Ich habe ein Mikrofon, dessen Ausgang auf 0V-5V begrenzt werden muss. Das Mikrofon selbst sollte Audio aus seiner Umgebung (z. B. einem Wohnzimmer) aufnehmen. Später werden bestimmte Signale aus dem Audiostrom identifiziert, die das Mikrofon aufnimmt. Der Ausgang des Mikrofons führt zu einem analogen Eingangspin eines Mikrocontrollers, der die gesamte Signalanalyse durchführt. Aber im Moment konzentriere ich mich nur auf das Mikrofon.
Ich habe etwas gegoogelt und Verstärker mit automatischer Verstärkung entdeckt, die anscheinend in der Lage sind, ihre Verstärkung abhängig von der Ausgangsspannung anzupassen. Wenn die Ausgabe zu niedrig ist, wird die Verstärkung erhöht, und wenn die Ausgabe zu groß ist, wird die Verstärkung verringert. Wenn ich das richtig verstehe, sollte dies die Art von Verhalten sein, nach der ich suche. Ich denke, dieser Prozess der Begrenzung der Mikrofonausgangsspannung wird in der Audiowelt als Komprimierung bezeichnet?
Wie auch immer, ich habe ein oder zwei Beispiele für einen Verstärker mit automatischer Verstärkung gefunden, der verwendet wird, um eine minimale Ausgangsspannung sicherzustellen, aber ich habe Mühe herauszufinden, wie man einen verwendet, um eine maximale Ausgangsspannung sicherzustellen.
Kern meiner Fragen sind:
1) Ist es möglich, einen Verstärker mit automatischer Verstärkung zu verwenden, um die Ausgangsspannung eines Mikrofons mit einer unbekannten Eingangsspannung auf maximal 5 V zu begrenzen?
2) Wenn es möglich ist, ist ein Verstärker mit automatischer Verstärkung die beste Wahl dafür? Wenn dies mit einem Verstärker mit automatischer Verstärkung nicht möglich ist, mit welchen anderen Methoden kann dies erreicht werden?
3) Wenn ein Verstärker mit automatischer Verstärkung tatsächlich eine geeignete Wahl für diese Aufgabe ist, wie würde man bei der Auswahl/Verkabelung eines Verstärkers mit automatischer Verstärkung vorgehen?
Als Referenz ein Mikrofon, das ich vielleicht verwenden möchte, ist das CMA-4544PF-W . Einige andere Informationen, die relevant sein könnten, sind, dass ich erwarte, dass die Umgebungsgeräusche der Umgebung, in der sich das Mikrofon befindet, im Durchschnitt etwa 50 dB bis 60 dB betragen.
Weitere Details, die ich hier nicht erwähnt habe, kann ich bei Bedarf klären!
BEARBEITEN: Als ich das schrieb, war mir nicht klar, ich möchte das Mikrofonsignal trotzdem verstärken, bevor es den Eingangspin des Mikrocontrollers erreicht. Obwohl ich erwarte, dass das Mikrofon ein Signal in mV ausgibt, möchte ich das Signal etwas verstärken. Ich mache mir nur Sorgen, dass der Ausgang möglicherweise 5 V überschreiten könnte, wenn ich einen Verstärker mit einer großen Verstärkung verwende. Mein Denkprozess ist, dass ein Verstärker mit automatischer Verstärkung sowohl das Eingangssignal verstärken als auch die Ausgangsamplitude auf weniger als 5 V begrenzen könnte.
Vielen Dank im Voraus!
Kompression ist etwas ganz anderes.
Verstärker mit automatischer Verstärkung sollen den durchschnittlichen Klang auf einem bestimmten voreingestellten Pegel halten und sind ein gängiges Merkmal von Fernsehgeräten. Sie sind jedoch nicht sehr nützlich für Mikrofone, die Sprache erkennen sollen, da die meiste Zeit kein Ton zu hören ist. Als solches verstärkt sich der Verstärker die meiste Zeit selbst, nur um plötzliche Lastsprache durchzulassen, bevor er reagieren kann.
