【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（159）---MAX9814咪頭傳感器

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 11:03

37款傳感器與模塊的提法，在網絡上廣泛流傳，其實Arduino能夠兼容的傳感器模塊肯定是不止37種的。鑒于本人手頭積累了一些傳感器和執行器模塊，依照實踐出真知（一定要動手做）的理念，以學習和交流為目的，這里準備逐一動手試試做實驗，不管成功與否，都會記錄下來---小小的進步或是搞不定的問題，希望能夠拋磚引玉。

【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）
實驗一百五十九：MAX9814麥克風放大器模塊 MIC話筒聲音放大/咪頭傳感器 CMA-4544PF-W

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ID:513258 · 發表于 2020-3-5 11:05

CMA-4544PF-W
電容式麥克風

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 11:27

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 11:29

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 11:37

電容式話筒
是利用電容大小的變化，將聲音信號轉化為電信號．這種話筒最為普遍，常見的錄音機內置話筒就這種．因為它便宜，體積小巧，而且效果也不差．有時也叫咪頭。

電容式麥克風有兩塊金屬極板，其中一塊表面涂有駐極體薄膜（多數為聚全氟乙丙烯）并將其接地，另一極板接在場效應晶體管的柵極上，柵極與源極之間接有一個二極管，如圖所示。當駐極體膜片本身帶有電荷，表面電荷地電量為Q，板極間地電容量為C，則在極頭上產生地電壓U=Q/C，當受到振動或受到氣流地摩擦時，由于振動使兩極板間的距離改變，即電容C改變，而電量Q不變，就會引起電壓的變化，電壓變化的大小，反映了外界聲壓的強弱，這種電壓變化頻率反映了外界聲音的頻率，這就是駐極體傳聲器地工作原理。

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 11:41

電容式麥克風優點
1、能將聲音直接轉換成電能訊號的
電容式麥克風是利用導體間的電容充放電原理，以超薄的金屬或鍍金的塑料薄膜為振動膜感應音壓，以改變導體間的靜電壓直接轉換成電能訊號，經由電子電路耦合獲得實用的輸出阻抗及靈敏度設計而成。
2、能展現原音重現的特性
音響專家以追求『原音重現』為音響的最高境界！從麥克風的基本設計原理分析，不難發現電容式麥克風不僅靠精密的機構制造技術，而且結合復雜的電子電路，能直接將聲音轉換成電能訊號，先天上就具有極優越的特性，所以成為追求『原音重現』者的最佳選擇。
3、具有極為寬廣的頻率響應
振動膜是麥克風感應聲音及轉換為電能訊號的主要組件。振動膜的材質及機構設計，是決定麥克風音質的各項特性。由于電容式麥克風的振動膜可以采用極輕薄的材料制成，而且感應的音壓，直接轉換成音頻訊號，所以頻率響應低音可以延伸到10Hz以下的超低頻，高音可以輕易的達到數十KHz的超音波，展現非常寬廣的頻率響應特性！
4、具有超高靈敏度
在振動膜上面因為沒有音圈的負載，可以采用極為輕薄的設計，所以不但頻率響應極為優越，而且具有絕佳的靈敏度，可以感應極微弱的聲波，輸出最清晰、細膩及精準的原音！
5、快速的瞬時響應特性
振動膜除了決定麥克風的頻率響應及靈敏度的特性外，對聲波反應快慢的能力，即所謂「瞬時響應」特性，是影響麥克風音色的一個最重要因素。麥克風瞬時響應特性的快慢，決定于整個振動膜的輕重，振動膜越輕，反應速度就越快。電容式音頭極為輕薄的振動膜，具有極快速的瞬時響應特性，能展現清晰、明亮而有勁的音色及精準的音像。尤其中、低音完全沒有音染及『箱音』，高音細膩而清脆，是電容式最顯著的音色特點。由下面的附圖可明顯看出電容式音頭的瞬時響應特性遠優于動圈式。
6、具有超低觸摸雜音的特性
使用手握式麥克風時因與手掌接觸產生的觸摸雜音，讓原音混雜了額外的噪音，對音質影響至巨，尤其對具有前置放大電路的無線麥克風更嚴重，所以觸摸雜音成為評斷麥克風優劣的重要項目。從物理現象探討，鵝毛與銅板同樣掉到地板上，鵝毛幾乎聽不到掉落的聲音，而銅板就很大聲，顯示較輕的材料比較重的撞擊聲小。同理，電容式麥克風的振動膜比較輕，先天上就具有『超低觸摸雜音』的絕佳特點。
7、具有耐摔與耐沖擊的特性
使用麥克風難免因不慎掉落碰撞導致故障或異常。由于電容式音頭是由較輕的塑料零件及堅固的輕金屬外殼構成，掉落地面的撞擊力較小，損壞的故障率較低。
8、體積小、重量輕
電容式麥克風因采用超薄的振動膜，具有體積小、重量輕、靈敏度高及頻率響應優越的特點，所以能設計成超小型麥克風（俗稱小蜜蜂及小螞蟻）廣泛的應用
9、最適合裝配在無線麥克風上
電容式麥克風具有上述絕佳的特點，成為音響工程專家及演唱高手的最愛，而無線麥克風在舞臺演唱或在家里唱卡拉OK，已經成為當今世界的趨勢，無線麥克風因本身可以提供電容式音頭所需的偏壓，而擁有電容式麥克風的全部優點，成為數字音響時代，專業音響行家夢寐以求的最佳麥克風。

