Enkel VU-mätare från Kondensor-Mic.

[badpojken]

Hej,

jag vill använda ett enkelt mikrofonelement som signalkälla till analogpinnen på en PIC16F690. Jag vill alltså likrikta och förstärka signalen från sinussignal (vardsagsljud inom mänskligt rimlig frekvens) i mV-storlek, till absolutamplitud i V-storlek. Det finns t ex gott om "VU LED meter"-exempelkretsar på nätet, men jag är inte tillräckligt erfaren inom kretsteknik för att 'adaptera' liknande kretsar till mitt syfte och hoppas att jag kanske kan få hjälp med kretsen jag är ute efter, härifrån!

Liknande kretsar jag lyckas hitta på nätet verkar även vara lite overkill, för till saken hör även att jag inte behöver någon superprecision, varken vad gäller responstid eller amplitudstorlekar (inom rimliga mått naturligtvis). Det hela skall bara användas som en 'ljudnivådetektor', utan jättehögra krav på exakthet. "Ungefär hur hög är bakgrundsljudnivån?"-typen. Ju enklare krets desto bättre - jag läste kretsteknik någon gång för ett par hundra år sedan men sen så... :/

Jag tänker mig en likriktare (alt. dioder + kondensator) och en Op-amp, men inser att det finns en hel uppsjö av alternativ till komponenter och med stor brist på egen erfarenhet skulle jag gärna ha någon sorts referenskrets innan jag stör ELFA-packarna!

Så, är det så enkelt att någon kan säga på rak arm hur en enkel krets skulle se ut (inkl. komponentlista), eller (och naturligtvis lika gärna) kanske hänvisning till befintliga lathundar medelst google? Jag har som sagt letat, men inget är spot on än och jag kan tyvärr inte tillräckligt för att chansa på egna modifieringar. Det brukar sluta med att man inser att man "borde" köpt hela produktomfånget kondingar/resistorer när man ändå höll på, och det undviker jag gärna om möjligt...

Mikrofonen jag har är ett kondensatorelement med egenskaper som (om det finns uppenbart bättre alternativ är jag såklart öppen!):
Frekvenomfång: 20-16000 Hz
Känslighet: 7,9 mV/Pa/1KHz, ±2dB
Utgångsimpedans: 2k ohm

PICen vill ha 0-5V till sin analog->digital (10bit). En jumbojet som flyger förbi mikrofonen behöver inte generera 5V heller för den delen - 10bitar är mycket högre upplösning än jag behöver ändå. (PICen programmeras med PICkit2).

Kalas om någon kan hjälpa mig eller peka i rätt riktning genom djungeln på nätet, tack på förhand!

[13th.Marine]

Du menar inte VU-meter? =) UV har med ljus att göra...

[badpojken]

Jo, det är klart... och så är man fysiker också. Ses snart, jag finns i skamvrån så länge!

[13th.Marine]

Inga problem, greppade först inte vad en UV och en mic hade gemensamt =)
Kasta ett öga på denna: http://sound.westhost.com/project60.htm
Där finns iaf hur man likriktar en signal

[psynoise]

Egentligen skulle du kunna ta signalen från mikrofonen direkt till AD-omvandlaren. För att öka upplösningen bör du förstärka eller eventuellt dämpa signalen beroende på hur den kan tänkas se ut. Enklast gör man detta med operationsförstärkare. Med en inverterande koppling skulle du både kunna reglera förstärkning och dämpning mha en potentiometer.

Med helvågslikriktning får du absolutbeloppet av signalen vilket kanske förenklar din mjukvara.

Tror du att µC:n kommer att missa snabba transienter kan du integrera inom ett tidsfönster. Detta gör du med ett lågpassfilter. Ett enkelt RC-filter duger gott där den inte är allt försvårt att räkna ut tidskonstanten.

I stort sätt precis som du själv hade tänkt. Vill du komma igång snabbt med operationsförstärkarkopplingar kan jag rekommendera boken Analog elektronik skriven av Bengt Molin. För RC-kretsar finns ett bra kapitel Single-Time-Constant Circuits i Microelectronics Circuits skriven av Sedra/Smith. För att koppla en kondensatormikrofon på bästa sätt samt tillhörande förstärkare kan du kolla i boken Small Signal Audio Design skriven av Douglas Self.

[badpojken]

Inga problem, greppade först inte vad en UV och en mic hade gemensamt =)
Kasta ett öga på denna: http://sound.westhost.com/project60.htm
Där finns iaf hur man likriktar en signal

Tack, länken är en av en mängd sidor jag redan letat upp men hjälper mig tyvärr inte pga vad jag sa tidigare.

