Схема подключения микрофона

Я пытаюсь воспроизвести проект Jasper из Raspberry Pi. В настоящее время я использую преобразователь USB в аудио (показан на изображении ниже) и обычный микрофон для ПК. Однако диапазон приема звука очень мал. Итак, я планирую сделать свой собственный микрофон с операционным усилителем для усиления звукового сигнала.

Это проводка микрофона (что меня на самом деле смутило):

введите описание изображения здесь

Выводы с маркировкой «1» — это GND. Однако 2 и 3, как правило, дают одинаковый результат. (Я предполагал GND, VCC, Analog OUT, чтобы заменить микрофон красными модулями, показанными в нижней левой части. Это микрофоны ADMP-401 MEMS вместе с операционным усилителем ).

Вот осциллограммы, которые я получил после случайного крика в микрофон при подключении к ноутбуку. Я снял показания с контакта 2 и 3.

Чтение контакта 2

Чтение контакта 3

Вот что я хочу сделать:

Используйте коммутационную плату в качестве микрофона и этот модуль преобразователя USB в аудио (поскольку у raspberry pi нет микрофонного входа), чтобы обеспечить аудиовход для raspberry pi. Причина, по которой я хочу использовать коммутационную плату, а не обычный микрофон, заключается в «отсутствии хорошего диапазона приема звука».

Вот что я думаю, что я должен сделать, чтобы заставить его работать:

1) Подключите GND коммутационной платы к контакту - 1.

2) Подключите VCC к источнику питания USB 5V после использования регулятора напряжения 3v3.

3) Подключите AUD к контакту 2 или 3, в зависимости от того, что работает.

Еще одно открытие, которым я должен поделиться:

Перед подключением микрофона напряжения на контактах 2 и 3 плавают около 4,8 В, но как только я подключаю микрофон, напряжение падает до 3,7 В.

Любые предложения от вас, ребята, будут очень полезны.

Спасибо за прочтение.

Что значит "диапазон приема звука очень маленький"?
Я хочу иметь возможность говорить из другого угла комнаты, и модуль должен принимать голосовой сигнал. Сейчас он работает на расстоянии 1 фута. Вот почему я планировал использовать операционный усилитель для усиления звукового сигнала. @НикДжонсон
Какой микрофон вы использовали? Является ли вход на этом устройстве линейным или микрофонным? Если это линейный вход, вам понадобится предусилитель.
Я согласен с Ником Джонсоном, вам понадобится предусилитель для линейного входа, также аудиосигнал одинаков в обоих каналах, я когда-то работал с пьезоэлектрическим микрофоном, для этого я обеспечил смещение с помощью операционного усилителя. Но поскольку мой микрофон был специально пьезоэлектрическим, его на выходе было напряжение, в вашем случае это может быть ток, поэтому советуем вам попробовать предусилитель.
Я думаю, что вам будет трудно уловить голос из другого конца комнаты. Диапазон в 1 фут звучит для меня правильно. Я думаю, что единственным решением является правильно направленный микрофон, и даже в этом случае я сомневаюсь, что вы получите четкий сигнал. Это не имеет ничего общего с усилением, но все об акустике и тому подобном. Вы замечали, что на телевидении, в звукозаписывающих студиях и т.п. микрофон ставят очень близко к человеку. И если они направят микрофон в другое место, звук исчезнет. Да, наши уши НАМНОГО лучше в этом, чем микрофоны.
@IC_designer_Rimpelbekkie — я читал об Amazon echo, а также нашел это видео . Я думаю, что я хочу добиться чего-то вроде этого. Если Alexa может слышать так далеко во время воспроизведения музыки, я думаю, я смогу реализовать Jasper в тихой комнате. Что ты говоришь?
Хорошо, похоже, это действительно работает. Но я уверен, что это устройство имеет несколько (всенаправленных?) микрофонов, использует автоматическую регулировку усиления для каждого микрофона, использует цифровую обработку сигнала для подавления эха (многие мобильные телефоны также используют это). Так что думаю за микрофоном будет много "дополнительной интеллигенции". Наши уши работают точно так же, ваш мозг также способен к расширенной обработке сигналов.
Это схема аудиовхода. Подробнее здесь . Мне было интересно, используют ли они для всего этого цифровую обработку сигналов или просто аппаратную обработку сигналов. Я всегда склоняюсь к тому, что аппаратная обработка выполняется намного быстрее, и это тот случай, когда нам нужна скорость в реальном времени. @IC_designer_Rimpelbekkie
Я предполагаю, что это будет комбинация этих двух. Аппаратная обработка может быть менее гибкой. Но DSP загружает программу и обрабатывает аппаратно. В наши дни различие между ними становится менее четким! Также для аудио может оказаться, что программная обработка достаточно быстра и может быть легко обновлена. То, что кажется вам «в реальном времени», может быть «медленным» в процессорном времени, они намного быстрее, чем мы (я имею в виду выполнение вычислений). Не стоит недооценивать мощность современных мобильных процессоров.
Но вернемся к вашей проблеме: я думаю, что может помочь схема, которая усиливает только при необходимости. Что-то вроде регулятора уровня, чтобы звуковой сигнал на RPi оставался на должном уровне как на близком расстоянии, так и на расстоянии. Что-то вроде чипа AGC (автоматическая регулировка усиления) для звука.
Спасибо @IC_designer_Rimpelbekkie — я думаю, что могу продолжить чтение отсюда, чтобы узнать больше о темах, о которых вы мне рассказали, и попытаться как-то реализовать их. Большое спасибо.
Не за что ! В качестве бонуса, возможно, это полезная микросхема AGC: maximintegrated.com/en/products/analog/audio/MAX9814.html .

