Một mảng tham số thương mại thông dụng đo được 118 dB siêu âm 40 kHz ở khoảng cách 3,5 mét, cao hơn ít nhất 17 dB so với hướng dẫn dành cho công chúng mà nó được đối chiếu (Dolder và cộng sự, Proceedings of ICA 2019). Cùng loại thiết bị này có thể dồn âm thanh nghe được vào một chùm chỉ rộng 3 độ (Pompei, JASA 1999), nhưng thường chỉ chuyển dưới 0,15% công suất siêu âm thành âm thanh nghe được (Li và cộng sự, JASA 2023), và đầu ra của nó giảm khoảng 12 dB mỗi khi tần số âm thanh giảm một nửa (Zhong, Kirby và Qiu, JASA 2020). Sự đánh đổi đó, một chùm hẹp phải trả bằng rất nhiều năng lượng không nghe được, chính là điều định nghĩa công nghệ này. Chúng tôi tổng hợp dữ liệu từ Journal of the Acoustical Society of America, APSIPA Transactions on Signal and Information Processing, Health Canada, ICNIRP, MDPI Applied Sciences và Sensors, Nature Communications, cùng tài liệu của nhà sản xuất, vốn được chúng tôi gắn nhãn là tuyên bố của nhà sản xuất. Về phía nhà máy của vấn đề phơi nhiễm siêu âm, xem thống kê phơi nhiễm tiếng ồn siêu âm công nghiệp của chúng tôi.
Tóm tắt nhanh
- Bài báo “Parametric Acoustic Array” năm 1963 của Westervelt có 812 lượt trích dẫn trên Crossref tính đến tháng 10 năm 2026 (siêu dữ liệu Crossref cho JASA tập 35, 1963).
- Tần số sóng mang ở các thiết bị được xem xét ở đây trải từ 27 kHz đến 90 kHz (Aoki, Kamakura và Kumamoto 1991; Ahn và cộng sự, Sensors 2019).
- Pompei giảm độ méo từ tối đa 50% THD xuống 5% mà vẫn giữ chùm 3 độ (JASA 1999).
- Độ rộng chùm có thể tăng gấp đôi ở khí hậu nóng ẩm so với khí hậu lạnh khô (Shi, Kajikawa và Gan, APSIPA 2014).
- Âm thanh nghe được giảm khoảng 12 dB mỗi khi tần số âm thanh giảm một nửa (Zhong, Kirby và Qiu, JASA 2020).
- Hiệu suất chuyển đổi từ siêu âm sang âm thanh thường dưới 0,15% (Li và cộng sự, JASA 2023).
- Điều chế dải biên đơn giữ độ méo dưới ngưỡng 5% (-26 dB) trên toàn dải làm việc, trong khi dải biên kép thông thường vẫn ở trên -20 dB (San Martin và cộng sự, Applied Sciences 2020).
- Health Canada cho phép 110 dB ở các dải một phần ba octave từ 25 đến 50 kHz (Safety Code 24, 1991).
- Một thiết bị thương mại đo được 118 dB ở dải 40 kHz tại 3,5 m, vượt hướng dẫn ICNIRP cho công chúng ít nhất 17 dB (Dolder và cộng sự, ICA 2019).
- Chín người nghe phơi nhiễm với siêu âm 40 kHz đến 120 dB không cho thấy thay đổi thính lực đáng kể so với nhóm đối chứng (Carcagno và cộng sự, Acta Acustica 2019).
1. Từ Lý thuyết Năm 1963 đến Audio Spotlight: Mảng Tham số Đã Phát triển Như Thế nào
Mảng tham số là cách tạo ra âm thanh bằng chính âm thanh. Thay vì làm không khí chuyển động trực tiếp ở các tần số âm thanh, loa phát ra một chùm siêu âm không nghe được (“sóng mang”) có cường độ được định hình bởi tín hiệu âm thanh. Không khí không đáp ứng hoàn toàn tỷ lệ thuận ở những áp suất cao như vậy (nó “phi tuyến”), nên khi chùm lan truyền, một phần nhỏ siêu âm được chuyển ngược thành âm thanh nghe được, quá trình này gọi là tự giải điều chế. Cột không khí phía trước thiết bị hoạt động như một mảng loa dài vô hình, và đó là điều giữ cho âm thanh nghe được hẹp.