Det är nog jag som varit otydlig och ber om ursäkt för det. Vad jag menar är alltså att jag har hittat en halv million kretsar som den ovan, men att det hittills alltid varit något som inte stämmer, vilket med 0 erfarenhet gör det svårt att bara ändra. Satt jag med ett fullt lager av resistorer, kondingar, op-amps och dioder skulle jag experimentera och försöka. Nu är det tyvärr så att jag måste beställa komponenterna och för det behöver jag ha åtminstone ett hum om vad som behövs och i vilken storleksordning.

Den bästa kretsen jag hittat hittills är denna:
http://www.zen22142.zen.co.uk/Circuits/ ... 71_mic.htm

Vad jag förstår, kommer output att bestå av samma sinusvåg som mikrofonen ger, men med högre amplitud. Men analog->digital i PICen sätter sitt bit-värde efter ration mellan insignalen och referensspänningen och jag föreställer mig att negativ spänning inte är speciellt välkommen där?

Kan jag använda kretsen ovan (något modifierad för högre gain) och sedan pula dit en likriktare mellan "Out" och PICen?

(Som jag sa tidigare är jag egentligen inte ute efter en 'bra' VU-mätare, då snabb responstid snarare än negativt för mitt syfte. Någon sekunds responstid av ljudet i omgivningen är helt ok. Det handlar inte om Hi-Fi eller musik över huvud taget och moduleringen är oväsentlig - det är enbart medelljudnivån som är av intresse.)

Tack för tipset och jag ber om ursäkt om jag var vag i min originalförklaring!

[badpojken]

@psynoice:
Tack,

mycket nyttiga saker här! Jag har ett par följdfrågor:

Mikrofonelement till AD-pinnen direkt ser jag inte fungera, helt enkelt för att spänningen är så minimal. Den digitala upplösningen är 10 bitar, men säg att jag använder så lite som 3V referensspänning - storleksordningen millivolt från mikrofonen kommer som du säger att leda till en extremt låg upplösning.

Jag har ett hyggligt hum om hur jag kan bygga en pre-amp till mikrofonen (http://www.zen22142.zen.co.uk/Circuits/ ... 71_mic.htm) och därmed öka upplösningen hos PICen genom en mindre ratio mellan insignal och referensspänning. Det kommer fortfarande att komma negativa spänningar till PICen och det är där jag gissar att jag behöver en likriktare (vad händer i PICen med ration när inspänningen är negativ?).

Grejen är att jag vill ha en så enkelt krets som möjligt. Detta är ett sidoprojekt (och uppenbarligen inte vad jag jobbar med ) och jag gissar att för att tillgodoräkna mig materialet i böckerna du hänvisar till, måste jag läsa fem andra för att ha en bättre grund. Min nivå nu, är att jag fixar enkla kretsar där det räcker med Ohms lag och liknande (i stort sett - jag kan bygga en lampa, that's it). Skälet att jag ändå inte bara ger upp rakt av är att det som sagt inte handlar om någon precisionskrets, utan snarare en krets där för hög precision/snabb responstid etc bara är negativt för resultatet.

Låt oss säga att jag använde http://www.zen22142.zen.co.uk/Circuits/ ... 71_mic.htm för att förstärka min signal från mikrofonen. Min responstid behöver inte vara snabbare än någon sekund - det är "medelljudnivån" som är viktig. Det får mig att tro att jag skulle klara mig med en likriktare och en kondensator (gärna modell större) mellan mic-preampen och AD-pinnen på PICen. Skulle det funka och då till den viktiga frågan - det finns en uppsjö av likriktare t ex på ELFA. Är det någon som är mer lämplig för mitt ändamål? Vrms skulle alltså ligga runt 0.1V i storleksordning och moduleringen inom mänsklig hörsel, men säg 1kHz för enkelhets skull. Vilken likriktare och vilken kondensatortyp skulle passa bäst?

Det här vill jag skapa, återigen helt utan större krav på precision/responstid - enbart "medelbakgrundsljudet" är relevant:

mic (mV) -> förstärkning av signalen -> likriktning -> PIC (Ve(-1) eller V)

Tack igen!

[psynoise]

Att leta ibland massa färdiga kretsar på Internet ger inte mycket som du kanske har märkt. Värst av allt är att mycket som finns där ute är rena skiten och byggt på okunskap. Konstruera ditt projekt från egna resonemang och kunskap eller använd bättre källor som tidskrifter eller kretssamlingsböcker. En av dom tjockare referenserna som jag själv har i bokhyllan är Modern Electronic Circuits Reference Manual av John Markus, ugiven av McGrawHill, dvs inget skit precis.