Verstärker mit automatischer Verstärkung neigen auch dazu, das Hintergrundrauschen zu verstärken. Sie haben vielleicht bemerkt, dass bei Fernsehern, die mit dieser Funktion ausgestattet sind, das Hintergrundrauschen langsam zunimmt, bis jemand spricht, wenn die Tonspur leise ist. Dies ist für das menschliche Zuhören ärgerlich, aber ein definitives Problem für die Computererkennung.
Daher ist eine solche automatische Verstärkung wahrscheinlich nicht das, was Sie wollen. Stattdessen können Sie den Ausgang auf 5 V begrenzen und dies mit dem Mikro erkennen. Lassen Sie dann das Mikro die Lautstärke anpassen, damit es weiß, welche Pegel es interpretiert. Zwei bis vier verschiedene Lautstärken sollten normalerweise ausreichen.
Sie müssen mit einigen echten Spezifikationen beginnen.
Finden Sie zuerst heraus, was das Mikrofon mit dem lautesten Ton ausgibt, den Sie interpretieren möchten. Stellen Sie nun die Verstärkung des Verstärkers zwischen dem Mikrofon und dem 5 VA/D-Eingang so ein, dass dieser lauteste Ton in der Nähe des Maximums von 5 Vpp liegt.
Was als nächstes zu tun ist, hängt von den Spezifikationen ab, die Sie nicht angegeben haben. Finden Sie heraus, was der leiseste Ton ist, den Sie noch interpretieren müssen, und welches minimale Signal-Rausch-Verhältnis Sie für eine korrekte Interpretation benötigen. Das sagt Ihnen, welche A/D-Auflösung Sie benötigen, wenn alles mit dem Sample-Stream erledigt ist, der vom einzelnen A/D kommt.
Nehmen wir zum Beispiel an, die leisesten Bedingungen sind 30 dB niedriger als die lautesten, und Ihr Algorithmus benötigt ein Signal-Rausch-Verhältnis von 20 dB. Das bedeutet, dass das A/D-Quantisierungsrauschen mindestens 50 dB unter der vollen Skala liegen muss. -50 dB sind 1/316 in der Spannung, sodass Ihr A/D mindestens 316 diskrete Ausgangspegel benötigen würde. A/D-Ausgangspegel werden in Potenzen von 2 angegeben, sodass Sie mindestens einen 9-Bit-A/D benötigen würden, der Ihnen tatsächlich 512 Ausgangspegel oder 54 dB Grundrauschen liefern würde.
Sie können leicht einen Mikrocontroller mit einem 12-Bit-A / D erhalten. 1/2 12 = 1/4096 = -72 dB. Das wäre Ihr Gesamtbudget für Ruhe plus Signal-Rausch-Verhältnis des Algorithmus mit einem 12-Bit-A / D.
Die Antwort ist also, zuerst zu sehen, ob ein 12-Bit-A/D nicht gut genug für die gesamte Bandbreite dessen ist, was Sie tun möchten. Wenn dies der Fall ist, benötigen Sie lediglich einen Verstärker mit fester Verstärkung in einem 12-Bit-A / D, der heutzutage in vielen Mikrocontrollern eingebaut ist.
Wenn 72 dB nicht gut genug sind, können Sie einen externen A/D verwenden. Es gibt 16-Bit- (und mehr) A/Ds für Audiozwecke. Das Gain-Budget mit 16 Bit beträgt 96 dB. Sie erhalten etwa 6 dB mehr für jedes zusätzliche A/D-Bit.
Oder Sie können mehrere feste Verstärkungen verwenden und jedes Ergebnis in einen separaten 12-Bit-A/D-Eingang des Mikrocontrollers einspeisen. Die Firmware entscheidet dann zuerst, welche Eingänge gültig sind und wie die verbleibenden überblendet werden, um Sprünge an Kreuzungen zu vermeiden. Dies würde zu einem Wert von mehr als 12 Bit führen, der dann mit Ihrem Algorithmus verwendet wird, als ob Sie überhaupt einen breiteren A/D hätten.
Nichts davon ist jedoch ohne die äußerst wichtige Spezifikation möglich, wie viel Signal-Rausch-Verhältnis Sie im Verhältnis zum lautesten Signal benötigen, das Sie dekodieren möchten.
Olin Lathrop
Zearia