Ý tưởng mất 20 năm để đi từ lý thuyết (1963) đến chiếc loa (1983), và thêm 17 năm nữa để thành sản phẩm thương mại (2000, theo nhà sản xuất). Bài báo năm 1963 của Westervelt vẫn là cột mốc của lĩnh vực này, với 812 lượt trích dẫn trên Crossref, gấp hơn hai lần 287 lượt trích dẫn của bài báo “Audio Spotlight” năm 1983 vốn lần đầu đề xuất chiếc loa (siêu dữ liệu Crossref, đọc vào tháng 10 năm 2026). Holosonics, công ty bán thương hiệu Audio Spotlight, cho biết các công ty điện tử Nhật Bản đã thử và gần như bỏ cuộc với các phiên bản thương mại vào cuối thập niên 1980; đó là lịch sử do chính công ty kể, không phải một ghi chép độc lập.
| Chỉ số | Giá trị | Nguồn |
|---|---|---|
| Bài báo gốc về mảng âm học tham số | 1963, JASA tập 35, tr. 535 đến 537; 812 lượt trích dẫn Crossref | Westervelt, JASA 1963 |
| Lý thuyết tự giải điều chế của chùm siêu âm đã điều chế | 1965 | Berktay 1965, như được liệt kê trong Shi, Kajikawa và Gan, APSIPA 2014 |
| Mảng tham số đầu tiên được công bố trong không khí | 1975, JASA tập 57, tr. 562 đến 568; 112 lượt trích dẫn Crossref | Bennett và Blackstock, JASA 1975 |
| Loa tham số đầu tiên (“Audio Spotlight”) | 1983, JASA tập 73, tr. 1532 đến 1536; 287 lượt trích dẫn Crossref | Yoneyama và cộng sự, JASA 1983 |
| Nguyên mẫu nghiên cứu ban đầu: bán kính đầu phát và sóng mang | Bán kính 21 cm, sóng mang 27 kHz | Aoki, Kamakura và Kumamoto, Electronics and Communications in Japan 1991 |
| Hệ thống Audio Spotlight thương mại được sử dụng từ | 2000 | Lịch sử công ty Holosonics (tuyên bố của nhà sản xuất) |
| Thiết kế được bình duyệt mới nhất trong bản tổng hợp này | Công bố ngày 22 tháng 5 năm 2026, sóng mang 60 kHz, tấm 100 mm | Kim, Oh, Moon và Rho, Nature Communications 2026 |
Dữ liệu mới nhất hiện có cho các hàng lịch sử tất nhiên là cũ: đó là các bài báo sáng lập. Số lượt trích dẫn là ảnh chụp nhanh của Crossref vào ngày 27 tháng 10 năm 2026 và tăng lên mỗi tháng.
2. Tần số Sóng mang: Từ Nguyên mẫu 27 kHz đến Mảng MEMS 90 kHz
Tần số sóng mang là một sự thỏa hiệp. Nó phải nằm cao hơn nhiều so với giới hạn trên của thính giác con người: giới hạn trên trung vị của thính giác là 17,9 kHz ở người từ 20 đến 29 tuổi và giảm xuống 12,8 kHz ở người từ 70 đến 79 tuổi (Lawton 2001, như được lập bảng trong AGNIR, Health Effects of Exposure to Ultrasound and Infrasound, 2010). Nhưng không khí làm suy giảm âm thanh xấp xỉ theo bình phương tần số (Skinner, Groves và Hinders, Applied Acoustics 2019), và báo cáo AGNIR cho biết siêu âm trên khoảng 300 kHz về cơ bản không lan truyền được trong không khí. Vì vậy cửa sổ khả dụng khá hẹp. 40 kHz là sóng mang nghiên cứu phổ biến nhất, và bài báo Nature Communications 2026 nêu Murata MA40S4S, một phần tử bán sẵn cố định ở 40 kHz, làm ví dụ cho các bộ phát được dùng trong loa mảng.
Nâng sóng mang lên sẽ thu nhỏ phần cứng. Ở 100 kHz bước sóng chỉ là 3,43 mm, điều này cho phép một nhóm nghiên cứu Hàn Quốc lắp 672 bộ chuyển đổi vi cơ vào diện tích bức xạ 42 mm x 52 mm cho một nguyên mẫu cỡ điện thoại (Ahn và cộng sự, Sensors 2019).
