DIGITÁLIS MIKROFON -VAL
FAST AGC ÉS
ÉRZÉKENYSÉG BEÁLLÍTÁSA
HANGMIKROFON
A STELBERRY M-50 egy teljesen új megoldás a hangrögzítő rendszerekhez és kategóriájában a legjobb hangmikrofon. A nagy sebességű digitális jelfeldolgozás hatékonyan elszigeteli a beszédtartományt, jelentősen csökkentve a nem kívánt hangokat az alacsony és magas frekvenciákon.
A STELBERRY M-50 kettős digitális automatikus erősítésvezérlő rendszerrel van felszerelve, amelynek válaszsebessége kevesebb, mint egy ezredmásodperc.
Egy külső vezérlő segítségével a digitális mikrofon érzékenysége minden környezethez igazodik.
IP-MIKROFON
A STELBERRY M-50 digitális mikrofon ideális az IP-kamerák vonalbemenetéhez való csatlakoztatáshoz, ideális a környezet akusztikus képének továbbítására.
Ez az alkalmazás valójában teljes értékű IP-mikrofonná teszi.
Ennek a megoldásnak az a kétségtelen előnye is, hogy bárhová beszerelhető digitális mikrofon, függetlenül attól, hogy az IP-kamera hol van felszerelve.
STELBERRY M sorozat omnidirekcionális mikrofon modell-összehasonlító táblázat
| Az Omni-directional mikrofon jellemzői és paraméterei | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Rögzített érzékenységi érték | ✔ | ➖ | ✔ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ |
| Állítható érzékenység | ➖ | ✔ | ➖ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Érzékenység beállítási módszer | Ellenállás | Ellenállás | Ellenállás | Ellenállás | Ellenállás | Ellenállás | Ellenállás | Ellenállás | Ellenállás | Joystick | Joystick |
| AGC - automatikus erősítésszabályozás | ➖ | ➖ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Az AGC sebesség megváltoztatásának képessége | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ✔ |
| Lehetőség az AGC letiltására | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Alacsony impedanciájú kapcsolható kimenet számos IP kamera audio bemenetéhez | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ➖ | ➖ |
| Maximális sávszélesség (Hz) | 100...6100 | 100...7200 | 100...8300 | 100...9200 | 270...4000 | 80...16000 | 80...16000 | 270...4000 | 270...4000 | 80...16000 | 80...16000 |
| Sávszélesség állítható | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ✔ | ✔ |
| Lehetőség a frekvenciakészletből kiválasztott frekvencia levágására | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ✔ |
| jel/zaj arány (dB) | 48 | 48 | 48 | 48 | 48 | 63 | 63 | 63 | 63 | 67 | 67 |
| Akusztikus hatótávolság (méter) | 8 | 10 | 10 | 12 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 25 | 25 |
| Hangfeldolgozás | ➖ | ➖ | analóg | analóg | digitális | analóg | analóg | digitális | digitális | digitális | digitális |
| Zárolási beállítások | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ✔ | ✔ |
| Kimeneti jelszint (V) | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Maximális vonalhossz (méter) | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 |
| Névleges tápfeszültség (V) | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
| Fogyasztói áram (mA) | 3 | 3 | 8 | 8 | 25 | 8 | 8 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| Levehető mikrofonkábel csatlakozás | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Vandálbiztos ház | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ➖ | ✔ | ➖ | ✔ | ➖ | ➖ |
A STELBERRY M-50 digitális mikrofon megbízható működéséhez kiváló minőségű, alacsony hullámosságú tápegység szükséges. A legjobb megoldás a STELBERRY MX-225 PoE hurkos elosztó használata, amely kimeneti feszültségszűrő rendszerrel rendelkezik. Ezenkívül a STELBERRY MX-225 beépített védelemmel rendelkezik a kimeneti rövidzárlat vagy a maximálisan megengedett áram túllépése ellen.
A STELBERRY MX-225 miniatűr PoE elosztó az IP kamerát és a kapcsolót összekötő kábel vágásába kerül beépítésre, és tetszőleges felületre ragasztható vagy a kábelcsatorna belsejében elrejthető. A STELBERRY M-50 digitális mikrofon tápellátásának csatlakoztatásához a PoE elosztó önfeszítő csatlakozókkal van felszerelve, amelyek megbízható érintkezést biztosítanak.