Ответы (3)

Типичные звуковые карты USB имеют разъем для наушников и разъем для микрофона. Поскольку он работает с вашим микрофоном, он настроен на подачу питания на электретный микрофон — отсюда и 4,8 Вольт в открытом состоянии. Другими словами, звуковая карта подает постоянное напряжение на ваш микрофон.

Микрофонный вход звуковой карты не может дать большой ток, но для небольшого транзисторного усилителя его вполне достаточно. На самом деле, ко всем электретным микрофонам подключен один усилитель на полевых транзисторах - сигнал от самого микрофона имеет очень высокий импеданс и требует, чтобы этот маленький усилитель выдавал сигнал с низким импедансом. Вы можете напрячься и найти маломощный операционный усилитель, который будет работать с 3,8 В и чертовски почти нулевым током, но я уверен, что ваш бумажник скажет «ой», если вы пойдете по этому пути.

Тем не менее, уловить голос из комнаты (обычного размера) не должно быть проблемой даже без предусилителя. Микрофон легко улавливает звук, а звуковая карта его оцифровывает. Однако то, что вы слышите, имеет относительно мало общего с этим. Он вполне может улавливать и записывать голос, который вы не слышите при воспроизведении через динамики. Однако вы можете усилить сигнал в цифровом виде.

Звуковая карта сэмплирует с разрядностью 16 бит, что дает вам много возможностей для цифрового усиления. Все, что вам нужно сделать, это умножить входящие сэмплы на некоторое число, чтобы усилить сигнал. Нужно усиление 20 дБ? Умножьте образцы на 10.

В лучшем микрофоне нет необходимости, если только тот, который у вас есть, не является полным дерьмом. Для своих экспериментов я использую 20-летний электретный микрофон от старого ноутбука Toshiba — он может улавливать голоса со всей комнаты, даже если я не слышу их при воспроизведении через динамики. Однако небольшое цифровое усиление, и все в порядке.

Если вы действительно пойдете по пути предусилителя, вам, вероятно, придется подумать об использовании автоматической регулировки усиления. Включение усиления до тех пор, пока голос из другого конца комнаты не даст вам полномасштабную запись, означает, что шумы ближе к микрофону перегрузят его, и вы просто получите искаженный беспорядок. Опять же, цифровое усиление может спасти вас. АРУ в программном обеспечении не так сложно, поэтому просто воспользуйтесь диапазоном 96 дБ этой звуковой карты и сделайте цифровое усиление.

МММФ. Полностью проигнорировал микрофон MEM.

Вы можете попробовать подключить микрофон MEMs, как электрет, к простому транзисторному усилителю. Это может сработать, так как в техническом паспорте указано, что модулю требуется только 250 мкА при 3,3 вольта.

Так:

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Возможно, вам придется возиться с R1 и C1 (разные значения), чтобы заставить его работать.
R1, возможно, должен быть больше, возможно, C1 может быть меньше.

Глядя на связанное с вами изображение Echo, может показаться, что они используют несколько микрофонов для устранения шума и, возможно, отслеживания источника голоса (для лучшего шумоподавления и разделения голосов). На разборке показан процессор Texas Instruments DM3725, который сочетает в
себе DSP и ядро ​​ARM в одном устройстве. Я ожидаю, что Echo использует ядро ​​​​DSP для всей обработки звука, а ARM выполняет части, связанные с Интернетом и пользовательским интерфейсом.