| Chỉ số | Giá trị | Nguồn |
|---|---|---|
| Sóng mang của một loa tham số nghiên cứu thời kỳ đầu | 27 kHz | Aoki, Kamakura và Kumamoto 1991 |
| Sóng mang dùng trong các ví dụ điều khiển độ định hướng, với dải biên dưới và dải biên trên (các tần số bổ sung mang âm thanh) | 40 kHz; dải biên dưới 39 đến 28 kHz, dải biên trên 41 đến 52 kHz | Shi, Kajikawa và Gan, APSIPA 2014 |
| Hai âm sơ cấp trong mô phỏng mảng giới hạn chiều dài (bán kính khẩu độ 0,3 m) | 47,5 kHz và 52,5 kHz | Skinner, Groves và Hinders, Applied Acoustics 2019 |
| Sóng mang thiết kế của một loa tham số siêu vật liệu | 60 kHz | Kim và cộng sự, Nature Communications 2026 |
| Sóng mang đo được trên một tấm tham số 0,6 m x 0,6 m | 64 kHz | Zhong, Kirby và Qiu, JASA 2020 |
| Sóng mang được nêu cho bộ chuyển đổi dạng màng Holosonics AS-24iX | Khoảng 60 kHz (tuyên bố của nhà sản xuất) | Trang sản phẩm Holosonics AS-24iX 2026 |
| Các cộng hưởng đo được của một mảng MEMS chế tạo cho thiết bị di động | 83 kHz và 90 kHz | Ahn và cộng sự, Sensors 2019 |
| Tần số trên đó siêu âm thực tế ngừng lan truyền trong không khí | Khoảng 300 kHz | AGNIR RCE-14, 2010 |
Phép đo độc lập 64 kHz và con số khoảng 60 kHz trong tài liệu của nhà sản xuất phù hợp với nhau, cho thấy các tấm bộ chuyển đổi dạng màng lớn hơn đã vượt qua mốc 40 kHz kinh điển. Chính các mảng 40 kHz này cũng là công cụ chủ lực của kỹ thuật nâng bằng sóng âm, được đề cập trong thống kê nâng bằng sóng âm của chúng tôi.
3. Độ rộng Chùm và Độ định hướng: Chùm Sáng Hẹp Đến Mức Nào?
Độ định hướng là lý do người ta chấp nhận các nhược điểm. Vì âm thanh nghe được sinh ra dọc theo chùm siêu âm, độ rộng của nó chủ yếu do khẩu độ và bước sóng siêu âm quyết định chứ không phải do bước sóng âm thanh dài hơn nhiều. Luận án MIT năm 2002 của Pompei mô tả mảng tham số cho độ định hướng cao hơn nhiều so với loa truyền thống cùng kích thước, và bài tổng quan APSIPA bổ sung rằng nó có thể phát một chùm hẹp tương đương bằng một bộ phát nhỏ hơn. Pompei báo cáo độ rộng chùm 3 độ vào năm 1999, và ngay cả một mảng MEMS cỡ lòng bàn tay cũng giữ độ rộng chùm nửa công suất (góc mà trong đó mức âm nằm trong phạm vi 3 dB so với giá trị trên trục) ở quanh 7 độ từ 5 đến 10 kHz.
Có hai lưu ý quan trọng đối với căn phòng thực tế. Độ rộng chùm phụ thuộc vào thời tiết: các tác giả APSIPA nhận thấy nó có thể tăng gấp đôi ở khí hậu nóng ẩm so với khí hậu lạnh khô, trong khi gần như không đổi với độ ẩm tương đối từ 40% đến 80%. Và âm thanh rò ngược về phía sau: ở tấm 0,6 m do Zhong và cộng sự đo, vùng phía sau thiết bị nơi mức 315 Hz vượt 35 dB có dạng gần như tròn với bán kính khoảng 1,3 m.
| Chỉ số | Giá trị | Nguồn |
|---|---|---|
| Độ rộng chùm của một mảng tham số trong không khí có độ méo thấp | 3 độ | Pompei, JASA 1999 |
| Độ rộng chùm nửa công suất của một mảng tham số MEMS ở các sóng mang 83 và 90 kHz | Khoảng 6 độ | Ahn và cộng sự, Sensors 2019 |
| Độ rộng chùm nửa công suất của cùng mảng đó cho âm thanh nghe được ở 5 kHz và 10 kHz | 7,3 độ và 7,1 độ | Ahn và cộng sự, Sensors 2019 |
| Độ rộng chùm giữa hai điểm không đầu tiên (góc giữa các hướng im lặng đầu tiên) của một mảng tham số 8 kênh, 40 kHz | 40 độ | Shi, Kajikawa và Gan, APSIPA 2014 |
| Thay đổi độ rộng chùm, khí hậu nóng ẩm so với khí hậu lạnh khô | Có thể tăng gấp đôi | Shi, Kajikawa và Gan, APSIPA 2014 |
| Mức âm nghe được ở 315 Hz, cách 0,1 m phía sau tấm so với cách 1,0 m phía trước | 45 dB so với khoảng 61,4 dB | Zhong, Kirby và Qiu, JASA 2020 |
| Chùm được nêu cho Holosonics AS-24iX | 5 độ; 1,5 m x 1,5 m ở khoảng cách nghe điển hình 2 m (tuyên bố của nhà sản xuất) | Trang sản phẩm Holosonics AS-24iX 2026 |
Chênh lệch trước-sau trong hàng của Zhong tính ra khoảng 16 dB (61,4 trừ 45), một con số mà bản thân bài báo không nêu. Hãy thận trọng với hàng chùm của nhà sản xuất: một hình nón đầy đủ 5 độ ở khoảng cách 2 m chỉ rộng khoảng 0,17 m (2 x 2 m x tan 2,5 độ), nên các con số 5 độ và 1,5 m trên cùng một trang không thể mô tả cùng một mép của chùm (xem ghi chú Lưu ý về dữ liệu).