GYORS DIGITÁLIS
JELFELDOLGOZÓ
Egy miniatűr digitális jelprocesszor (DSP) digitalizálja a hangot egy hangkapszulából 44100 Hz-es mintavételezési frekvenciával és 16 bites mintavételezéssel.
A processzor megkülönböztető jellemzője a 2 sebességes AGC jelenléte, amely villámgyors automatikus erősítésszabályozást biztosít, mind a készülék bemenetén, mind a kimenetén.
A processzor 6 digitális szűrője úgy dolgozza fel a jelet, hogy a vonalkimeneten csak a beszédtartomány maradjon meg.
A precíz beépített előerősítő magas jel-zaj arányt biztosít.
VEZÉRLÉS PROCESSZOR
DIGITÁLIS MIKROFON
A STELBERRY M-50 digitális mikrofon központi vezérlőprocesszora biztosítja a mikrofon erősítés szabályozását és a jelfeldolgozási paramétereket.
A processzor garantálja a mikrofon gyors működési módba lépését bekapcsolás után, köszönhetően a jelfeldolgozó nagy sebességű kommunikációs vonalnak.
A DIGITÁLIS MIKROFON SZÉLVÉDELME
STELBERRY M-50
A tökéletes hangátvitel érdekében a digitális mikrofon szélvédőszűrővel van felszerelve.
Az akusztikus anyagból készült szűrő a szélkomponenst kiiktatva kiiktatja a széláramoknak az érzékeny membránnal való ütközéséből adódó nem kívánt hangokat, ami kristályhangot eredményez.
A szélvédő lehetővé tette, hogy hatékony mikrofont hozzunk létre a hang számára.
A MIKROFON OPTIMALIZÁLÁSA BESZÉD ALATT
HATÓTÁVOLSÁG
A STELBERRY M-50 digitális mikrofon sávszélessége az emberi beszéd frekvenciatartományára van hangolva, és 270...4000 Hz-en belül van.
Ennek a sávszélességnek köszönhetően kiváló beszédérthetőség érhető el, függetlenül a külső zajforrásoktól.
A jelfeldolgozást hat digitális nagysebességű szűrő végzi, amely garantálja a frekvenciamenet nagy meredekségét az alacsony és a magas frekvenciákon.
DUPLA AGC RENDSZER
A mikrofon két digitális nagy sebességű automatikus erősítésvezérlővel (AGC) van felszerelve.
Az első AGC beállítja az erősítést a mikrofon bemeneten, közvetlenül a kapszulából érkező jel digitalizálása után, és a hangszint változásaira adott válaszsebesség kevesebb, mint 1/1000 másodperc.
Ez lehetővé teszi, hogy a környezet hangkörnyezetének bármilyen, még a legkisebb változására is reagáljon.
A második AGC feldolgozza a jelet a mikrofon kimenetén, megbízhatóan fenntartva a stabil kimeneti szintet. A kimeneti AGC rendszer válaszsebessége szintén kevesebb, mint a másodperc 1/1000-ed része.
