i 90 kHz | Ahn i in., Sensors 2019 |
| Częstotliwość, powyżej której ultradźwięki praktycznie przestają się rozchodzić w powietrzu | Około 300 kHz | AGNIR RCE-14, 2010 |
Niezależny pomiar 64 kHz i orientacyjna wartość około 60 kHz w dokumentacji producenta są spójne, co sugeruje, że większe panele z przetwornikami foliowymi przeszły powyżej klasycznego punktu 40 kHz. Te same macierze 40 kHz są też koniem roboczym lewitacji akustycznej, opisanej w naszych statystykach lewitacji akustycznej.
3. Szerokość wiązki i kierunkowość: jak wąski jest reflektor dźwiękowy?
Kierunkowość jest powodem, dla którego ktokolwiek akceptuje wady. Ponieważ dźwięk słyszalny powstaje wzdłuż wiązki ultradźwiękowej, jego szerokość zależy głównie od apertury ultradźwiękowej i długości fali, a nie od znacznie dłuższej fali dźwiękowej. Praca doktorska Pompei z MIT z 2002 roku opisuje macierz parametryczną jako zapewniającą znacznie większą kierunkowość niż tradycyjne głośniki o podobnych rozmiarach, a przegląd APSIPA dodaje, że może ona nadawać równie wąską wiązkę przy mniejszej jednostce napędowej. Pompei podał w 1999 roku szerokość wiązki 3 stopnie, a nawet macierz MEMS wielkości dłoni utrzymywała szerokość wiązki przy połowie mocy (kąt, w którym poziom pozostaje w granicach 3 dB od wartości na osi) blisko 7 stopni od 5 do 10 kHz.
Dwa zastrzeżenia mają znaczenie w prawdziwych pomieszczeniach. Szerokość wiązki zależy od pogody: autorzy APSIPA stwierdzili, że może się podwoić w gorącym, wilgotnym klimacie w porównaniu z zimnym, suchym, a pozostaje niemal stała przy wilgotności względnej od 40% do 80%. Dźwięk przecieka też do tyłu: w panelu 0,6 m zmierzonym przez Zhonga i współpracowników obszar za urządzeniem, w którym poziom 315 Hz przekraczał 35 dB, był z grubsza kolisty o promieniu około 1,3 m.
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Szerokość wiązki powietrznej macierzy parametrycznej o niskich zniekształceniach | 3 stopnie | Pompei, JASA 1999 |
| Szerokość wiązki przy połowie mocy macierzy parametrycznej MEMS przy falach nośnych 83 i 90 kHz | Około 6 stopni | Ahn i in., Sensors 2019 |
| Szerokość wiązki przy połowie mocy tej samej macierzy dla dźwięku słyszalnego przy 5 kHz i przy 10 kHz | 7,3 stopnia i 7,1 stopnia | Ahn i in., Sensors 2019 |
| Szerokość wiązki od zera do zera (kąt między pierwszymi kierunkami ciszy) 8-kanałowej macierzy parametrycznej 40 kHz | 40 stopni | Shi, Kajikawa i Gan, APSIPA 2014 |
| Zmiana szerokości wiązki, klimat gorący i wilgotny wobec zimnego i suchego | Może się podwoić | Shi, Kajikawa i Gan, APSIPA 2014 |
| Poziom słyszalny przy 315 Hz, 0,1 m za panelem wobec 1,0 m przed nim | 45 dB wobec około 61,4 dB | Zhong, Kirby i Qiu, JASA 2020 |
| Wiązka deklarowana dla Holosonics AS-24iX | 5 stopni; 1,5 m na 1,5 m przy typowej odległości słuchania 2 m (deklaracja producenta) | Strona produktu Holosonics AS-24iX 2026 |
Różnica między przodem a tyłem w wierszu Zhonga wynosi około 16 dB (61,4 minus 45), czego sam artykuł nie podaje. Wiersz z wiązką producenta należy traktować ostrożnie: pełny stożek 5 stopni w odległości 2 m miałby szerokość zaledwie około 0,17 m (2 x 2 m x tan 2,5 stopnia), więc wartości 5 stopni i 1,5 m z tej samej strony nie mogą opisywać tej samej krawędzi wiązki (patrz uwaga o danych).