4. Âm thanh Nghe được, Suy giảm Tần số Thấp và Hiệu suất Chuyển đổi
Chính vật lý làm chùm hẹp cũng làm âm trầm đói năng lượng. Lý thuyết và phép đo đồng ý về độ dốc khoảng 12 dB mỗi octave: giảm một nửa tần số âm thanh và bạn mất khoảng 12 dB đầu ra, đó là lý do loa tham số nghe mỏng dưới vài trăm hertz. Bức tranh hiệu suất còn khắc nghiệt hơn. Li và cộng sự tính được rằng công suất âm thanh tăng theo bình phương tần số âm thanh và kích thước khẩu độ, giảm khi tần số siêu âm tăng, và hiệu suất chuyển đổi từ siêu âm sang âm thanh thường dưới 0,15% với các cấu hình điển hình (Li, Zhong, Jing và Lu, JASA 2023).
Đó là lý do mức tiêu thụ điện, chứ không phải độ lớn, chi phối các bài báo kỹ thuật. Nhóm MEMS Hàn Quốc giảm mức tiêu thụ của hệ thống từ 6,65 W xuống 3,25 W nhờ mạch phối hợp, so với mức danh định 65 đến 100 W mà họ trích dẫn cho loa tham số thông thường, nhưng nó vẫn chỉ tạo ra khoảng 62 dB âm thanh nghe được ở khoảng cách 0,45 m.
| Chỉ số | Giá trị | Nguồn |
|---|---|---|
| Mức tăng đo được của âm thanh nghe được giữa 300 và 1500 Hz (mảng 40 kHz) | Khoảng 12 dB mỗi octave | San Martin, Tello, Valencia và Marzo, Applied Sciences 2020 |
| Mức giảm âm thanh nghe được khi tần số âm thanh giảm một nửa | 12 dB | Zhong, Kirby và Qiu, JASA 2020 |
| Hiệu suất chuyển đổi từ siêu âm sang âm thanh, các cấu hình điển hình | Thường dưới 0,15% | Li và cộng sự, JASA 2023 |
| Mức âm nghe được (tần số hiệu) từ sóng sơ cấp siêu âm 125 dB, mảng MEMS, 0,45 m | Khoảng 62 dB | Ahn và cộng sự, Sensors 2019 |
| Mức âm nghe được tại tai của đầu giả, loa tham số so với loa thông thường, được đặt cho một bài kiểm tra nghe | 72,3 dBA so với 72,4 dBA | Lee, Shimomura và Katsuura, Journal of Physiological Anthropology 2012 |
| Dải nghe được của thiết kế siêu vật liệu 2026, nhắm tới người nghe cách 0,5 m | 500 Hz đến 10 kHz (bốn octave) | Kim và cộng sự, Nature Communications 2026 |
| Mức tối đa được nêu cho Holosonics AS-24iX | 95 dB SPL ở 1 kHz; công suất tiêu thụ tối đa 90 W (tuyên bố của nhà sản xuất) | Trang sản phẩm Holosonics AS-24iX 2026 |
Các tác giả Nature Communications thẳng thắn rằng mức âm của nguyên mẫu họ “tương đối hạn chế” so với loa thông thường và đổ lỗi cho “hiệu suất chuyển đổi phi tuyến vốn đã thấp”. Bộ chuyển đổi tốt hơn không thay đổi được vật lý nền tảng.
5. Độ méo Hài và Tiền xử lý: Từ 50% THD Xuống Các Con số Một Chữ số
Bản thân quá trình tự giải điều chế trong không khí là phi tuyến, nên cấp cho mảng tham số điều chế biên độ thuần túy sẽ cho đầu ra lớn nhất nhưng cũng có hài bậc hai mạnh. Các kỹ sư đối phó bằng cách tiền xử lý âm thanh trước khi điều chế: lấy căn bậc hai của nó (AM căn bậc hai, SRAM), chỉ gửi một dải biên (AM dải biên đơn, SSB), hoặc dùng các sơ đồ cải biên (MAM). Chỉ số điều chế, ký hiệu m, là mức độ sâu mà âm thanh làm biến thiên sóng mang; điều chế càng sâu thì càng lớn tiếng nhưng càng méo. Pompei cho thấy vào năm 1999 rằng AM thuần túy với bộ chuyển đổi băng hẹp tạo ra độ méo hài tổng (THD) tới 50%, và rằng tiền xử lý cộng với bộ chuyển đổi băng rộng đã hạ nó xuống 5%.