A DIGITÁLIS AUTOMATIKUS ERŐSÍTÉS SZABÁLYOZÁSÁNAK (AGC) ÖSSZEHASONLÍTÁSA ANALOG AGC-vel
STELBERRY M-50 egy teljesen új megoldás a hangrögzítő rendszerek számára, és kategóriájában a legjobb hangmikrofon. A nagy sebességű digitális jelfeldolgozás hatékonyan elszigeteli a beszédtartományt, jelentősen csökkentve a nem kívánt hangokat az alacsony és magas frekvenciákon. A mikrofon kettős digitális Automatic Gain Control rendszerrel van felszerelve, amelynek válaszsebessége kevesebb, mint egy ezredmásodperc. Egy külső vezérlő segítségével a digitális mikrofon érzékenysége minden környezethez igazodik. IP mikrofon A digitális mikrofon ideális az IP-kamerák vonalbemenetéhez való csatlakoztatáshoz, tökéletesen közvetíti a környezet akusztikus képét. Ez az alkalmazás valójában teljes értékű IP-mikrofonná teszi. Ennek a megoldásnak az a kétségtelen előnye is, hogy bárhová beszerelhető digitális mikrofon, függetlenül attól, hogy az IP-kamera hol van felszerelve. Nagy sebességű digitális jelfeldolgozó processzor Egy miniatűr digitális jelprocesszor (DSP) digitalizálja a hangot egy hangkapszulából 44100 Hz-es mintavételezési frekvenciával és 16 bites mintavételezéssel. A processzor megkülönböztető jellemzője a 2 sebességes AGC jelenléte, amely villámgyors automatikus erősítésszabályozást biztosít, mind a készülék bemenetén, mind a kimenetén. A processzor 6 digitális szűrője úgy dolgozza fel a jelet, hogy a vonalkimeneten csak a beszédtartomány maradjon meg. A precíz beépített előerősítő magas jel-zaj arányt biztosít. Digitális mikrofonvezérlő processzor A digitális mikrofon központi vezérlőprocesszora biztosítja a mikrofon erősítés szabályozását és a jelfeldolgozási paramétereket. A processzor garantálja a mikrofon gyors működési módba lépését bekapcsolás után, köszönhetően a jelfeldolgozó nagy sebességű kommunikációs vonalnak. Szélvédő digitális mikrofonhoz A tökéletes hangátvitel érdekében a digitális mikrofon szélvédőszűrővel van felszerelve. Az akusztikus anyagból készült szűrő a szélkomponenst kiiktatva kiiktatja a széláramoknak az érzékeny membránnal való ütközéséből adódó nem kívánt hangokat, ami kristályhangot eredményez. A szélvédő lehetővé tette, hogy hatékony mikrofont hozzunk létre a hang számára. A mikrofon optimalizálása a beszédtartományhoz A digitális mikrofon sávszélessége az emberi beszéd frekvenciatartományára van hangolva, és a 270...4000 Hz tartományba esik. Ennek a sávszélességnek köszönhetően kiváló beszédérthetőség érhető el, függetlenül a külső zajforrásoktól. A jelfeldolgozást hat digitális nagysebességű szűrő végzi, amely garantálja a frekvenciamenet nagy meredekségét az alacsony és a magas frekvenciákon. Kettős AGC rendszer A mikrofon két digitális nagy sebességű automatikus erősítésvezérlővel (AGC) van felszerelve. Az első AGC beállítja az erősítést a mikrofon bemeneten, közvetlenül a kapszulából érkező jel digitalizálása után, és a hangszint változásaira adott válaszsebesség kevesebb, mint 1/1000 másodperc. Ez lehetővé teszi, hogy a környezet hangkörnyezetének bármilyen, még a legkisebb változására is reagáljon. A második AGC feldolgozza a jelet a mikrofon kimenetén, megbízhatóan fenntartva a stabil kimeneti szintet. A kimeneti AGC rendszer válaszsebessége szintén kevesebb, mint a másodperc 1/1000-ed része. Kényelmes beállítás Az erősítésszabályzó kényelmes elhelyezkedése megkönnyíti a mikrofon erősítésének beállítását. A nagy érzékenységű mikrofon sajátossága, hogy az erősítés beállítása az AGC feldolgozás megkezdése előtt megtörténik. Ez megkönnyíti a kívánt hangminőség elérését. A mikrofon sávszélességét úgy tervezték, hogy átadja a hangfrekvenciákat, így kiküszöböli a nem kívánt hangokat a magas frekvenciájú forrásokból.Leírás STELBERRY M-50
Műszaki adatok STELBERRY M-50
Stelberry M-50 digitális mikrofon állítható erősítéssel, dedikált processzorra építve. A mikrofon működési folyamata a mikrofon kapszula jelének analóg-digitális átalakítása, ezt követően a vett jel digitális szűrése és fordított digitális-analóg átalakítás. Az M-50 érzékeny mikrofon digitális szűrői az emberi beszéd tartományára vannak hangolva. A 270 ... 4000 Hz frekvenciatartományon kívüli hangfrekvenciákat a mikrofon jelentősen csillapítja. A digitális mikrofon nagyon gyors AGC-je (Automatic Gain Control) kényelmessé teszi a használatát olyan helyiségekben, ahol hirtelen megváltozik a hangerő vagy az emberi beszéd.