Мне удалось получить ток 67,8 мА от USB, я часто слышал, что он может достигать нескольких сотен миллиампер, но практичность работает в моем случае, мне пришлось использовать предварительные усилители, мне интересно, подключен ли затвор FET к пьезоэлектрической диафрагме микрофона, которая изменяет сопротивление, в этом случае это будет устройство вывода тока? Я думал, что это было напряжение на микрофоне, которое изменило напряжение смещения для создания звука s/g.
Это напряжение на микрофоне, которое генерирует сигнал. Это просто сигнал с таким высоким импедансом, что вам действительно нужно иметь полевой транзистор в качестве преобразователя / усилителя импеданса. Я никогда не видел электретного микрофона, к которому не был бы прикреплен маленький полевой транзистор. Не говорю, что их не существует, просто говорю, что все те, что я видел (даже маленькие голые микрофоны диаметром 1/16 дюйма), имеют встроенный усилитель.
Фиксированное усиление будет проблемой, как вы правильно указали. Однако я планирую сделать что-то вроде OK Google, SIRI, Cortana или Amazon Echo. Таким образом, потребуется аудиоввод в реальном времени (ну, я думаю, в реальном времени лучше). И все это будет сделано на raspberry pi, потому что доступен проект Jasper, который я использую. Я хотел использовать аппаратное усиление, потому что это просто и быстро. Считаете ли вы, что программное обеспечение AGC было бы хорошей идеей? Еще одна аппаратная настройка — использование управляемых резисторов i2c для изменения коэффициента усиления на ходу, что кажется легко выполнимым. @JRE
AGC в программном обеспечении тривиально, по крайней мере, если вы привыкли выполнять работу DSP. На самом деле, я почти уверен, что Джаспер включает что-то в этом роде. Вы не первый человек, который хочет более широкий диапазон обнаружения голоса, чем «прямо в вашем лице».
Спасибо JRE. Я продолжу свои исследования отсюда. Похоже, что программная АРУ — это то, что нужно. Я попробую схему, которую вы сделали для меня (еще раз спасибо за это). Я опубликую обновление, если найду что-то (хорошее или плохое).
Еще одна просьба, так как вы, кажется, парень, который действительно глубоко знает эту тему. Вот разборка Amazon Echo, которая очень похожа на то, что я пытаюсь сделать. Можете посмотреть и подсказать, как они это делают. Конечно, я не смогу этого сделать, но мне могут пригодиться эти знания.
@Whiskeyjack, какие-нибудь последние новости по этому поводу?
@gvelascoh - извините, но нет. Я намеревался сделать более дешевую альтернативу эхо-микрофону Amazon, но мой подход был неправильным. Echo использует набор микрофонов с аппаратным и программным обеспечением для шумоподавления и других функций, улучшающих прием звука. Я хотел, чтобы у меня был один или два микрофона с более высоким усилением. Это будет далеко не так хорошо, как у эха. Пришлось вообще отказаться от проекта.

Гнезда представляют собой стандартные 3,5-мм мини-штекерные разъемы для телефонов , также известные как разъемы типа «наконечник-кольцо-втулка». Они не питаются; как вы заметили, гильза отшлифована, но наконечник и кольцо — это левый и правый стереоканалы.

То, что вы описываете, должно работать, если используемая вами коммутационная плата обеспечивает достаточное усиление. Критический вопрос заключается в том, какие входные уровни ожидает USB-устройство; микрофоны выдают очень слабые сигналы, и если USB-устройство ожидает линейного входа, вам потребуется сильное усиление. Вы можете подключить выход микрофонного модуля как к кольцу, так и к наконечнику — 2 и 3 на схеме — для монофонического микрофона.

Имейте в виду, что что бы вы ни делали, действует закон обратных квадратов: по мере удаления от микрофона амплитуда будет быстро уменьшаться, гораздо быстрее, чем можно было бы ожидать.

Спасибо, Ник. Я открыл обычный микрофон и не нашел ничего, кроме простого электретного микрофона, подсоединенного к проводам. Так что я почти уверен, что ADMP-401 даст лучший выход, чем этот электрет. Однако я беспокоился о VCC и выходном соединении.

Падение напряжения приводит к нагреву провода, и обмотка микрофона также нагревается, что приводит к падению напряжения. Использование кабеля Ethernet резко меняет выходной сигнал микрофона... Это как ваш микрофон на электронных стероидах. K береги себя и следи за знаками.

Схема подключения микрофона
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v