4. Sygnał słyszalny, spadek niskich częstotliwości i sprawność konwersji
Fizyka, która zwęża wiązkę, jednocześnie wygłodza bas. Teoria i pomiary zgadzają się co do nachylenia około 12 dB na oktawę: zmniejsz częstotliwość audio o połowę, a stracisz około 12 dB sygnału, dlatego głośniki parametryczne brzmią cienko poniżej kilkuset herców. Obraz sprawności jest jeszcze surowszy. Li i współpracownicy obliczyli, że moc dźwięku słyszalnego rośnie z kwadratem częstotliwości audio i z rozmiarem apertury, spada wraz ze wzrostem częstotliwości ultradźwiękowej, a sprawność konwersji ultradźwięków na dźwięk jest zwykle niższa niż 0,15% w typowych konfiguracjach (Li, Zhong, Jing i Lu, JASA 2023).
Dlatego w pracach inżynierskich dominuje pobór mocy, a nie głośność. Koreański zespół MEMS obniżył pobór mocy swojego systemu z 6,65 W do 3,25 W za pomocą układu dopasowującego, w porównaniu z nominalnymi 65 do 100 W, które podaje dla konwencjonalnych głośników parametrycznych, a mimo to uzyskał tylko około 62 dB dźwięku słyszalnego z odległości 0,45 m.
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Zmierzony wzrost sygnału słyszalnego między 300 a 1500 Hz (macierz 40 kHz) | Około 12 dB na oktawę | San Martin, Tello, Valencia i Marzo, Applied Sciences 2020 |
| Spadek sygnału słyszalnego przy zmniejszeniu częstotliwości audio o połowę | 12 dB | Zhong, Kirby i Qiu, JASA 2020 |
| Sprawność konwersji ultradźwięków na dźwięk, typowe konfiguracje | Zwykle poniżej 0,15% | Li i in., JASA 2023 |
| Poziom słyszalny (częstotliwość różnicowa) z ultradźwiękowej fali pierwotnej 125 dB, macierz MEMS, 0,45 m | Około 62 dB | Ahn i in., Sensors 2019 |
| Poziom słyszalny przy uchu sztucznej głowy, głośnik parametryczny wobec konwencjonalnego, ustawione do testu odsłuchowego | 72,3 dBA wobec 72,4 dBA | Lee, Shimomura i Katsuura, Journal of Physiological Anthropology 2012 |
| Pasmo słyszalne konstrukcji z metamateriału z 2026 roku, skierowanej do słuchacza oddalonego o 0,5 m | od 500 Hz do 10 kHz (cztery oktawy) | Kim i in., Nature Communications 2026 |
| Maksymalny poziom deklarowany dla Holosonics AS-24iX | 95 dB SPL przy 1 kHz; maksymalny pobór mocy 90 W (deklaracja producenta) | Strona produktu Holosonics AS-24iX 2026 |
Autorzy z Nature Communications otwarcie przyznają, że poziom ich prototypu jest “stosunkowo ograniczony” w porównaniu z konwencjonalnymi głośnikami, i winią za to “z natury niską sprawność konwersji nieliniowej”. Lepsze przetworniki nie zmieniły leżącej u podstaw fizyki.
5. Zniekształcenia harmoniczne i przetwarzanie wstępne: od 50% THD do wartości jednocyfrowych
Samodemodulacja w powietrzu jest sama w sobie procesem nieliniowym, więc podanie na macierz parametryczną zwykłej modulacji amplitudy daje największy sygnał, ale także silną drugą harmoniczną. Inżynierowie walczą z tym przez przetwarzanie wstępne dźwięku przed modulacją: wyciągnięcie z niego pierwiastka kwadratowego (AM z pierwiastkiem kwadratowym, SRAM), wysyłanie tylko jednej wstęgi bocznej (AM jednowstęgowa, SSB) lub stosowanie zmodyfikowanych schematów (MAM). Współczynnik modulacji, oznaczany m, określa, jak głęboko dźwięk zmienia falę nośną; głębsza modulacja jest głośniejsza, ale bardziej zniekształcona. Pompei wykazał w 1999 roku, że czysta AM z przetwornikami wąskopasmowymi dawała do 50% całkowitych zniekształceń harmonicznych (THD), a przetwarzanie wstępne wraz z przetwornikami szerokopasmowymi obniżyło je do 5%.
