Sound from ultrasound (no sound)

Thread Starter

Drellk

Joined Nov 30, 2023
24
Good morning gentlemen, I'm new to the forum, I hope you can help me. So I don't know if you know the "sound from ultrasound" effect in which 2 beams of ultrasound meet "in air" or in any other medium and two other resulting waves are formed by addition and subtraction. So I would like to do this, but I would need very powerful ultrasonic (piezo?) generators since they have to pass through 20-30 cm of "air" and then a solid medium for a few centimeters. Obviously I would also like to know the control system. Thanks in advance gentlemen.
 

k1ng 1337

Joined Sep 11, 2020
960
There is a lot to this project but the principle is basic enough for you to get started.

Ultrasound is a term for frequencies above human hearing. The goal is to make a transmitter which transmits above this range and a receiver to provide an output in the audible range as the waves hit a surface.

Receiver: A (440Hz) tuning fork will work as an excellent receiver for your project. The reason is because tuning forks are very precise band pass filters. A 440Hz tuning fork will resonate (vibrate) at 440Hz but not at 439 or 441. This means that any waves hitting its surface at exactly 440Hz will cause the fork to vibrate. Since 440Hz is in the audible range, you will hear it provided there is enough input power.

Transmitter: Now comes the transmitter(s). This is where is gets hairy because wave interference is extremely complex for an open system. You could use two ultrasonic transducers aimed at the tuning fork. If you take advantage of the phenomenon known as beats, you can transmit two waves in the ultrasonic region which destructively interfere to produce a beat frequency of 440Hz which will couple into the fork.

It will take precise geometry to get the angles of the beams right otherwise the interference pattern will not be as expected and you will likely hear nothing. You might get lucky but it will be like firing a gun without aiming. You can dial in the directionality of a transducer by attaching a cylinder so it creates a narrow beam.

Roughly speaking, the beat frequency is the difference between the mixed frequencies according to the formula: fb = f1 - f2. Therefore, if you direct two beams toward a 440Hz tuning fork which subtract to 440Hz, the energy will be mechanically coupled into the fork and sound will be produced. All other frequencies will be ignored by the receiver.
 
Last edited:

Ya’akov

Joined Jan 27, 2019
9,146
Welcome to AAC.

This doesn’t seem to be a practical project for a neophyte DIY maker.

The approach you are suggesting is based on a difficult to build, proprietary system. A parametric array approach, made of readily available transducers is a viable version but it will not penetrate solid materials, just gets demodulated and the material becomes a source of the audible sound.

The parametric array doesn’t depend on interference, it uses the ultrasonics as a carrier and modulates it with the audible signal. The air, or a person‘s head, demodulates it.

Since you have specific requirements concerning the penetration of solid material, it seems you have an application in mind, what is it?
 

djsfantasi

Joined Apr 11, 2010
9,160
I’ve researched similar systems for a commercial project. AFAIK, there is exactly one commercial supplier of a system like this. And I’m not aware of any DIY systems. As Ya’akov has mentioned, there is another similar method called a parametric phased array that DIYers have built that seem to have limitations unsuitable for your application.
 

Thread Starter

Drellk

Joined Nov 30, 2023
24
Benvenuti nell'AAC.

Questo non sembra essere un progetto pratico per un produttore fai-da-te neofita.

L'approccio che suggerisci si basa su un sistema proprietario difficile da costruire. Un approccio con array parametrico , costituito da trasduttori prontamente disponibili, è una versione praticabile ma non penetra nei materiali solidi, viene semplicemente demodulato e il materiale diventa una sorgente del suono udibile.

L'array parametrico non dipende dalle interferenze, utilizza gli ultrasuoni come portante e li modula con il segnale udibile. L'aria, o la testa di una persona, la demodula.