Az M-50 digitális mikrofon kiválóan alkalmas hangrögzítő mikrofonként olyan projektekhez, amelyek beszélgetések rögzítésére összpontosítanak. Ideális külső, nagy érzékenységű mikrofonnak a bemeneti jelszintre érzékeny, saját hangszűrő eszközzel nem rendelkező videokamerák és hangrögzítők számára.
A Stelberry M-50 érzékeny mikrofon külső mikrofonként használható különféle CCTV kamerákhoz, beleértve az IP-kamerákat is, a helyiségek hangfelügyeletére, valamint rendkívül érzékeny mikrofonként hangrögzítéshez hívásrögzítő rendszerekben és beszédfelismerő rendszerekben.
Az AGC Stelberry M-50 típusú digitális mikrofon elhelyezése a szobában
Ha az M-50 mikrofont a szoba sarkában helyezi el, és beállítja a maximális mikrofon érzékenységet, a kényelmes hallgatási terület egy negyedkör 50 m²-es területnek felel meg. A mikrofontól való nagyobb távolsággal a kimenő jel szintje fokozatosan gyengül egészen a 20 méteres akusztikus hallhatósági határig.
Digitális mikrofon csatlakoztatása AGC STELBERRY M-50-nel egy IP-kamerához
Az M-50 digitális mikrofon közvetlenül a kamera audio vonali bemenetéhez csatlakozik. A mikrofon csatlakoztatása a kamerához így történik. Az M-50 mikrofon sárga vezetéke a "Jack-3,5mm" kamera bemeneti csatlakozóhoz csatlakozik a csatlakozó kivezetéséhez (központi) és gyűrűs érintkezőjéhez (A kamera kézikönyvében adja meg.). Ha a kamera vagy az IP-kamera az RCA ("tulipán") csatlakozót használja hangbemenetre, akkor az RCA-csatlakozó középső tűjére. Az M-50 digitális mikrofon fekete vezetéke a Jack-3,5 mm-es csatlakozó közös (test) érintkezőjéhez (vagy az RCA csatlakozó gyűrűs külső érintkezőjéhez), valamint a stabilizált tápegység negatív közös vezetékéhez csatlakozik. . A mikrofon piros vezetéke a stabilizált tápegység pozitív vezetékéhez csatlakozik.
Digitális mikrofon iránydiagramja AGC-vel és erősítésvezérléssel Stelberry M-50
A Stelberry M-50 beszédfrekvencia-tartomány digitális mikrofonja mindenirányú, körkörös iránymintázatú, a mikrofon érzékenységének enyhe csillapításával az érzékenységszabályzó oldaláról. A sugárzási mintázat a mikrofonban használt mikrofonkapszulára látható, figyelembe véve a mikrofontest hatását.
Mikrofonok Stelberry
Az elmúlt években a digitális MEMS mikrofonok beléptek az elektronikai alkatrészek piacára. Előnyeik a következők: nagy érzékenység, a frekvenciamenet linearitása az üzemi frekvenciasávban, a paraméterek ismételhetősége és kis méretek. A digitális MEMS mikrofon használata kiküszöböli az analóg áramköri zajokkal kapcsolatos problémákat, és lehetővé teszi a mikrofon közvetlen csatlakoztatását a processzorhoz. Érdekeltek bennünket ezek az előnyök, és igyekeztünk ezeket a gyakorlatban is megvalósítani.
A munka megkezdésekor a Second Laboratory LLC-nek több, az Analog Devices által gyártott ADMP421 mikrofon prototípusa volt. Aztán megkaptuk az SPM0405HD4H-WB digitális MEMS mikrofonokat a Knowles Electronicstól. A felsorolt mikrofonokkal végzett munka eredményei képezték a cikk megírásának alapját.
A digitális mikrofon megfelelő interfésszel [pl. 8-10] rendelkező audiokodekhez csatlakoztatható. De érdekelt minket a lehetőség, hogy digitális mikrofont közvetlenül csatlakoztathatunk a mikrokontrollerhez. Ez a megoldás lehetővé tette az audiokodek használatának elhagyását, ami csökkentette a teljes méretet és tovább csökkentette a termék árát. A paraméterek várható értékeinek (a mikrokontroller szükséges teljesítménye, energiafogyasztás, érzékenység, dinamikatartomány, THD, sávszélesség) előzetes felmérésére egy kis kutatás-fejlesztést végeztünk. Eredményei alapján megszületett a végső döntés az áramkörről, szoftverről és az alkalmazott elembázisról.