[psynoise]

Jag missade ditt senare inlägg. Angående helvågslikriktare måste du konstruera din egen krets där också. Dioder rakt av fungerar inte då de börjar leda först vid ca 0,7 V. Kopplingen då söker kallas ideal diod. Till detta kommer du behöva ett antal operationsförstärkare till tyvärr.

Genom att överlagra din signal från mikrofonen på likspänningen kommer din µC kunna läsa även negativa värden. För sedan endast kolla på dom positiva kan du likrikta i på något fult sätt i mjukvaran. Enklast är kanske att bara sätta samples under en viss nivå till noll, eller räkna ut absolutbelopp på något enkelt sätt. En tanke är att spegelvända värden under likspänningsnivån, hur man sedan gör det med en PIC kan jag inte säga på rak arm.

[Gustav180]

Det behöver inte vara så besvärligt. Förstärk först signalen från mikrofonen så att dess max topp-bottenvärde blir ca 95% av drivspänning eller referens till µP. Du kan samtidigt bandbegränsa frekvensområdet om så erfordras. Det kan göras i en OP, t.ex. LM741. Likrikta signalen topp-bottenvärde (dubbel diod) och gör responstiden på likriktningen så lång som önskas. Därefter kan du gå in med den signalen till A/D-omvandlaren. Vill du ha ett schemaförslag?

[psynoise]

Problemet är hur små signaler man vill detektera. Vanliga dioder kommer klippa bort 0,7 V!

Ett förtydligande över vad jag var inne på:

blockschema-0.1.png

[badpojken]

@Gustav:

Tack! Det är ju så enkelt jag helst skulle vilja ha det. Hade det gällt Hi-Fi/Förstärkare, hade kvalitet spelat större roll, men nu vill jag som sagt bara ge en PIC ett hum om hur mycket det låter i rummet där den är. Jag är helt ny i kretsvärlden och det känns som att jag är lite för gammal (och för heltidsanställd) för att hoppa tillbaka till KTH och något E-program

Jag skall kolla (enligt psynoise) vilka gränser som gäller för likriktare/dioder och se om jag kan komma fram till något okomplicerat - tack för råden!

@psynoise:

Klart du har rätt i att det är bäst att bygga från egen kunskap! Jag är av typen som lär sig bäst genom exempel, och den ideala 'gången' vore att börja med enklast möjliga, för att stegvis inflika mer avancerade tilltag och vid något steg uppnå tillräcklig standard/kunskap. Vad gäller internetkretsarna blir det efter ett tag tyvärr ganska klart att många av de som besvärar sig att lägga upp hjälp och kretsar ofta kommer något till korta vad gäller pedagogiken. Det känns allt som oftast att dem som förstår kretsen/förklaringen direkt är samma folk som inte behöver hjälpen...

Hur som helst tog du upp en mycket intressant grej vad gäller mjukvarufusket. Jag har precis börjat få lite koll på Assembler och det är ju faktiskt mycket möjligt att den lättaste lösningen är en enkel pre-amp mellan Mic och PIC och att "ljudamplituden" filtreras fram i mjukvaran!

Stort tack till er båda!

[psynoise]

Nedanstående koppling kan drivas med enkel matningsspänning, t.ex 5 V.

schema-0.1.png

R1 ska matcha resistansen hos M1 vilket ger signalen Vs med likspänningskomponent på Vdd/2. R3 och R2 bestämmer förstärkningen approximerat till 1+R3/R2. C1 förhindrar likspänning att förstärkas med annat än 1. C2 används för avkoppling av matningspänningen. Monteras så nära som möjligt till operationsförstärkarens negativa matningsspäningingång. Ser man till att välja en operationsförstärkare med rail-to-rail utgång kan man få ett utspänningsving på 0 till Vdd, exempel 0 till 5 V.

[Sikmeister]

Det är nog inte så lätt att matcha resistansen hos mikrofonelementet så att man kan garantera att vilospänningen på Vs ligger på Vdd/2 under alla omständigheter.

Det är mycket enklare att AC-koppla utgången på mikrofonen och lägga ingången på op-förstärkaren på Vdd/2 med en spänningsdelare, precis som i badpojkens länk (med skillnaden att det övre av 47k-motstånden ska gå till Vdd istället för 12V). Eftersom det rör sig om en audiosignal är man inte intresserad av någon DC-komponent.

[psynoise]

Vilospänningen behöver inte vara exakt Vdd/2, men inte för långt borta heller då vi tappar dynamik. Vad säger databladet för mikrofonen om impedansen vid 0 Hz, dvs resistansen?