Микрофоны MEMS были разработаны чтобы получить преимущества минимально возможного собственного шума, крохотного размера и наименьшее искажение звука. Данный проект представляет собой малошумящий аналоговый предусилитель для MEMS-микрофонов, с компрессией и шумоподавлением, обеспечивая студийное качество звука. УНЧ построен с использованием микросхемы SSM2167 и малошумящего микрофона InvenSense ICS-40180 с нижним портом и аналоговым выходом.
Этот проект обеспечивает усиление звука, лимитирование, переменную компрессию и нойз-гейт. Настраиваемая пользователем степень сжатия, порог шумоподавления и два различных фиксированных коэффициента усиления оптимизируют работу схемы для различных целей. Это комплексное и гибкое решение для микрофонов MEMS также отлично подходит для улучшения разборчивости речи в средствах связи и системах громкой связи.
Малошумящий усилитель управляемый напряжением (VCA), обеспечивает усиление, которое динамически регулируется контуром управления для поддержания заданной характеристики компрессии. Степень сжатия задается перемычкой и может варьироваться от 1:1 до более чем 10:1 относительно фиксированной точки вращения. Сигналы выше точки вращения ограничиваются для предотвращения перегрузки.
Принципиальная схема УНЧ к МЭМС микрофону
Нисходящий расширитель (нойз-гейт) предотвращает усиление фонового шума или гула. Это приводит к оптимизации уровня сигнала перед оцифровкой, тем самым устраняя необходимость в дополнительном усилении или ослаблении в цифровой области. Гибкость настройки коэффициента сжатия и постоянной времени детектора уровня в сочетании с двумя значениями точки поворота позволяют легко встраивать УНЧ на SSM2167 в широкий спектр устройств для обработки микрофонных звуков.
Параметры предусилителя
- Рабочее питание 3,3 В
- Подходит под MEMS-микрофон
- Регулируемый шумоподавитель с помощью резистора R2
- Различные степени сжатия регулируемые с помощью резистора R4
- Встроенный индикатор питания УНЧ
- Частотная характеристика от 60 Гц до 20 кГц
- Размах выходного сигнала до 2 В
Размеры печатной платы 32 x 13 мм (скачать файл).
Степень сжатия аудио
Тут есть 4 различных параметра для коэффициента сжатия таким же образом, как и порог нойзгейта. Поэкспериментируйте с различными коэффициентами чтобы определить, какой из них лучше всего звучит в данной схеме. Рекомендуется начинать с 2:1. Высокая степень сжатия увеличивает эффект нойз-гейта, потому что степень сжатия определяет усиление в нойз-гейте. Сжатие 10:1 надо только в схемах где уровень шума значительно ниже шумового порога.
В большинстве случаев для достижения наилучших результатов потребуется сжатие от 2:1 до 5:1. Этот коэффициент сжатия обеспечивает стабильное качество выходного сигнала в диапазоне расстояний от источника до микрофона.
На печатной плате предусмотрена возможность установки двух типов микрофонов ICS40180 или ICS40310. Установка коэффициента сжатия, резистор R2R2 175К = 10:1, Р2 75К= 5:1, Р2 35К = 3:1, Р2 15К = 2:1, R2 0 Ом = 1:1. Установка порога шумоподавления это резистор R4, вот значения:
- R4 5K = (дБВ) -55
- R4 2K = (дБВ) -54
- R4 1K = (дБВ) -48
- R4 0 Ом = (дБВ) -40
МЭМС микрофон ICS40180
На схеме ICS40180 — это аналоговый МЭМС-микрофон с высоким отношением сигнал-шум и повышенной устойчивостью к ЭМИ помехам. Чип ICS-40180 содержит микрофонный элемент MEMS, преобразователь сопротивления и выходной усилитель. Другие характеристики включают линейную характеристику до 124 дБ SPL, жесткую погрешность чувствительности ±1 дБ и повышенную устойчивость к излучаемым и кондуктивным радиочастотным помехам.
Особенности МЭМС-микрофона
- Высокое отношение сигнал-шум 65 дБА – 38 дБВ.
- Чувствительность. Допустимое отклонение чувствительности ±1 дБ.
- Неинвертированный выходной сигнал.
- Расширенная частотная характеристика от 60 Гц до 20 кГц.
- Улучшенная устойчивость к радиочастотам.
- Точка акустической перегрузки 124 дБ SPL.
- Низкое потребление тока: 190 мкА.
- Односторонний аналоговый выход.
Микрофоны MEMS в слуховых аппаратах
Особенно хороши эти микрофоны в слуховых аппаратах и гарнитурах. Рынок слуховых аппаратов продолжает расти из-за старения населения и заметного увеличения проблемы потери слуха, но их бросающийся в глаза размер и короткое время автономной работы отпугивают многих от использования СА. Поскольку потеря слуха становится все более распространенным явлением, люди будут искать более компактные, эффективные и качественные слуховые аппараты. В начале сигнальной цепи СА микрофоны улавливают голоса и другие окружающие звуки, поэтому улучшенный захват звука может привести к повышению производительности и снижению энергопотребления по всей сигнальной цепи.
Микрофоны — это преобразователи акустических сигналов в электрические, которые могут быть обработаны цепочкой УНЧ слухового аппарата. Для этого преобразования акустической энергии в электрическую используется множество различных типов технологий, но конденсаторные микрофоны оказались самыми маленькими и наиболее точными. Диафрагма в конденсаторных микрофонах движется в ответ на акустический сигнал. Это движение вызывает изменение емкости, которое затем используется для создания электрического сигнала.
Технология электретного конденсаторного микрофона (ECM) наиболее широко используется в слуховых аппаратах. Там реализован переменный конденсатор с одной пластиной, изготовленной из материала с постоянным электрическим зарядом. ECM хорошо зарекомендовали себя в современной индустрии слуховых аппаратов, но технология, лежащая в основе этих устройств, осталась относительно неизменной с 1960-х годов. Их производительность, воспроизводимость, устойчивость к температуре и другим условиям окружающей среды не очень хороши. Поэтому слуховые аппараты и другие устройства, нуждающиеся в высокой производительности и согласованности, открывают возможности для внедрения новой технологии микрофонов МЭМС, устраняющей эти недостатки, позволяя производителям выпускать более качественные и надежные устройства.
