У меня есть микрофон, выход которого нужно ограничить 0-5В. Сам микрофон должен улавливать звук из своего окружения (например, из гостиной). Позже из аудиопотока, улавливаемого микрофоном, будут идентифицированы определенные сигналы. Выход микрофона будет вести к аналоговому входу микроконтроллера, который будет выполнять весь анализ сигнала. Но пока все, на чем я сосредоточен, это микрофон.
Я немного погуглил и обнаружил усилители с автоматическим усилением, которые, похоже, могут регулировать свое усиление в зависимости от выходного напряжения. Если выход слишком низкий, усиление будет увеличиваться, а если выход слишком большой, усиление уменьшится. Если я правильно понимаю, это должен быть тип поведения, который я ищу. Я думаю, что этот процесс ограничения выходного напряжения микрофона известен как компрессия в аудио мире?
В любом случае, я нашел пример или два усилителя с автоматическим усилением, которые используются для обеспечения минимального выходного напряжения, но я изо всех сил пытаюсь понять, как его использовать для обеспечения максимального выходного напряжения.
Суть моих вопросов:
1) Можно ли использовать усилитель с автоматическим усилением для ограничения выходного напряжения микрофона до максимум 5 В при неизвестном входном напряжении?
2) Если возможно, лучше ли для этого выбрать усилитель с автоматическим усилением? Если это невозможно сделать с помощью усилителя с автоматическим усилением, какие другие методы могут это сделать?
3) Если усилитель с автоматическим усилением действительно подходит для этой задачи, как можно выбрать/подключить усилитель с автоматическим усилением?
Для справки, микрофон, который я мог бы использовать, это CMA-4544PF-W . Некоторая другая информация, которая может иметь значение, заключается в том, что я ожидаю, что окружающий шум среды, в которой находится микрофон, будет в среднем около 50-60 дБ.
Я могу уточнить любые дополнительные детали, которые я не упомянул здесь, если это необходимо!
РЕДАКТИРОВАТЬ: Когда я писал это, мне было неясно, я все еще хочу усилить сигнал микрофона до того, как он достигнет входного контакта микроконтроллера. Поэтому, хотя я ожидаю, что микрофон будет выводить сигнал в мВ, я хотел бы немного усилить сигнал. Я просто беспокоюсь, что если я использую усилитель с большим коэффициентом усиления, выходное напряжение может превысить 5 В. Я думаю, что усилитель с автоматическим усилением сможет как усиливать входной сигнал, так и ограничивать выходную амплитуду менее 5 В.
Заранее спасибо!
Компрессия - это совсем другое.
Усилители с автоматическим усилением предназначены для поддержания среднего звука на каком-то заданном уровне и являются обычной функцией телевизоров. Однако они не очень полезны для микрофонов, предназначенных для обнаружения речи, поскольку большую часть времени звук отсутствует. Таким образом, большую часть времени усилитель будет повышать сам себя, только чтобы пропустить внезапную речь нагрузки, прежде чем он сможет отреагировать.
Усилители с автоматическим усилением также склонны к усилению фонового шума. Возможно, вы заметили, что в телевизорах, оснащенных этой функцией, когда звуковая дорожка тихая, фоновое «шипение» медленно нарастает, пока кто-то не заговорит. Это раздражает при прослушивании человеком, но представляет собой определенную проблему для компьютерного распознавания.
Таким образом, автоматическое усиление, вероятно, не то, что вам нужно. Вместо этого вы можете обрезать выход до 5 В и определить это с помощью микроконтроллера. Затем попросите микро отрегулировать громкость, чтобы он знал, какие уровни он интерпретирует. Обычно достаточно двух-четырех различных уровней громкости.
Вам нужно начать с некоторых реальных спецификаций.
Сначала выясните, какой самый громкий звук выдает микрофон, который вы хотите интерпретировать. Теперь установите усиление усилителя между микрофоном и входом 5 VA/D так, чтобы этот самый громкий звук давал близкое к максимуму значение 5 Vpp.
Что делать дальше, зависит от спецификаций, которые вы не предоставили. Определите, какой самый тихий звук вам еще нужно интерпретировать, и какое минимальное отношение сигнал/шум вам необходимо для правильной интерпретации. Это говорит вам, какое разрешение A/D вам нужно, если все делается с потоком семплов, поступающим от одного A/D.
Например, предположим, что самые тихие условия на 30 дБ ниже самых громких, а вашему алгоритму требуется отношение сигнал/шум 20 дБ. Это означает, что шум аналогово-цифрового квантования должен быть как минимум на 50 дБ ниже полной шкалы. -50 дБ соответствует 1/316 напряжения, поэтому вашему аналого-цифровому преобразователю потребуется как минимум 316 дискретных выходных уровней. Выходные уровни аналого-цифрового преобразователя имеют степень двойки, поэтому вам потребуется по крайней мере 9-битный аналого-цифровой преобразователь, что на самом деле даст вам 512 выходных уровней или минимальный уровень шума 54 дБ.
Вы можете легко получить микроконтроллер с 12-битным аналого-цифровым преобразователем. 1/2 12 = 1/4096 = -72 дБ. Это будет ваш общий бюджет на бесшумность плюс соотношение сигнал-шум алгоритма с 12-битным аналого-цифровым преобразователем.
Таким образом, ответ заключается в том, чтобы сначала посмотреть, может ли 12-битный аналого-цифровой преобразователь быть недостаточно хорошим для полного диапазона того, что вы хотите сделать. Если это так, то все, что вам нужно, это усилитель с фиксированным коэффициентом усиления в 12-битном аналого-цифровом преобразователе, который в наши дни можно найти во многих микроконтроллерах.
Если 72 дБ недостаточно, вы можете использовать внешний АЦП. Существуют 16-битные (и более) аналого-цифровые преобразователи, предназначенные для звуковых целей. Бюджет усиления с 16 битами составляет 96 дБ. Вы получаете примерно на 6 дБ больше для каждого дополнительного бита аналого-цифрового преобразования.
Или вы можете использовать несколько фиксированных коэффициентов усиления и подавать каждый результат на отдельный 12-битный аналого-цифровой вход микроконтроллера. Затем микропрограмма сначала решает, какие входы действительны, и как смешивать оставшиеся, чтобы избежать шагов при пересечениях. Это приведет к более чем 12-битному значению внутри, которое затем используется с вашим алгоритмом, как если бы у вас был более широкий аналого-цифровой преобразователь.
Тем не менее, все это невозможно спроектировать без важнейшей спецификации того, какое отношение сигнал/шум вам нужно по отношению к самому громкому сигналу, который вы хотите декодировать.
Олин Латроп
Зеария