Phần cứng vẫn giới hạn phép toán. Mảng 49 bộ chuyển đổi, 16 mm được thử nghiệm năm 2020 đạt đỉnh ở 40,9 kHz với băng thông -3 dB chỉ 1,5 kHz, một cửa sổ hẹp cho các tần số bổ sung mà sơ đồ tiền xử lý thêm vào sóng mang. Nhóm này cũng ghi nhận rằng mức sóng mang trên 120 dB là phổ biến ngay cả ở cách 2 m từ các mảng như vậy, đủ để làm quá tải micro đo thông thường; để so sánh với các củ loa nhỏ thông thường, xem thống kê độ méo loa điện thoại thông minh của chúng tôi.
| Chỉ số | Giá trị | Nguồn |
|---|---|---|
| THD với AM thuần túy và bộ chuyển đổi băng hẹp so với sau khi tiền xử lý âm thanh và bộ chuyển đổi băng rộng | Tối đa 50% so với 5% | Pompei, JASA 1999 |
| Mức méo được coi là chấp nhận được nói chung cho thiết bị gia dụng | Dưới -26 dB (5%) | San Martin và cộng sự, Applied Sciences 2020 |
| Độ méo với AM dải biên kép thông thường | Trên -20 dB trên hầu như toàn bộ dải | San Martin và cộng sự, Applied Sciences 2020 |
| AM dải biên đơn (dải biên dưới hoặc trên) | Dưới ngưỡng -26 dB trên toàn dải làm việc | San Martin và cộng sự, Applied Sciences 2020 |
| Mức âm nghe được bị đánh đổi bởi sơ đồ được khuyến nghị (AM cải biên 1, m = 0,6) | 2 dB | San Martin và cộng sự, Applied Sciences 2020 |
| Độ méo còn lại trong băng sau khi cân bằng đệ quy, trong mô phỏng | -70 dB hoặc thấp hơn | Lee và Gan, IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing 2006 |
Không có người thắng duy nhất. Trong nghiên cứu năm 2020, các sơ đồ dải biên đơn có độ méo hài thấp nhất nhưng độ méo xuyên điều chế tệ nhất (độ méo sinh ra khi hai âm trộn lẫn), trong khi AM căn bậc hai và AM cải biên tốt nhất về xuyên điều chế. Các hài bậc cao hơn bậc hai là không đáng kể ở mọi sơ đồ. Dữ liệu mới nhất hiện có cho các con số 50% và 5%: Pompei, JASA 1999.
6. Giới hạn Phơi nhiễm Siêu âm trong Không khí: Các Hướng dẫn Cho phép Những gì
Loa tham số chỉ hoạt động nếu siêu âm của nó mạnh, nên các quy tắc phơi nhiễm của nó quan trọng hơn nhiều so với bất kỳ loa thông thường nào. Các giới hạn được đặt theo từng dải một phần ba octave, một lát phổ rộng một phần ba octave, được gọi tên theo tần số trung tâm. Đặc điểm nổi bật là vách đá giữa 20 và 25 kHz: Health Canada cho phép 75 dB ở dải 20 kHz nhưng 110 dB từ 25 kHz trở lên, và bảng của họ lưu ý rằng các tác động chủ quan có thể xuất hiện ngay lập tức, nên giới hạn không phụ thuộc vào thời gian phơi nhiễm (Health Canada, Safety Code 24, 1991).
Những con số này đã cũ và có ít cơ sở, và chính những người kế nhiệm các tác giả cũng nói vậy. Trong bản xem xét năm 2024, ICNIRP kết luận rằng các giới hạn IRPA năm 1984 dựa trên bằng chứng hạn chế và có thể quá cao hoặc quá thấp, nhưng việc sửa đổi chính thức phải chờ thêm nghiên cứu (tuyên bố của ICNIRP về siêu âm trong không khí, 2024).