Sprzęt nadal ogranicza matematykę. Macierz złożona z 49 przetworników o średnicy 16 mm, testowana w 2020 roku, miała szczyt przy 40,9 kHz z pasmem -3 dB wynoszącym zaledwie 1,5 kHz, czyli wąskim oknem dla dodatkowych częstotliwości, które schematy przetwarzania wstępnego dodają do fali nośnej. Ten sam zespół zauważył, że poziomy fali nośnej powyżej 120 dB są powszechne nawet w odległości 2 m od takich macierzy, co wystarcza, by przesterować zwykłe mikrofony pomiarowe; dla porównania z konwencjonalnymi małymi przetwornikami zobacz nasze statystyki zniekształceń głośników smartfonów.
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| THD przy czystej AM i przetwornikach wąskopasmowych wobec stanu po przetwarzaniu wstępnym audio i przetwornikach szerokopasmowych | Do 50% wobec 5% | Pompei, JASA 1999 |
| Poziom zniekształceń uznawany za ogólnie akceptowalny dla sprzętu domowego | Poniżej -26 dB (5%) | San Martin i in., Applied Sciences 2020 |
| Zniekształcenia przy zwykłej AM dwuwstęgowej | Powyżej -20 dB w praktycznie całym zakresie | San Martin i in., Applied Sciences 2020 |
| AM jednowstęgowa (dolna lub górna wstęga boczna) | Poniżej progu -26 dB w całym zakresie roboczym | San Martin i in., Applied Sciences 2020 |
| Poziom słyszalny oddany przez zalecany schemat (zmodyfikowana AM 1, m = 0,6) | 2 dB | San Martin i in., Applied Sciences 2020 |
| Resztkowe zniekształcenia w paśmie po rekurencyjnej korekcji, w symulacji | -70 dB lub mniej | Lee i Gan, IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing 2006 |
Nie ma jednego zwycięzcy. W badaniu z 2020 roku schematy jednowstęgowe miały najniższe zniekształcenia harmoniczne, ale najgorsze zniekształcenia intermodulacyjne (zniekształcenia powstające, gdy mieszają się dwa tony), natomiast AM z pierwiastkiem kwadratowym i zmodyfikowana AM wypadły najlepiej pod względem intermodulacji. Harmoniczne powyżej drugiej były pomijalne w każdym schemacie. Najnowsze dostępne dane dla wartości 50% i 5%: Pompei, JASA 1999.
6. Limity ekspozycji na ultradźwięki w powietrzu: co dopuszczają wytyczne
Głośnik parametryczny działa tylko wtedy, gdy jego ultradźwięki są intensywne, dlatego zasady ekspozycji mają dla niego większe znaczenie niż dla jakiegokolwiek zwykłego głośnika. Limity ustala się dla każdego pasma tercjowego, czyli wycinka widma o szerokości jednej trzeciej oktawy, nazywanego od częstotliwości środkowej. Uderzającą cechą jest uskok między 20 a 25 kHz: Health Canada dopuszcza 75 dB w paśmie 20 kHz, ale 110 dB od 25 kHz wzwyż, a jej tabela zaznacza, że efekty subiektywne mogą wystąpić natychmiast, więc limity nie zależą od czasu ekspozycji (Health Canada, Safety Code 24, 1991).
Liczby te są stare i słabo uzasadnione, i mówią o tym następcy ich autorów. W przeglądzie z 2024 roku ICNIRP uznała, że limity IRPA z 1984 roku opierają się na ograniczonych dowodach i mogą być zarówno zbyt wysokie, jak i zbyt niskie, ale formalna rewizja musi poczekać na więcej badań (stanowisko ICNIRP w sprawie ultradźwięków w powietrzu, 2024).