Dato che hai requisiti specifici riguardanti la penetrazione di materiale solido, sembra che tu abbia in mente un'applicazione, di cosa si tratta?
[/CITAZIONE]
thanks for the answer yes I read what "parametric array" means and my idea is similar but simpler in fact I only have to use two ultrasound beams and the difference produces a beat of about 10 hz, yes so low, for my small experiment, and 10 Hz waves can only be produced as a beat. but I need very powerful transducers since 20-30 cm of air and a few cm of solid must pass through
 

Thread Starter

Drellk

Joined Nov 30, 2023
24
C'è molto in questo progetto, ma il principio è abbastanza basilare da consentirti di iniziare.

Ultrasuoni è un termine per frequenze superiori all'udito umano. L'obiettivo è realizzare un trasmettitore che trasmetta al di sopra di questa gamma e un ricevitore che fornisca un'uscita nella gamma udibile quando le onde colpiscono una superficie.

Ricevitore: un diapason (440 Hz) funzionerà come un eccellente ricevitore per il tuo progetto. Il motivo è perché i diapason sono filtri passa banda molto precisi. Un diapason da 440 Hz risuonerà (vibrerà) a 440 Hz ma non a 439 o 441. Ciò significa che qualsiasi onda che colpisce la sua superficie esattamente a 440 Hz farà vibrare il diapason. Poiché 440 Hz rientra nella gamma udibile, lo sentirai a condizione che ci sia abbastanza potenza in ingresso.

Trasmettitore: Ora arrivano i trasmettitori. È qui che la questione si complica perché l'interferenza delle onde è estremamente complessa per un sistema aperto. Potresti usare due trasduttori ad ultrasuoni puntati sul diapason. Se approfitti del fenomeno noto come battiti , puoi trasmettere due onde nella regione degli ultrasuoni che interferiscono in modo distruttivo per produrre una frequenza di battimento di 440 Hz che si accoppierà nella forcella.

Sarà necessaria una geometria precisa per ottenere gli angoli giusti dei raggi, altrimenti lo schema di interferenza non sarà quello previsto e probabilmente non sentirai nulla. Potresti essere fortunato, ma sarà come sparare con una pistola senza mirare. È possibile regolare la direzionalità di un trasduttore collegando un cilindro in modo che crei un raggio stretto.

In parole povere, la frequenza di battimento è la differenza tra le frequenze miste secondo la formula: fb = f1 - f2. Pertanto, se si dirigono due raggi verso un diapason da 440 Hz sottraendo a 440 Hz, l'energia verrà accoppiata meccanicamente al diapason e verrà prodotto il suono. Tutte le altre frequenze verranno ignorate dal ricevitore.
[/CITAZIONE]
sì è molto simile a quello che voglio creare ma la frequenza risultante che mi interessa è 10 Hz quindi devo necessariamente sfruttare il fenomeno del battimento. quindi, poiché ho bisogno di molta potenza, quali trasduttori dovrei usare? diciamo che l'obiettivo è a 40 cm
 

Thread Starter

Drellk

Joined Nov 30, 2023
24
Ho ricercato sistemi simili per un progetto commerciale. Per quanto ne so, esiste esattamente un fornitore commerciale di un sistema come questo. E non sono a conoscenza di sistemi fai-da-te. Come ha menzionato Ya'akov, esiste un altro metodo simile chiamato array parametrico a fasi creato dagli utenti fai-da-te che sembra avere limitazioni inadatte alla tua applicazione.
[/CITAZIONE]
il mio progetto è simile ma non uguale all'array parametrico, infatti devo utilizzare solo due fasci di ultrasuoni e non tanti come nell'array. e poi non devo creare il suono visto che la frequenza risultante è 10 Hz, quella che mi interessa. Ho bisogno di molta potenza poiché deve far passare circa 30 cm di aria e qualche cm di solidi. Qual è la soluzione di cui parlavi?
 

k1ng 1337

Joined Sep 11, 2020
960
10Hz is impractical because the minimum hearing range for humans is around 20Hz. Humans are most sensitive to frequencies between 2-5kHz so choosing a value closer to this means less input power will be required for the same perceived volume intensity.