| Chỉ số | Giá trị | Nguồn |
|---|---|---|
| Giới hạn của Canada, các dải một phần ba octave 16 kHz và 20 kHz | 75 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| Giới hạn của Canada, các dải một phần ba octave 25, 31,5, 40 và 50 kHz | 110 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| Giới hạn mức áp suất âm tổng của Canada cho các bộ phận cơ thể khác khi đeo bảo vệ tai | 137 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| Giới hạn công chúng IRPA 1984, dải 20 kHz | 70 dB (thấp hơn 5 dB so với mức nghề nghiệp 75 dB) | Tuyên bố ICNIRP 2024 |
| Giới hạn công chúng IRPA 1984, dải 25 kHz trở lên | Thấp hơn 10 dB so với mức nghề nghiệp 110 dB (100 dB) | Tuyên bố ICNIRP 2024 |
| Mức cho phép thêm của IRPA đối với phơi nhiễm nghề nghiệp dưới 1 giờ | +9 dB (ICNIRP cho rằng thiếu cơ sở biện minh) | Tuyên bố ICNIRP 2024 |
| Mức siêu âm chưa được chứng minh là gây mất thính lực | Dưới 120 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| Mức trên đó xảy ra các tác hại cấp tính ở người | Xấp xỉ 155 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
Hướng dẫn của OSHA, có hiệu lực từ năm 2004, cho phép thêm 30 dB đối với các mức tối đa cho phép; hướng dẫn này sau đó đã bị bỏ (Acoustics Today, Fall 2020, Exposure to Ultrasound in Air). Dữ liệu mới nhất hiện có: Health Canada Safety Code 24, 1991, và các hướng dẫn tạm thời của IRPA, 1984, như được ICNIRP xem xét năm 2024.
7. Mức Phơi nhiễm Đo được và Các Nghiên cứu trên Người Gần Chùm Siêu âm
Một cuộc kiểm tra phòng thí nghiệm đã công bố về một mảng tham số thương mại không đáng yên tâm. Đo trên trục ở khoảng cách 3,5 m trong phòng không vang (căn phòng không có tiếng vọng; xem thống kê thử nghiệm phòng không vang của chúng tôi), Dolder và cộng sự thấy 118 dB ở dải 40 kHz, vượt mọi hướng dẫn mà họ so sánh. Giảm độ khuếch đại làm giảm đầu ra nghe được có trọng số A đi 10 dB nhưng chỉ giảm tín hiệu bơm 40 kHz đi 1 dB, nên một chùm nghe có vẻ nhỏ hơn chưa chắc là mức phơi nhiễm siêu âm thấp hơn (Dolder và cộng sự, ICA 2019).
Dữ liệu trên người còn ít và phần lớn là kết quả không có tác động. Một nghiên cứu năm 2019 cho một tai của chín người nghe trẻ tuổi phơi nhiễm với siêu âm 40 kHz đến 120 dB và không thấy thay đổi chức năng đáng kể so với chín người đối chứng (Carcagno, Di Battista và Plack, Acta Acustica united with Acustica 2019), và một nghiên cứu sinh lý trên chín đối tượng ở cách 0,3 m và 1,0 m từ một loa tham số 40 kHz không thấy khác biệt đáng kể so với loa thông thường. Độ nhạy thính giác là ẩn số: ICNIRP lưu ý rằng 40% trẻ em được kiểm tra có ngưỡng dưới 100 dB ở 26 kHz.
| Chỉ số | Giá trị | Nguồn |
|---|---|---|
| Siêu âm ở dải 40 kHz tại 3,5 m từ một mảng tham số thương mại, độ khuếch đại cao so với thấp | 118 dB so với 117 dB | Dolder và cộng sự, ICA 2019 |
| Mức vượt hướng dẫn ICNIRP cho công chúng ở 40 kHz | Ít nhất 17 dB (18 dB ở độ khuếch đại cao) | Dolder và cộng sự, ICA 2019 |
| Mức vượt các giá trị nghề nghiệp của ICNIRP và giá trị dựa trên OSHA ở 40 kHz, độ khuếch đại cao | 8 dB và 3 dB | Dolder và cộng sự, ICA 2019 |
| Siêu âm từ các mảng phản hồi xúc giác ở khoảng 40 kHz, tại 60 cm và tại 20 cm (để so sánh) | 125 dB và 155 dB | Battista 2019 và Lieber và cộng sự 2019, như được lập bảng trong Acoustics Today, Fall 2020 |
| Số nguồn được đo trong một khảo sát phơi nhiễm của công chúng; mức của máy sấy tay ở 40 kHz | 16 nguồn; 84 dB | Fletcher và cộng sự, JASA 2018 |
| Thiết kế nghiên cứu phơi nhiễm: âm 40 kHz điều biên, các mức và thời lượng | 105, 110, 115 và 120 dB, 10 phút mỗi mức; 9 người phơi nhiễm so với 9 đối chứng; không có thay đổi đáng kể | Carcagno và cộng sự, Acta Acustica 2019 |
| Nghiên cứu sinh lý gần loa tham số 40 kHz: đối tượng và khoảng cách | 9 đối tượng ở 0,3 m và 1,0 m; không có khác biệt đáng kể so với loa thông thường | Lee, Shimomura và Katsuura 2012 |
| Các ngưỡng nghe siêu âm do ICNIRP trích dẫn | 88 dB hoặc cao hơn ở 24 kHz; 3 trong 32 tai dưới 100 dB ở 28 kHz; 40% trẻ em dưới 100 dB ở 26 kHz | Tuyên bố ICNIRP 2024 |
Thử nghiệm của Dolder bao gồm một thiết bị thông dụng trong điều kiện phòng thí nghiệm; nó không xác định được người nghe tại một triển lãm bảo tàng nhận được những gì. Báo cáo AGNIR nêu rõ khoảng trống rộng hơn: mức phơi nhiễm siêu âm của con người chưa được định lượng tốt, ngoại trừ phơi nhiễm từ các thiết bị y tế. Dữ liệu mới nhất hiện có: Dolder và cộng sự, 2019, và Carcagno và cộng sự, 2019.