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Limit kanadyjski, pasma tercjowe 16 kHz i 20 kHz | 75 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| Limit kanadyjski, pasma tercjowe 25, 31,5, 40 i 50 kHz | 110 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| Kanadyjski limit całkowitego poziomu ciśnienia akustycznego dla innych części ciała, gdy noszone są ochronniki słuchu | 137 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| Limit IRPA 1984 dla ogółu społeczeństwa, pasmo 20 kHz | 70 dB (5 dB poniżej zawodowego 75 dB) | Stanowisko ICNIRP 2024 |
| Limit IRPA 1984 dla ogółu społeczeństwa, pasmo 25 kHz i wyższe | 10 dB poniżej zawodowego 110 dB (100 dB) | Stanowisko ICNIRP 2024 |
| Dopuszczenie IRPA dla ekspozycji zawodowej krótszej niż 1 godzina | +9 dB (ICNIRP uważa, że brak dla niego uzasadnienia) | Stanowisko ICNIRP 2024 |
| Poziomy ultradźwięków, dla których nie wykazano utraty słuchu | Poniżej 120 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| Poziom, powyżej którego u ludzi występują ostre skutki szkodliwe | Około 155 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
Wytyczne OSHA, obowiązujące od 2004 roku, dopuszczały dodatkowe 30 dB ponad maksymalne dopuszczalne poziomy; od tego czasu je porzucono (Acoustics Today, jesień 2020, Exposure to Ultrasound in Air). Najnowsze dostępne dane: Health Canada Safety Code 24, 1991, oraz wytyczne tymczasowe IRPA, 1984, jak przeanalizowała je ICNIRP w 2024 roku.
7. Zmierzone ekspozycje i badania na ludziach w pobliżu wiązek ultradźwiękowych
Opublikowany laboratoryjny audyt komercyjnej macierzy parametrycznej nie jest uspokajający. Mierząc na osi w odległości 3,5 m w komorze bezechowej (pomieszczeniu bez ech; zobacz nasze statystyki testów w komorach bezechowych), Dolder i współpracownicy stwierdzili 118 dB w paśmie 40 kHz, powyżej każdych wytycznych, z którymi je porównali. Zmniejszenie wzmocnienia obniżyło słyszalny sygnał ważony A o 10 dB, ale sygnał pompujący 40 kHz tylko o 1 dB, więc wiązka brzmiąca ciszej nie musi oznaczać niższej ekspozycji na ultradźwięki (Dolder i in., ICA 2019).
Dane dotyczące ludzi są skromne i w większości zerowe. Badanie z 2019 roku wystawiło jedno ucho dziewięciu młodych słuchaczy na ultradźwięki 40 kHz do 120 dB i nie stwierdziło istotnej zmiany czynnościowej w porównaniu z dziewięcioma osobami z grupy kontrolnej (Carcagno, Di Battista i Plack, Acta Acustica united with Acustica 2019), a badanie fizjologiczne z udziałem dziewięciu osób w odległości 0,3 m i 1,0 m od głośnika parametrycznego 40 kHz nie wykazało istotnej różnicy w porównaniu z głośnikiem konwencjonalnym. Czułość słuchu jest tu niewiadomą: ICNIRP zauważa, że 40% badanych dzieci miało progi poniżej 100 dB przy 26 kHz.
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Ultradźwięki w paśmie 40 kHz z odległości 3,5 m od komercyjnej macierzy parametrycznej, wysokie wzmocnienie wobec niskiego | 118 dB wobec 117 dB | Dolder i in., ICA 2019 |
| Przekroczenie wytycznych ICNIRP dla ogółu społeczeństwa przy 40 kHz | Co najmniej 17 dB (18 dB przy wysokim wzmocnieniu) | Dolder i in., ICA 2019 |
| Przekroczenie wartości zawodowych ICNIRP i opartych na OSHA przy 40 kHz, wysokie wzmocnienie | 8 dB i 3 dB | Dolder i in., ICA 2019 |
| Ultradźwięki z macierzy sprzężenia haptycznego przy około 40 kHz, z odległości 60 cm i 20 cm (dla porównania) | 125 dB i 155 dB | Battista 2019 i Lieber i in. 2019, jak zestawiono w Acoustics Today, jesień 2020 |
| Źródła zmierzone w badaniu ekspozycji publicznej; poziom suszarki do rąk przy 40 kHz | 16 źródeł; 84 dB | Fletcher i in., JASA 2018 |
| Plan badania ekspozycji: ton 40 kHz modulowany amplitudowo, poziomy i czas trwania | 105, 110, 115 i 120 dB, 10 minut na poziom; 9 osób narażonych wobec 9 w grupie kontrolnej; brak istotnych zmian | Carcagno i in., Acta Acustica 2019 |
| Badanie fizjologiczne w pobliżu głośnika parametrycznego 40 kHz: uczestnicy i odległości | 9 osób przy 0,3 m i 1,0 m; brak istotnej różnicy wobec głośnika konwencjonalnego | Lee, Shimomura i Katsuura 2012 |
| Progi słyszenia ultradźwięków cytowane przez ICNIRP | 88 dB lub więcej przy 24 kHz; 3 z 32 uszu poniżej 100 dB przy 28 kHz; 40% dzieci poniżej 100 dB przy 26 kHz | Stanowisko ICNIRP 2024 |
Test Doldera obejmuje jedno typowe urządzenie w warunkach laboratoryjnych; nie określa, co otrzymuje słuchacz na wystawie muzealnej. Raport AGNIR ujął szerszą lukę wprost: ekspozycje ludzi na ultradźwięki nie zostały dobrze skwantyfikowane, z wyjątkiem tych pochodzących z urządzeń medycznych. Najnowsze dostępne dane: Dolder i in., 2019, oraz Carcagno i in., 2019.