Digitális mikrofonok csatlakoztatása mikrokontrollerekhez
A mikrokontroller és a digitális mikrofon interfésze egyszerű, megvalósításáról kellő mennyiségben elérhető információk a gyártók weboldalain és más szerzők is részletesen ismertetik. A digitális mikrofonoknak általában öt érintkezője van, amelyeket a táblázat röviden ismertet. A mikrofonvezetékek elektromos és időzítési paraméterei a specifikációikban vannak megadva.
Asztal. Pin Leírások digitális mikrofonokhoz
| № | Név visszavonás |
Rövid leírás |
| 1 | VDD | Mikrofon teljesítmény |
| 2 | GND | "Föld" |
| 3 | CLK | Bemeneti időzítő jel, mellyel szinkronban a DATA sor váltja állapotait |
| 4 | ADAT | A CLK ciklus egyik felében ez a kimenet nagy impedanciájú állapotban van, a második felében pedig következtetésül szolgál adatok olvasásához a Σ-Δ modulátor kimenetéről mikrofon |
| 5 | L / R_Sel | Ez a tű vezérlésre szolgál a DATA vonal átkapcsolásával. Ha L / R_Sel csatlakozik a VDD-hez, majd egy idő után a CLK jel felfutó élének észlelése A DATA pin magasra emelkedik impedancia, és a leeső él érkezése után CLK jel, a DATA érintkező csatlakozik a Σ-Δ mikrofon modulátor. L / R_Sel esetén GND-re csatlakozik, a CLK jel élei, amelyek mentén DATA sor vált, váltson erre szemben |
A mikrokontroller szükséges teljesítményének felméréséhez az Analog Devices ADSP-BF538 EZ KIT Lite hibakereső kártyáját használtuk. Mikrofonok csatlakoztathatók ehhez a kártyához SPI vagy SPORT interfészekkel. A megnevezett interfészek közül az első gyakoribb, ezért ezt az interfészt használtuk Slave módban. A mikrokontrollerben elérhető hardveres időzítőt használták a CLK órajel generálására. Ahhoz, hogy szabványos 16 kHz-es mintavételezési frekvenciájú, 128-as tizedes tényezővel rendelkező kimeneti mintákat kapjunk, a szükséges CLK órajelnek 2,048 MHz-nek kell lennie. A fejlesztőkártya 12,288 MHz-es oszcillátort használt a fejlesztői kártya processzorának órajelforrásaként, amely 6-tal osztva biztosította a digitális mikrofonhoz szükséges órajelet. A processzor terhelésének minimalizálása érdekében a kezdeti információk mikrofonoktól való fogadásakor a DMA átviteli mechanizmust alkalmazták.
A szimuláció során kiszámították és kísérletileg igazolták, hogy a mikrofonból származó adatok feldolgozásához a processzornak körülbelül 8 MIPS-es teljesítményre van szüksége. A szükséges teljesítmény értékelése arra a következtetésre jutott, hogy lehetséges egy egyszerűbb mikrokontroller is használható kisebb fogyasztás mellett. A három alternatíva közül (ARM, PIC, MSP430) a Texas Instruments MSP430F5418 mikrokontrollerét választották, amely minimális fogyasztású (165 μA / MIPS). Később az energiafogyasztás ellenőrzésére és a szoftver tesztelésére ugyanazon cég MSP-EXP430F5438 Experimenter Board-ját használták.
ábrán. Az 1. ábrán leegyszerűsített diagramok láthatók a digitális mikrofonok és a prototípus-készítéshez használt hibakereső kártyák csatlakoztatására, amelyek lehetővé teszik az eszközök teljes szimulációját a mikrofonok olvasására, lejátszására vagy tárolására.
