INMP401 MEMS 麥克風(fēng) BOB    就我的 Awesome Audio-Reactive Artifact 而言，我目前使用的是基于 ADMP401 的INMP401 MEMS 麥克風(fēng) BOB，它在 SparkFun 上售價(jià) 10.95 美元。據(jù)描述，當(dāng)麥克風(fēng)保持在一臂遠(yuǎn)的距離并以正常的對(duì)話音量水平進(jìn)行通話時(shí)，該 BOB 的峰峰值輸出約為 200 mV。我實(shí)際上并沒(méi)有測(cè)量大聲播放音樂(lè)時(shí)的輸出（當(dāng)我有空閑時(shí)間時(shí)我確實(shí)需要這樣做），但一切似乎都配合得相當(dāng)好。

    與 MSGEQ7 配合使用的最佳 MEMS 麥克風(fēng)
    INMP401 MEMS 麥克風(fēng) BOB：麥克風(fēng)是右圖中的小黑點(diǎn)。（SparkFun）
    該 BOB 的主要優(yōu)點(diǎn)之一是底部端口輸入。這意味著麥克風(fēng)的微小 1 毫米直徑輸入可以與您的項(xiàng)目外殼齊平。BOB 的輸出具有 VCC/2 的直流偏置，這意味著當(dāng)沒(méi)有拾取聲音時(shí)，信號(hào)將浮動(dòng)在 2.5 V。    MSGEQ7 數(shù)據(jù)表建議使用由 22kΩ 電阻器和 0.1μF 電容器與音頻輸入串聯(lián)形成的濾波器。選擇這些值是為了傳遞音頻信號(hào)，同時(shí)消除直流偏置。

    與 MSGEQ7 配合使用的最佳 MEMS 麥克風(fēng)
    MSGEQ7 的標(biāo)準(zhǔn)輸入（Max Maxfield）
    請(qǐng)注意，R2 和 C2 注釋（而不是 R1 和 C1）的原因是為了使該原理圖與我之前專欄中的電路相匹配。使用這款麥克風(fēng) BOB 與 MSGEQ7 非常簡(jiǎn)單。您所要做的就是連接電源 (VCC) 和接地 (GND) 線（在我的例子中為 5 V 和 0 V），并將音頻 (AUD) 輸出連接到 22 kΩ 電阻（示例 Arduino 代碼在我的示例中提供）。上述文章）。
    我不得不說(shuō)，我對(duì) INMP401 MEMS 麥克風(fēng) BOB 非常滿意，我會(huì)向任何人推薦它。就我的 Awesome Audio-Reactive Artifact 而言，當(dāng)音樂(lè)以合理的音量播放時(shí)，這個(gè) BOB 的效果非常好，但是——理想情況下，如果有選擇，如果迫不得已的話——我想要更大的動(dòng)態(tài)范圍。
    假設(shè)我坐在一個(gè)非常安靜的房間里，距離文物有一段距離。如果我發(fā)出輕柔的聲音，比如敲擊手指或說(shuō)“你好”，我希望這件文物能以明亮的顯示屏煥發(fā)活力，但我很幸運(yùn)看到的不僅僅是閃爍。我想如果事情已經(jīng)安靜了一段時(shí)間，我可以通過(guò)執(zhí)行某種滾動(dòng)平均值并增強(qiáng)任何低電平信號(hào)來(lái)在軟件中糾正這個(gè)問(wèn)題，但我現(xiàn)在感覺(jué)有點(diǎn)懶。
    或者，假設(shè)音樂(lè)變得非常響亮。在這種情況下，我當(dāng)前的系統(tǒng)趨于飽和，導(dǎo)致所有 LED 長(zhǎng)時(shí)間完全亮起。我仍然可以聽(tīng)到音樂(lè)中的潛在節(jié)奏以及頻譜各個(gè)部分的活動(dòng)，因此我希望我的音頻反應(yīng)工件能夠以某種方式調(diào)整其靈敏度以反映當(dāng)前的音頻音量。
    駐極體麥克風(fēng)放大器 — 具有自動(dòng)增益控制功能的 MAX9814    因此，我們推出了基于 Maxim MAX9814且具有自動(dòng)增益控制 BOB 的駐極體麥克風(fēng)放大器，Adafruit 的售價(jià)僅為 7.95 美元。

    基于 MAX9814 的駐極體麥克風(fēng) BOB，帶 AGC：直徑為 1 cm 的麥克風(fēng)如右上圖所示。（Adafruit）
    根據(jù)其數(shù)據(jù)表，這個(gè)小美人可以在 2.7 V 至 5.5 V 的電源電壓下工作。除了電源 (VDD) 和接地 (GND) 端子（在我的例子中為 5 V 和 0 V）之外，我們還有一個(gè)音頻輸出 (OUT)、增益控制輸入 (GAIN) 和啟動(dòng)/釋放比率控制輸入 (AR)。
    對(duì)于 AR 引腳，保持未連接意味著我們使用默認(rèn)的啟動(dòng)/釋放比率 1:4,000。將此引腳拉至 VDD 或 GND 允許我們將啟動(dòng)/釋放比率分別更改為 1:2,000 或 1:500。然而，因?yàn)槲覍?shí)際上不知道啟動(dòng)/釋放比率是什么或其作用（我是一名數(shù)字硬件設(shè)計(jì)工程師），所以我認(rèn)為我們將保留其默認(rèn)/未連接設(shè)置。
    我們很快就會(huì)回到考慮 GAIN 輸入，但首先，我們需要考慮“房間里的大象”，即該 BOB 輸出 2-Vpp（即 2,000-mVpp）信號(hào)，其增益為 1.25 -VDC偏壓。這將完全淹沒(méi) MSGEQ7，因此我們需要以某種方式將此 2,000 mVpp 信號(hào)轉(zhuǎn)換為 MSGEQ7 所需的相應(yīng) 300 mVpp 信號(hào)。
    再說(shuō)一次，我是一個(gè)數(shù)字專家，這意味著模擬領(lǐng)域的不穩(wěn)定方面往往會(huì)讓我頭疼，所以我打電話給 EEWeb 模擬專家Peter“Traneus Rex”Anderson尋求建議，他指導(dǎo)我如下。
    Peter 首先指出，通常有多種模擬方法，但最簡(jiǎn)單的方法之一是使用分壓器，如下所示：