I've had my eye on a set of tuning forks so I'm going to try this experiment. It will take me a while to come up with a design and order parts. I don't know if it will work but here is my plan:

1) Build two separate transmitters. Each will have a 555 timer and a ultrasonic transducer which subtract to produce a 440Hz beat frequency.

2) Aim each transmitter at a 440Hz tuning fork.

If I get the angles right and with enough input power, I should hear something. The tuning fork is convenient for this project because it takes the work out of building a receiver. The physical construction of the tuning fork forms a band pass filter and speaker. Demodulation of the signal happens in the air.
 
Last edited:

Ya’akov

Joined Jan 27, 2019
9,146
10Hz is impractical because the minimum hearing range for humans is around 20Hz. Humans are most sensitize to frequencies between 2-5kHz so choosing a value closer to this means less input power will be required for the same perceived volume intensity.

I've had my eye on a set of tuning forks so I'm going to try this experiment. It will take me a while to come up with a design and order parts. I don't know if it will work but here is my plan:

1) Build two separate transmitters. Each will have a 555 timer and a ultrasonic transducer which subtract to produce a 440Hz beat frequency.

2) Aim each transmitter at a 440Hz tuning fork.

If I get the angles right and with enough input power, I should hear something. The tuning fork is convenient for this project because it takes the work out of building a receiver. The physical construction of the tuning fork forms a band pass filter and speaker and demodulation of the signal happens in the air.
While the tuning fork‘s resonance will help to make a smaller signal more obvious, you shouldn’t need it to hear the 440Hz sound. Any non-linear medium should cause an audible sound. Of course, you might be able to make the resulting interference so low energy it is not audible but still excites the fork, which is interesting…
 

Thread Starter

Drellk

Joined Nov 30, 2023
24
10 Hz non è pratico perché il range uditivo minimo per gli esseri umani è di circa 20 Hz. Gli esseri umani sono più sensibili alle frequenze comprese tra 2 e 5 kHz, quindi scegliere un valore più vicino a questo significa che sarà necessaria meno potenza in ingresso per la stessa intensità di volume percepita.

Ho messo gli occhi su un set di diapason, quindi proverò questo esperimento. Mi ci vorrà un po' per elaborare un progetto e ordinare le parti. Non so se funzionerà, ma ecco il mio piano:

1) Costruisci due trasmettitori separati. Ciascuno avrà un timer 555 e un trasduttore ultrasonico che sottrae per produrre una frequenza di battimento di 440 Hz.

2) Puntare ciascun trasmettitore verso un diapason da 440 Hz.

Se ottengo gli angoli giusti e con sufficiente potenza in ingresso, dovrei sentire qualcosa. Il diapason è utile per questo progetto perché elimina il lavoro di costruzione di un ricevitore. La costruzione fisica del diapason forma un filtro passa banda e un altoparlante. La demodulazione del segnale avviene nell'aria.
[/CITAZIONE]
nono no sir, I need the 10Hz difference, I don't need it to listen to the sound produced by the beat, but for my little experiments for which I wouldn't be able to produce the 10Hz frequency. then for the transducers I need powerful ones since they have to go beyond many centimeters.
 
Last edited:

Thread Starter

Drellk

Joined Nov 30, 2023
24
Anche se la risonanza del diapason aiuta a rendere più evidente un segnale più piccolo, non dovresti averne bisogno per sentire il suono a 440 Hz. Qualsiasi mezzo non lineare dovrebbe causare un suono udibile. Naturalmente, potresti essere in grado di rendere l'interferenza risultante a un'energia così bassa da non essere udibile ma da eccitare comunque la forcella, il che è interessante...
[/CITAZIONE]
no no Mr Yakoov I would need the resulting frequency of 10 Hz and not 440 Hz, so I don't need the tuning fork. As I have already said, I need very powerful transducers to cross several centimeters between air and solid. but the difference frequency I'm interested in is 10Hz, so I don't need it for listening, but for my little experiments for which I wouldn't be able to create 10Hz directly.
 