Podsumowanie: parametryczne macierze akustyczne w liczbach
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Cytowania w Crossref artykułu Westervelta z 1963 roku o macierzy parametrycznej | 812 | Crossref, JASA 1963 |
| Pierwszy artykuł o głośniku parametrycznym (“audio spotlight”) | 1983 | Yoneyama i in., JASA 1983 |
| Zakres częstotliwości nośnych w omawianych tu urządzeniach | od 27 kHz do 90 kHz | Aoki i in. 1991; Ahn i in., Sensors 2019 |
| Fala nośna zmierzona na panelu 0,6 m na 0,6 m | 64 kHz | Zhong, Kirby i Qiu, JASA 2020 |
| Szerokość wiązki macierzy parametrycznej o niskich zniekształceniach | 3 stopnie | Pompei, JASA 1999 |
| Szerokość wiązki od zera do zera 8-kanałowej macierzy parametrycznej 40 kHz | 40 stopni | Shi, Kajikawa i Gan, APSIPA 2014 |
| Zmiana szerokości wiązki, gorący i wilgotny wobec zimnego i suchego | Może się podwoić | Shi, Kajikawa i Gan, APSIPA 2014 |
| Spadek sygnału słyszalnego przy każdym zmniejszeniu częstotliwości audio o połowę | Około 12 dB | Zhong, Kirby i Qiu, JASA 2020 |
| Sprawność konwersji ultradźwięków na dźwięk | Zwykle poniżej 0,15% | Li i in., JASA 2023 |
| Poziom słyszalny z fali pierwotnej 125 dB w odległości 0,45 m | Około 62 dB | Ahn i in., Sensors 2019 |
| THD przy czystej AM i przetwornikach wąskopasmowych wobec stanu po przetwarzaniu wstępnym | Do 50% wobec 5% | Pompei, JASA 1999 |
| Zniekształcenia zwykłej AM dwuwstęgowej | Powyżej -20 dB | San Martin i in., Applied Sciences 2020 |
| Pasmo słyszalne głośnika parametrycznego z metamateriału z 2026 roku | od 500 Hz do 10 kHz | Kim i in., Nature Communications 2026 |
| Limit kanadyjski, pasma od 25 do 50 kHz | 110 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| Limit IRPA dla ogółu społeczeństwa, pasmo 20 kHz | 70 dB | Stanowisko ICNIRP 2024 |
| Zmierzone ultradźwięki w paśmie 40 kHz z odległości 3,5 m od urządzenia komercyjnego; przekroczenie wytycznych ICNIRP dla ogółu | 118 dB; co najmniej 17 dB | Dolder i in., ICA 2019 |
| Najwyższy poziom ekspozycji w kontrolowanym badaniu słuchu przy 40 kHz (brak istotnych zmian) | 120 dB | Carcagno i in., Acta Acustica 2019 |
Metodologia i źródła
Przeprowadziliśmy 15 ukierunkowanych wyszukiwań i przeczytaliśmy bezpośrednio artykuły źródłowe, normy i dokumenty agencji, za pośrednictwem stron wydawców, PubMed Central, repozytoriów instytucjonalnych oraz serwisów metadanych Crossref i OpenAlex. Każda powyższa liczba została odczytana w źródle podczas badań do tej aktualizacji. Dane producentów są oznaczone jako deklaracje producenta i stanowią mniejszość w każdej sekcji.