Tổng kết: Mảng Âm học Tham số qua Các Con số
| Chỉ số | Giá trị | Nguồn |
|---|---|---|
| Số lượt trích dẫn Crossref của bài báo mảng tham số năm 1963 của Westervelt | 812 | Crossref, JASA 1963 |
| Bài báo loa tham số đầu tiên (“Audio Spotlight”) | 1983 | Yoneyama và cộng sự, JASA 1983 |
| Dải tần số sóng mang ở các thiết bị được xem xét ở đây | 27 kHz đến 90 kHz | Aoki và cộng sự 1991; Ahn và cộng sự, Sensors 2019 |
| Sóng mang đo được trên tấm 0,6 m x 0,6 m | 64 kHz | Zhong, Kirby và Qiu, JASA 2020 |
| Độ rộng chùm của mảng tham số có độ méo thấp | 3 độ | Pompei, JASA 1999 |
| Độ rộng chùm giữa hai điểm không đầu tiên của mảng tham số 8 kênh, 40 kHz | 40 độ | Shi, Kajikawa và Gan, APSIPA 2014 |
| Thay đổi độ rộng chùm, nóng ẩm so với lạnh khô | Có thể tăng gấp đôi | Shi, Kajikawa và Gan, APSIPA 2014 |
| Mức mất đi của âm thanh nghe được mỗi lần giảm một nửa tần số âm thanh | Khoảng 12 dB | Zhong, Kirby và Qiu, JASA 2020 |
| Hiệu suất chuyển đổi từ siêu âm sang âm thanh | Thường dưới 0,15% | Li và cộng sự, JASA 2023 |
| Mức âm nghe được từ sóng sơ cấp 125 dB tại 0,45 m | Khoảng 62 dB | Ahn và cộng sự, Sensors 2019 |
| THD với AM thuần túy và bộ chuyển đổi băng hẹp so với sau khi tiền xử lý | Tối đa 50% so với 5% | Pompei, JASA 1999 |
| Độ méo của AM dải biên kép thông thường | Trên -20 dB | San Martin và cộng sự, Applied Sciences 2020 |
| Dải nghe được của một loa tham số siêu vật liệu 2026 | 500 Hz đến 10 kHz | Kim và cộng sự, Nature Communications 2026 |
| Giới hạn của Canada, các dải 25 đến 50 kHz | 110 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| Giới hạn công chúng IRPA, dải 20 kHz | 70 dB | Tuyên bố ICNIRP 2024 |
| Siêu âm đo được ở dải 40 kHz tại 3,5 m từ một thiết bị thương mại; mức vượt hướng dẫn ICNIRP cho công chúng | 118 dB; ít nhất 17 dB | Dolder và cộng sự, ICA 2019 |
| Mức phơi nhiễm cao nhất trong một nghiên cứu thính lực 40 kHz có đối chứng (không có thay đổi đáng kể) | 120 dB | Carcagno và cộng sự, Acta Acustica 2019 |
Phương pháp luận và Nguồn
Chúng tôi thực hiện 15 lượt tìm kiếm có mục tiêu và đọc trực tiếp các bài báo gốc, tiêu chuẩn và tài liệu của cơ quan, thông qua các trang của nhà xuất bản, PubMed Central, kho lưu trữ của các tổ chức và các dịch vụ siêu dữ liệu Crossref và OpenAlex. Mọi con số ở trên đều được đọc trong một nguồn trong quá trình nghiên cứu cho bản cập nhật này. Các con số của nhà sản xuất được gắn nhãn là tuyên bố của nhà sản xuất và được giữ ở thiểu số trong mỗi phần.