Rizs. 1. A digitális mikrofon kártyához történő csatlakoztatásának rajza: a) ADSP-BF538 EZ KIT Lite; b) MSP-EXP430F5438
Mikrofon audio bemenet átalakítási folyamat
Rizs. 2. Egyszerűsített MEMS mikrofon modell
Mindegyik digitális MEMS mikrofon leegyszerűsíthető az ábrán látható modell szerint. 2. A bemeneti hangrezgéseket egy MEMS membrán segítségével gyenge elektromos jellé alakítják, amelyet az A erősítő bemenetére táplálnak. Ezután az előerősített jel egy analóg aluláteresztő szűrőn halad át, ami szükséges. az álnevek elleni védelem érdekében. A mikrofon jelfeldolgozásának utolsó eleme egy 4. rendű Σ-Δ modulátor, amely a bemeneti analóg jelet egybites digitális folyammá alakítja. A Σ-Δ modulátor kimenetéből származó adatok bitsebessége megegyezik a CLK bemeneti órajel frekvenciájával, és általában 1 és 4 MHz közötti tartományba esik.
Mérő digitális mikrofonok
A mérésekhez a következő berendezéseket használtuk: CENTER-325 hangszintmérőt, G3-118 alacsony frekvenciájú jelgenerátort, S6-11 nemlineáris torzításmérőt, Dialog M-881HV fejhallgató emitterét és PC-t.
Rizs. 3. Az ADMP421 mikrofon frekvenciaválasza
Az időtartományban a Σ-Δ modulátor kimenetéből származó adatok nullák és egyesek zagyvasága. Ha azonban a mikrofonkimenet minden egyes magas logikai szintjéhez 1,0, az alacsony szintekhez pedig –1,0 értéket rendelünk, majd a Fourier-transzformációt végrehajtva a mikrofon kimeneti adatainak spektrogramját kapjuk. ábrán. A 3. és 4. ábra az ADMP421 és SPM0405HD4H-WB mikrofonok válaszait mutatja 1 kHz-es szinuszhullámú bemeneti jelre, 94 dB SPL-lel. A méréseket a CLK jelfrekvencia három értékére - 512, 1024 és 2048 kHz - végezték. (A publikált cikk terjedelmének csökkentése érdekében az 1024 kHz-es frekvenciára vonatkozó anyagokat nem közöljük.) A spektrogramok 1281024 mintahosszúságú mintára épültek.
Rizs. 4. Mikrofon frekvenciamenet SPM0405HD4H-WB
A spektrogramok azt mutatják, hogy a kvantálási zaj a hangfrekvencia-tartományon kívülre tolódik, és nincs hatással a bemeneti audiojelre. Ebben az esetben a kvantálási zaj minél messzebbre tolódik el a nagyfrekvenciás tartományba, annál magasabb a mikrofonok mintavételezési frekvenciája. Az a hozzávetőleges vágási frekvencia, amelytől kezdve a zajszint növekedni kezd, a következőképpen határozható meg F clk/100. Bár a mikrofonok specifikációiban a működési frekvencia hozzávetőlegesen 1-3 MHz tartományban van normalizálva, de ahogy a spektrogramok mutatják, a mikrofonok normálisan működnek alacsonyabb órajel-frekvenciákon. Ez nagyon hasznos lehet, ha szükségessé válik a számítások számának csökkentése a mikrokontrolleren, bár ez természetesen a működő hangsávszélességet is szűkíti.
Azt is megfigyelheti, hogy mindkét mikrofonnak van állandó komponense a kimeneti jelben (a mikrofonok legújabb verzióiban ez a hatás megszűnt). Ezenkívül az állandó komponens szintje hasonló szinten van a mért jelhez. Ezenkívül a DC komponens értéke legalább a tápfeszültségtől függ. Ez a tulajdonság megkövetelte egy rekurzív algoritmus megvalósítását a mikrokontrollerben, amely kiküszöböli az állandó torzítást.
Ha a mikrofonokat a bevezetett zajszintek alapján hasonlítjuk össze, akkor könnyen belátható, hogy az ADMP421 mikrofon jobb jel-zaj aránnyal rendelkezik az SPM0405HD4H-WB mikrofonhoz képest - körülbelül 5-6 dB-lel, valamint alacsonyabb. a kvantálási zaj szintje.