電容式麥克風缺點
結構復雜、造價昂貴，音膜脆弱，怕潮，名貴型號都用真空防潮箱保存，難以推廣。

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 12:15

MAX9814
是美信公司出品的帶AGC控制的麥克放大模塊，很適于各種麥克放大和控制電路的前置部分，外圍只要10個以內的元件，就能滿足一般使用者的需要，麥克放大在0-8米的距離，保證輸出電平保持近似一致。是很好的簡單代替復雜麥克控制電路的代表之作。

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 12:32

MAX9814是一款低成本，高質量的麥克風放大器，具有自動增益控制（AGC）和低噪聲麥克風偏置。該器件具有一個低噪聲前置放大器，可變增益放大器（VGA），輸出放大器，麥克風偏置電壓發生器和AGC控制電路。

低噪聲前置放大器具有固定的12dB增益，而VGA增益則根據輸出電壓和AGC閾值自動從20dB調整至0dB。輸出放大器提供8dB，18dB和28dB的可選增益。在沒有壓縮的情況下，放大器的級聯會導致總增益為40dB，50dB或60dB。三級數字輸入對輸出放大器的增益進行編程。外部電阻分壓器控制AGC閾值，單個電容器設定啟動/釋放時間。三級數字輸入可設定起效時間與釋放時間的比率。AGC的保持時間固定為30ms。低噪聲麥克風偏置電壓發生器可以使大多數駐極體麥克風偏置。

MAX9814采用節省空間的14引腳TDFN封裝。該器件的額定溫度范圍為-40°C至+ 85°C。

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 12:35

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 14:22

MAX9814主要特征
自動增益控制（AGC）
三種增益設置（40dB，50dB，60dB）
可編程攻擊時間
可編程的攻擊和釋放比率
2.7V至5.5V電源電壓范圍
30nV /的低輸入參考噪聲密度
低總諧波失真（THD）：0.04％（典型值）
低功耗關機模式
內部低噪聲麥克風偏置，2V
采用節省空間的14引腳TDFN（3mm×3mm）封裝
-40°C至+ 85°C擴展溫度范圍

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 14:42

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 15:24

MAX9814麥克風放大器模塊
MAX9814是一款低成本高性能麥克風放大器，具有自動增益控制(AGC)和低噪聲麥克風偏置。器件具有低噪聲前端放大器、可變增益放大(VGA)、輸出放大器、麥克風偏置電壓發生器和AGC控制電路。
●自動增益控制(AGC)
●3種增益設置(40dB、50dB、60dB)
●可編程動作時間
●可編程動作和釋放時間比
●電源電壓范圍2.7V～5.5V
●低THD：0.04% (典型值)
●低功耗關斷模式
●內置2V低噪聲麥克風偏置

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 15:29

模塊電原理圖

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 15:31

ID:513258 · 發表于 2020-3-5 15:34

ID:347384 · 發表于 2020-3-7 20:05

樓主太牛了。

ID:513258 · 發表于 2020-3-8 17:30

/*
【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）
實驗一百五十九：MAX9814麥克風放大器模塊 MIC話筒聲音放大/咪頭傳感器
項目測試：串口輸出人聲波形
模塊接線：
MAX9814 Arduino
VCC 5V
GND GND
OUT A0
*/
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(A0,INPUT);
}
void loop()
{
Serial.println(analogRead(A0));
delay(100);
}

復制代碼

ID:513258 · 發表于 2020-3-8 17:33

【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）
實驗一百五十九：MAX9814麥克風放大器模塊 MIC話筒聲音放大/咪頭傳感器