- Westervelt, “Parametric Acoustic Array”, JASA 1963 i Yoneyama i in., “The audio spotlight”, JASA 1983: artykuły założycielskie; liczby cytowań z metadanych Crossref (Bennett i Blackstock, JASA 1975, również z Crossref).
- Shi, Kajikawa i 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; streszczenie pracy doktorskiej Pompei z MIT z 2002 roku dla porównania kierunkowości.
- Li, Zhong, Jing i Lu, “A note on the audio sound power generated by a parametric array loudspeaker”, JASA 2023
- Zhong, Kirby i Qiu, “A non-paraxial model for the audio sound behind a non-baffled parametric array loudspeaker”, JASA 2020
- San Martin, Tello, Valencia i Marzo, “Experimental Evaluation of Distortion in Amplitude Modulation Techniques for Parametric Loudspeakers”, Applied Sciences 2020
- Ahn i in., “A Critical Step to Using a Parametric Array Loudspeaker in Mobile Devices”, Sensors 2019
- Kim, Oh, Moon i Rho, “Dual-domain metamaterials co-integrated with a compact ultrasonic transducer for highly directional audio generation”, Nature Communications 2026
- Skinner, Groves i Hinders, “Demonstration of a length limited parametric array”, Applied Acoustics 2019
- Aoki, Kamakura i Kumamoto, Electronics and Communications in Japan 1991, oraz Lee i Gan, IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing 2006 (streszczenie i metadane bibliograficzne przez Crossref i OpenAlex).
- Lee, Shimomura i Katsuura, “Physiological responses at short distances from a parametric speaker”, Journal of Physiological Anthropology 2012
- Dolder, Fletcher, Lloyd Jones, Lineton i Leighton, “Exposure levels for parametric arrays in light of guideline ambiguities”, Proceedings of ICA 2019
- Fletcher i in., “Public exposure to ultrasound and very high-frequency sound in air”, JASA 2018
- Carcagno, Di Battista i 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, jesień 2020, tabela ekspozycji przedrukowana za Leightonem i in.
- Holosonics, strona produktu AS-24iX i historia firmy, 2026: wyłącznie deklaracje producenta.
- Uwaga o danych: Strona Holosonics podaje zarówno wiązkę 5 stopni, jak i pokrycie 1,5 m na 1,5 m w odległości 2 m; pełny kąt 5 stopni pokryłby w tej odległości tylko około 0,17 m (2 x 2 m x tan 2,5 stopnia), więc te dwie wartości prawdopodobnie opierają się na różnych krawędziach lub definicjach, a Skinner i in. przytaczają odrębną deklarację Holosonics o szerokości wiązki około 2 m w odległości 4 m. Streszczenie Ahn i in. określa wiązkę 83 kHz jako falę częstotliwości różnicowej, podczas gdy sekcja wyników traktuje 83 i 90 kHz jako fale pierwotne; podajemy je jako fale nośne. Streszczenie Carcagno i in. wspomina o łącznym czasie trwania 50 sekund, który jest sprzeczny z 10 minutami na poziom, więc podajemy tylko wartość na poziom. Wartość IRPA dla ogółu społeczeństwa 100 dB dla 25 kHz i wyżej wynika ze sformułowania ICNIRP “10 dB poniżej wartości zawodowej” i odpowiada 100 dB, które Dolder i in. zestawiają dla pasm 25, 31,5 i 40 kHz. Poziomy Zhonga i in. przy 315 Hz z przodu i z tyłu pochodzą z ich modelu i rycin pomiarowych dla jednego panelu i mogą nie dać się uogólnić. Żadne źródło, które mogliśmy przeczytać, nie podawało współczynników pochłaniania powietrza przy 40 do 64 kHz, więc to zestawienie je pomija. Większość danych o ekspozycji pochodzi z lat 1991 do 2019; ICNIRP stwierdziła w 2024 roku, że jej wytycznych nie można jeszcze formalnie zrewidować, więc nowe limity zmieniłyby sekcje 6 i 7.
Ostatnia aktualizacja: 27 października 2026 roku. Aktualizujemy to zestawienie kwartalnie, a kolejnego odświeżenia można się spodziewać, gdy ICNIRP opublikuje swoje następne wytyczne dotyczące ultradźwięków w powietrzu lub pojawią się nowe pomiary komercyjnych głośników parametrycznych w JASA.