Ha összehasonlítjuk a nemlineáris torzítás mértékét, akkor látható, hogy mindkét mikrofon spektrogramjában csak a második felharmonikusok vannak jelen, míg a Knowles Electronics mikrofon második harmonikusának amplitúdója lényegesen alacsonyabb, mint az Analog Devices mikrofoné. Ez a tény különösen érdekes, mivel mindkét cég csak a maximális THD-t és csak egy bizonyos hangnyomásszintet szabványosít. A valóságban ezek az adatok gyakran nem elegendőek. Például nem lehet összehasonlítani a különböző mikrofonok tényleges THD-jét. Ezenkívül ma már általánosan elfogadott gyakorlat, hogy a SOI-t a felvevő eszközök vonali bemenetére normalizálják, anélkül, hogy figyelembe vennék a mikrofonok által okozott torzításokat.
Ezért a SOI hangnyomásszinttől való függésének felmérésére egy kísérletet állítottunk össze, amely a következő szakaszokból állt:
- A mikrofonbemenet befolyásolása 1 kHz-es frekvenciájú szinuszos hangjellel és egybites adatok rögzítése a mikrofonkimenetről a flash memóriába (a bemeneti jel hangnyomása 87,5 és 115 dB SPL között változik, 2,5 dB SPL lépésekben) .
- Mikrofonból származó egybites adatok matematikai feldolgozása digitális aluláteresztő szűrővel, determinisztikus digitális jel elérése és a kvantálási zaj levágása érdekében.
- Feldolgozott digitális adatok reprodukálása számítógépen és THD jel mérése a PC hangkártya kimenetéről C6-11 nemlineáris torzításmérővel (a hangkártya által okozott nemlineáris torzítások nem haladják meg a 0,1%-ot).
- A C6-11 készülék leolvasásainak regisztrálása a bemeneti audiojel hangnyomásának minden értékére.
Rizs. 5. A SOI mikrofonok függősége a hangnyomásszinttől
Ennek a kísérletnek az eredményei az ábrán láthatók. 5. A fenti grafikonból az következik, hogy 97 dB-nél kisebb hangnyomás mellett az ADMP421 és SPM0405HD4H-WB THD mikrofonok SPL-je nem haladja meg az 1%-ot, illetve a 0,3%-ot. Magasabb hangnyomás mellett az ADMP421 mikrofon THD-je lényegesen magasabb, mint az SPM0405HD4H-WB mikrofoné, és 110 dB SPL felett mindkét mikrofon élesen megnövekszik a harmonikus torzítás mértékében. Általánosságban elmondható, hogy a Knowles Electronics mikrofonja szélesebb SPL-tartományban használható. Azt is meg kell jegyezni, hogy a SOI mikrofonok dokumentációban megadott értékei a maximális hangnyomáson vannak normalizálva. A tényleges THD értékek alacsonyabb hangnyomásértékeknél sokkal alacsonyabbak, és a mikrofonok kiváló minőségű hangrögzítésre használhatók.
Az ADMP421 mikrofonnak azonban van egy másik előnye is. Ez a mikrofonmodell gyakorlatilag érzéketlen a teljesítménybusz zajára, még akkor is, ha az utóbbi eléri a 200-300 mV értéket. ábrán. A 6. ábra azt az esetet mutatja be, amikor mesterségesen bevitt impulzuszaj van jelen a mikrofon tápsínében. Ilyen eset akkor lehetséges, ha az audioeszköz impulzus üzemmódban működik (például ciklikus adatrögzítés a mikrofonból a flash memóriába, ha alacsony fogyasztású forrásról táplálkozik).
Rizs. 6. Impulzuszaj a mikrofon tápegység áramkörében
Rizs. 7. A mikrofonból érkező jel időzítési diagramja, amikor impulzuszajnak van kitéve az áramkörben
ábrán. A 7. ábra a DSP szűrőn áthaladó mikrofonok kimeneti jelét mutatja az 1. ábrán látható amplitúdó-frekvencia karakterisztikával. 9. Nem használt referencia audiojelet az áramellátási zavarok regisztrálására a felvétel során. Annak érdekében, hogy meg tudjuk becsülni a zaj amplitúdóját a mikrofonkimenetből, az 1. ábra felső részében. A 7. ábra egy 80 dB-es SPL szinuszos hangjelet mutat, amelyet tápfeszültség zaj nélkül rögzítettek.