項目測試：串口輸出人聲波形
模塊接線：
MAX9814  Arduino
VCC       5V
GND       GND
OUT       A0

ID:513258 · 發表于 2020-3-8 17:35

ID:513258 · 發表于 2020-3-9 09:05

來自放大器輸出的音頻信號是變化的電壓。要測量聲級，我們需要進行多次測量以找到信號的最小和最大范圍或“峰到峰幅度”。

在下面的實驗中，我們選擇50毫秒的示例窗口。這足以測量低至20 Hz（人類聽覺的下限）頻率的聲音水平。

找到最小和最大樣本后，我們計算差值并將其轉換為伏特，然后將輸出打印到串行監視器。

/*
【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）
實驗一百五十九：MAX9814麥克風放大器模塊 MIC話筒聲音放大/咪頭傳感器
項目測試之二：測量聲級
模塊接線：
MAX9814 Arduino
VCC 5V
GND GND
OUT A0
*/
const int sampleWindow = 50; // 以mS為單位的采樣窗口寬度（50 mS = 20Hz）
unsigned int sample;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(A0,INPUT);
}
void loop()
{
unsigned long startMillis= millis(); // 樣本窗口的開始
unsigned int peakToPeak = 0; // 峰峰值
unsigned int signalMax = 0;
unsigned int signalMin = 1024;
// collect data for 50 mS
while (millis() - startMillis < sampleWindow)
{
sample = analogRead(A0);
if (sample < 1024) // 拋出錯誤的讀數
{
if (sample > signalMax)
{
signalMax = sample; // 只保存最大級別
}
else if (sample < signalMin)
{
signalMin = sample; // 僅保存最低級別
}
}
}
peakToPeak = signalMax - signalMin; // max-min =峰峰值幅度
double volts = (peakToPeak * 5.0) / 1024; // 轉換為伏特
Serial.println(volts);
}

復制代碼

ID:513258 · 發表于 2020-3-9 09:44

【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）
  實驗一百五十九：MAX9814麥克風放大器模塊 MIC話筒聲音放大/咪頭傳感器

  項目測試之二：測量聲級
  模塊接線：
  MAX9814  Arduino
  VCC       5V
  GND       GND
  OUT       A0

ID:513258 · 發表于 2020-3-9 09:51

ID:513258 · 發表于 2020-3-9 10:03

修改為

double volts = (peakToPeak * 5.0) / 255; // 轉換為1/4伏特值

ID:513258 · 發表于 2020-3-9 16:53

/*
【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）
實驗一百四十五：MT8870 DTMF語音解碼板模塊電話撥號控制音頻解碼處理電路
第三項實驗：用合成DTMF雙音多頻信號測試咪頭傳感器和DTMF解碼模塊
1、安裝 "dtmf"庫: 下載https://codeload.github.com/DFRobot/DTMF/zip/master
2、需要材料：喇叭1個，68Ω電阻兩個，咪頭傳感器和DTMF解碼模塊，兩塊UNO板
3、合成信號硬件連接：在D11，D12引腳各接一個68Ω電阻一端，68Ω電阻另一端接喇叭，然后喇叭另一端接地。
4、咪頭模塊接線：
MAX9814 Arduino
VCC 5V
GND GND
OUT IN(接到DTMF)
5、DTMF解碼模塊接線
DTMF Arduino
VCC 5V
GND GND
Q1 12
Q2 11
Q3 10
Q4 9
*/
#include "dtmf.h"
DTMF dtmf;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
// 讀DTMF代碼并且用串行輸出
int myDtmf;
myDtmf = dtmf.getDTMF();
if (myDtmf != -1)
Serial.println(myDtmf);
delay(100); // 以避免收到重復的輸出。
}

ID:513258 · 發表于 2020-3-9 16:56

DTMF解碼識別模塊實驗視頻
https://v.youku.com/v_show/id_XNDU3OTkzOTA4OA==.html

https://v.youku.com/v_show/id_XNDU3OTkzOTA4OA==.html

【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）
  實驗一百四十五：MT8870 DTMF語音解碼板模塊電話撥號控制音頻解碼處理電路

  第三項實驗：用合成DTMF雙音多頻信號測試咪頭傳感器和DTMF解碼模塊
  1、安裝 "dtmf"庫: 下載https://codeload.github.com/DFRobot/DTMF/zip/master
  2、需要材料：喇叭1個，68Ω電阻兩個，咪頭傳感器和DTMF解碼模塊，兩塊UNO板
  3、合成信號硬件連接：在D11，D12引腳各接一個68Ω電阻一端，68Ω電阻另一端接喇叭，然后喇叭另一端接地。
  4、咪頭模塊接線：
  MAX9814  Arduino
  VCC       5V
  GND       GND
  OUT       IN(接到DTMF)
  5、DTMF解碼模塊接線
  DTMF    Arduino
  VCC       5V
  GND       GND
  Q1       12
  Q2       11
  Q3       10
  Q4       9

ID:513258 · 發表于 2020-3-9 16:58

打開"dtmf.h"庫文件查看，發現是針對不同硬件模塊的（板上芯片都是MT8870），由于接腳對不上號，故串口輸出的解碼不對的

ID:780673 · 發表于 2020-6-22 11:36

樓主恒心、毅力、做事的態度都不缺，大牛指日可待

ID:513258 · 發表于 2020-10-24 15:58

ssw2020 發表于 2020-6-22 11:36
樓主恒心、毅力、做事的態度都不缺，大牛指日可待

謝謝老師的鼓勵

ID:513258 · 發表于 2020-11-5 17:18

搜到一個NE5532來進行放大的咪頭電路

ID:513258 · 發表于 2020-11-5 17:18

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【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（159）---MAX9814咪頭傳感器

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