Ya’akov

Joined Jan 27, 2019
9,146
I understand exactly what you want. I was responding to the post concerning the use of a tuning fork.

As far as what you want to do, I don’t believe you can succeed at it, but, if you are going to try, start by simply trying to produce a 10Hz signal by interference without the penetration of solid material. If you can’t even do that it’s hopeless anyway, and if you can they you can add it.

It is a much more difficult proposition than you seem to think. And the power levels to penetrate several centimeters of solid material seem insanely high, possibly to the point you would damage whatever you were trying to penetrate.

10Hz is very low, so the wavelength is quite large. This determines how much of medium will have to be moved to transmit the signal to the other side. Keep in mind, the some of the front surface of the medium is going to have to start moving at the 10Hz. Unless you plan to aim the beams a considerable distance past the barrier. This would cause other attenuation.

The speed of sound in a medium, which is key variable in determining wave length is dependent of the density and Young’s modulus of the medium:

.\[ v=\mathsf{\sqrt{{\it{Y}}\over ρ}} \space \space where \space Y \space is \mathsf{\space Young’s\space modulus} \space and \space ρ\space is \space \mathsf{density} \]

So if we take something like aluminum, which is stiff and dense compared to air, with a speed of sound about 6420m/s, at 10Hz the wavelength is 642m. So whatever you are trying to penetrate, the entire thickness would have to be moved at 10Hz.

I don’t know what you hope to do with this but I think you should look for alternative to this scheme.
 

Thread Starter

Drellk

Joined Nov 30, 2023
24
Capisco esattamente cosa vuoi. Rispondevo al post riguardante l'uso del diapason.

Per quanto riguarda quello che vuoi fare, non credo che tu possa riuscirci, ma , se hai intenzione di provarci, inizia semplicemente cercando di produrre un segnale a 10Hz mediante interferenza senza la penetrazione di materiale solido. Se non riesci nemmeno a farlo è comunque senza speranza, e se puoi puoi aggiungerlo.

È una proposta molto più difficile di quanto sembri pensare. E i livelli di potenza necessari per penetrare diversi centimetri di materiale solido sembrano follemente alti, forse al punto da danneggiare qualunque cosa tu stia cercando di penetrare.

10 Hz è molto basso, quindi la lunghezza d'onda è piuttosto grande. Ciò determina la quantità di mezzo che dovrà essere spostata per trasmettere il segnale all'altro lato. Tieni presente che parte della superficie anteriore del supporto dovrà iniziare a muoversi a 10 Hz. A meno che tu non preveda di puntare i raggi a una distanza considerevole oltre la barriera. Ciò causerebbe altre attenuazioni.

La velocità del suono in un mezzo, che è una variabile chiave nel determinare la lunghezza d'onda, dipende dalla densità e dal modulo di Young del mezzo:

.\[ v=\mathsf{\sqrt{{\it{Y}}\over ρ}} \space \space dove \space Y \space è \mathsf{\space modulo di Young\space} \space e \space ρ \spazio è \spazio \mathsf{densità} \]

Quindi se prendiamo qualcosa come l'alluminio, che è rigido e denso rispetto all'aria, con una velocità del suono di circa 6420m/s, a 10Hz la lunghezza d'onda è di 642m. Quindi qualunque cosa tu stia cercando di penetrare, l'intero spessore dovrebbe essere spostato a 10Hz.