- Westervelt, “Parametric Acoustic Array”, JASA 1963 và Yoneyama và cộng sự, “The audio spotlight”, JASA 1983: các bài báo sáng lập; số lượt trích dẫn từ siêu dữ liệu Crossref (Bennett và Blackstock, JASA 1975, cũng từ Crossref).
- Shi, Kajikawa và 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; phần tóm tắt luận án MIT năm 2002 của Pompei cho so sánh về độ định hướng.
- Li, Zhong, Jing và Lu, “A note on the audio sound power generated by a parametric array loudspeaker”, JASA 2023
- Zhong, Kirby và Qiu, “A non-paraxial model for the audio sound behind a non-baffled parametric array loudspeaker”, JASA 2020
- San Martin, Tello, Valencia và Marzo, “Experimental Evaluation of Distortion in Amplitude Modulation Techniques for Parametric Loudspeakers”, Applied Sciences 2020
- Ahn và cộng sự, “A Critical Step to Using a Parametric Array Loudspeaker in Mobile Devices”, Sensors 2019
- Kim, Oh, Moon và Rho, “Dual-domain metamaterials co-integrated with a compact ultrasonic transducer for highly directional audio generation”, Nature Communications 2026
- Skinner, Groves và Hinders, “Demonstration of a length limited parametric array”, Applied Acoustics 2019
- Aoki, Kamakura và Kumamoto, Electronics and Communications in Japan 1991, và Lee và Gan, IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing 2006 (phần tóm tắt và siêu dữ liệu thư mục qua Crossref và OpenAlex).
- Lee, Shimomura và Katsuura, “Physiological responses at short distances from a parametric speaker”, Journal of Physiological Anthropology 2012
- Dolder, Fletcher, Lloyd Jones, Lineton và Leighton, “Exposure levels for parametric arrays in light of guideline ambiguities”, Proceedings of ICA 2019
- Fletcher và cộng sự, “Public exposure to ultrasound and very high-frequency sound in air”, JASA 2018
- Carcagno, Di Battista và 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, Fall 2020, bảng phơi nhiễm được tái hiện từ Leighton và cộng sự
- Holosonics trang sản phẩm AS-24iX và lịch sử công ty, 2026: chỉ là các tuyên bố của nhà sản xuất.
- Lưu ý về dữ liệu: Trang của Holosonics đưa ra cả chùm 5 độ lẫn vùng phủ 1,5 m x 1,5 m ở khoảng cách 2 m; một góc toàn phần 5 độ chỉ phủ khoảng 0,17 m ở khoảng cách đó (2 x 2 m x tan 2,5 độ), nên hai con số này nhiều khả năng dùng các mép hoặc định nghĩa khác nhau, và Skinner và cộng sự trích dẫn một tuyên bố khác của Holosonics về độ rộng chùm khoảng 2 m ở 4 m. Phần tóm tắt của Ahn và cộng sự gọi chùm 83 kHz là sóng tần số hiệu trong khi phần kết quả coi 83 và 90 kHz là các sóng sơ cấp; chúng tôi báo cáo chúng là sóng mang. Phần tóm tắt của Carcagno và cộng sự nhắc đến tổng thời lượng 50 giây mâu thuẫn với 10 phút mỗi mức, nên chúng tôi chỉ báo cáo con số theo từng mức. Giá trị công chúng 100 dB của IRPA cho 25 kHz trở lên theo cách diễn đạt “thấp hơn mức nghề nghiệp 10 dB” của ICNIRP và khớp với 100 dB mà Dolder và cộng sự lập bảng cho các dải 25, 31,5 và 40 kHz. Các mức 315 Hz phía trước và phía sau của Zhong và cộng sự lấy từ các hình mô hình và đo đạc của họ cho một tấm duy nhất và có thể không khái quát được. Không nguồn nào chúng tôi đọc được đưa ra hệ số hấp thụ của không khí ở 40 đến 64 kHz, nên bản tổng hợp này bỏ chúng ra. Phần lớn dữ liệu phơi nhiễm có từ năm 1991 đến 2019; ICNIRP cho biết năm 2024 rằng các hướng dẫn của họ chưa thể được sửa đổi chính thức, nên các giới hạn mới sẽ làm thay đổi các phần 6 và 7.
Cập nhật lần cuối: ngày 27 tháng 10 năm 2026. Chúng tôi cập nhật bản tổng hợp này hàng quý, và lần làm mới tiếp theo dự kiến diễn ra khi ICNIRP công bố hướng dẫn tiếp theo về siêu âm trong không khí hoặc khi xuất hiện các phép đo JASA mới về loa tham số thương mại.