Rizs. nyolc. A digitális jelátalakító Σ-Δ modulátor egyszerűsített áramköre
Rizs. kilenc. Az ADSP-BF538F és MSP430F5438 processzorokon megvalósított szoftver decimátor frekvenciaválasza
A tápellátási áramkörökben a zaj hatásának kiküszöbölésére RC élsimító szűrőt kellett használnunk.
Adatfeldolgozás digitális mikrofon kimenetről
Az audiosáv jelének elkülönítéséhez a mikrofonadatokat szűrni kell, és csökkentett frekvencián (általában a Σ-Δ modulátor mintavételezési gyakoriságának 50-128-szorosával) újra mintavételezni kell. A digitális aluláteresztő szűrő kiszűri a külső zajt és a mikrofonzajt a működési sávon kívül ( f >F clk /2M) az aliasing elleni védelem érdekében, és lehetővé teszi az adatismétlési sebesség csökkentését is. ábrán. A 8. ábra a mikrofonból, a DSP-n megvalósított szoftverből vagy az audiokodekek hardveréből származó egybites adatfolyam feldolgozásának egyik lehetséges lehetőségét mutatja.
ábrán látható. 8 a mintavételezési frekvencia tömörítő (kompresszor) áramkör lemintázza a mintavételi frekvenciát, mivel minden egyes M minták a szűrt jelből w(mM) elveti M-1 minta. ábrán látható konverter bemenete és kimenete. 8 a következő kifejezéssel kapcsolódnak egymáshoz:
A frekvenciaváltók szoftveres megvalósításában a FIR és IIR szűrők egyaránt használhatók digitális aluláteresztő szűrőként. A fejlesztőknek nagyon óvatosnak kell lenniük a szűrő típusának, hosszának és bitmélységének kiválasztásakor, mivel az egész rendszer teljesítménye ettől közvetlenül függ. A helyesen kiszámított és megvalósított decimátor (frekvenciaváltó) bizonyos esetekben jelentősen csökkenti a termékek költségét és növeli műszaki jellemzőit. Referenciaként megjegyezzük, hogy a "Soroka-1" és a "Soroka-2" felvevők fejlesztése során a frekvenciát 64-szeresére csökkentő szoftveres decimátorokat (1,024 MHz-ről 16 kHz-re) sikeresen implementáltak mind a nagy- teljesítményű ADSP-BF538F processzor, és az MSP430F5438 mikrokontrolleren 12,288 MHz üzemi órajellel. A megvalósított decimátor részét képező digitális aluláteresztő szűrő amplitúdó-frekvencia karakterisztikáját az ábra mutatja. 9. A digitális szűrés gyakorlati kérdéseivel kapcsolatos teljes körű információért lásd a könyv 6-9.
Második lehetőségként adaptált audiokodekeket használhat a digitális mikrofonkimenet adatainak konvertálására, ami jelentősen csökkenti a termékfejlesztési időt. Például az Analog Devices az ADAU1361 és ADAU1761 kodekek használatát javasolja, amelyek egyaránt alkalmasak az ADMP421 és SPM0405HD4H mikrofonokhoz.
A frekvenciaválasz szükséges pontosságú mérése az üzemi frekvenciasávra meglehetősen nehéz feladatnak bizonyult, mivel a laboratóriumban hiányzott a hangnyomás szempontjából lineáris amplitúdójú akusztikus sugárzó. A kapott frekvenciaválasz becslései a működési frekvenciasávban körülbelül ± 4 dB hibával mutatják a linearitást. Ezért a frekvenciamenet linearitásának értékelésekor helyesnek tartottuk a gyártók által megadott jellemzőkre és az 1 dB-nél kisebb áteresztősávú kisfrekvenciás szűrők számított jellemzőire támaszkodni.
A MEMS mikrofonok új lehetőségeket nyitnak a hangtervezők előtt. A digitális audioeszközök létrehozásának folyamata egyszerűvé válik a hardveres implementáció szempontjából, és nehézzé válik a használt mikrokontrollerek programozása szempontjából. Reméljük, hogy a cikkben szereplő módszerekről és paraméterekről szóló információk sok mérnök számára érdekesek lesznek.
Betöltés...