Non so cosa speri di fare con questo, ma penso che dovresti cercare un'alternativa a questo schema.
[/CITAZIONE]
thanks yakoov for your answer, then, the solid medium that I have to penetrate is not really a solid, nor a metal, but rather a very dense electrolyte, such as a very cloudy saline solution therefore easier to penetrate. then I didn't understand what you mean when you say that "the front surface of the support must start to move". However, since I would already like to start designing which piezos (2) should I purchase in order to have the necessary power
 

Thread Starter

Drellk

Joined Nov 30, 2023
24
Capisco esattamente cosa vuoi. Rispondevo al post riguardante l'uso del diapason.

Per quanto riguarda quello che vuoi fare, non credo che tu possa riuscirci, ma , se hai intenzione di provarci, inizia semplicemente cercando di produrre un segnale a 10Hz mediante interferenza senza la penetrazione di materiale solido. Se non riesci nemmeno a farlo è comunque senza speranza, e se puoi puoi aggiungerlo.

È una proposta molto più difficile di quanto sembri pensare. E i livelli di potenza necessari per penetrare diversi centimetri di materiale solido sembrano follemente alti, forse al punto da danneggiare qualunque cosa tu stia cercando di penetrare.

10 Hz è molto basso, quindi la lunghezza d'onda è piuttosto grande. Ciò determina la quantità di mezzo che dovrà essere spostata per trasmettere il segnale all'altro lato. Tieni presente che parte della superficie anteriore del supporto dovrà iniziare a muoversi a 10 Hz. A meno che tu non preveda di puntare i raggi a una distanza considerevole oltre la barriera. Ciò causerebbe altre attenuazioni.

La velocità del suono in un mezzo, che è una variabile chiave nel determinare la lunghezza d'onda, dipende dalla densità e dal modulo di Young del mezzo:

.\[ v=\mathsf{\sqrt{{\it{Y}}\over ρ}} \space \space dove \space Y \space è \mathsf{\space modulo di Young\space} \space e \space ρ \spazio è \spazio \mathsf{densità} \]

Quindi se prendiamo qualcosa come l'alluminio, che è rigido e denso rispetto all'aria, con una velocità del suono di circa 6420m/s, a 10Hz la lunghezza d'onda è di 642m. Quindi qualunque cosa tu stia cercando di penetrare, l'intero spessore dovrebbe essere spostato a 10Hz.

Non so cosa speri di fare con questo, ma penso che dovresti cercare un'alternativa a questo schema.
[/CITAZIONE]
therefore the measurements are: 30-40 cm of air and then max 10-15 cm of "solid" which in reality is a very cloudy or in any case very watery electrolyte. However, I have seen that ultrasound is used to do ultrasound and soil measurements so it can penetrate quite a bit, but since as I have already told you I would like to start straight away so which transducers should I use for my application?
 

Thread Starter

Drellk

Joined Nov 30, 2023
24
10Hz is impractical because the minimum hearing range for humans is around 20Hz. Humans are most sensitive to frequencies between 2-5kHz so choosing a value closer to this means less input power will be required for the same perceived volume intensity.

I've had my eye on a set of tuning forks so I'm going to try this experiment. It will take me a while to come up with a design and order parts. I don't know if it will work but here is my plan:

1) Build two separate transmitters. Each will have a 555 timer and a ultrasonic transducer which subtract to produce a 440Hz beat frequency.

2) Aim each transmitter at a 440Hz tuning fork.

If I get the angles right and with enough input power, I should hear something. The tuning fork is convenient for this project because it takes the work out of building a receiver. The physical construction of the tuning fork forms a band pass filter and speaker. Demodulation of the signal happens in the air.
I saw the transducers they sell on the internet (Amazon), those with a few watts, but they are very small in terms of power, do you know any others that are more powerful?
 

Thread Starter

Drellk

Joined Nov 30, 2023
24
Ciao @Drellk
È necessario utilizzare il testo in inglese, altrimenti la discussione verrà chiusa.

Moderazione
[/CITAZIONE]
I saw the transducers they sell on the internet (Amazon), those with a few watts, but they are very small in terms of power, do you know any others that are more powerful?
 
Top