    修改 MSGEQ7 的輸入（Max Maxfield）
    在本例中，我們純粹根據(jù)分壓器使用信號(hào)名稱 Vin 和 Vout。解決這個(gè)問(wèn)題的一種方法是以無(wú)單位的術(shù)語(yǔ)和/或比率來(lái)思考事物。我們知道，如果 BOB 輸出其最大值 Vin = 2,000 mVpp，那么我們希望電容器看到的 Vout 信號(hào)（并通過(guò)電容器傳遞到 MSGEQ7）為 300 mVpp。即使我糟糕的數(shù)學(xué)也告訴我 2,000/300 = 6.66。這意味著，如果我們說(shuō) R2b = 1R（無(wú)論“R”是什么），那么我們就知道 R2a 必須等于 6.66R ? 1R = 5.66R。
    另一種方法是注意我們的分壓器的方程是 Vout = Vin * (R2b / (R2a + R2b))。如果我們替換 R2b = 1R 和 R2a = 5.66R 的值，我們得到 Vout = Vin * (1R / (5.66R + 1R)) = Vin * (1R / 6.66R) = Vin/6.66。當(dāng)然，如果 Vout = Vin/6.66，則 Vin/Vout = 6.66，這讓我們回到了開(kāi)始的地方。
    請(qǐng)注意，我們只是考慮看待同一事物的不同方式，因?yàn)橛行┤税l(fā)現(xiàn)一種方式比另一種方式更有意義。
    下一部分是事情變得有趣的地方，因?yàn)槲覀兿Ｍ娙萜鳌翱吹健?2 kΩ 的值。問(wèn)題是，電容器實(shí)際上“認(rèn)為”R2a 和 R2b 是并聯(lián)的，原因在 Peter 討論它們時(shí)似乎有意義，但我發(fā)現(xiàn)在這里很難闡明。反過(guò)來(lái)，這意味著電容器的電阻將為 (R2a * R2b) / (R2a + R2b)。
    Peter 還指出，(a) 兩個(gè)并聯(lián)電阻器的總阻值低于每個(gè)單獨(dú)電阻器的阻值，(b) R2a 的值明顯大于 R2b 的值。基于此，他建議我們首先考慮如果我們首先將 R2b 的值設(shè)置為比我們正在尋找的 22kΩ 值（例如 25kΩ）稍大一點(diǎn)，然后從那里開(kāi)始，會(huì)發(fā)生什么。
    使用標(biāo)準(zhǔn) 1% (E96) 電阻器作為基礎(chǔ)，我最終使用各種電阻器值進(jìn)行了計(jì)算。最終，我將 R2b 設(shè)置為 26.1 kΩ。反過(guò)來(lái)，這意味著我們理想情況下希望 R2a 為 5.66 * 26.1 kΩ = 147.72 kΩ，但最接近的實(shí)際值是 147 kΩ。如果我們將這些值代入“兩個(gè)并聯(lián)電阻”方程，那么電容器的電阻將為 (26.1 * 147) / (26.1 + 147) = 22.16 kΩ，這“對(duì)于政府工作來(lái)說(shuō)足夠接近”，因?yàn)樗鼈冋f(shuō)。
    因此，假設(shè)我們使用 Arduino Uno 微控制器開(kāi)發(fā)板作為主處理器，我們的第一次實(shí)現(xiàn)可能如下所示：
    與 MSGEQ7 配合使用的最佳 MEMS 麥克風(fēng)
    首次通過(guò) MAX9814 BOB 和 MSGEQ7 實(shí)現(xiàn)（Max Maxfield）
    現(xiàn)在，請(qǐng)記住 MAX9814 具有自動(dòng)增益控制 (AGC)。這是指閉環(huán)反饋系統(tǒng)，其目的是在其輸出端保持合適的信號(hào)幅度，盡管輸入端的信號(hào)幅度發(fā)生變化。平均或峰值輸出信號(hào)電平用于動(dòng)態(tài)調(diào)整放大器的增益，從而使電路能夠在更大范圍的輸入信號(hào)電平下令人滿意地工作。
    這意味著上述電路很可能滿足我們音頻反應(yīng)項(xiàng)目所需的一切（一旦我開(kāi)始嘗試它，我將在以后的專欄中進(jìn)行報(bào)告）。然而，除了其內(nèi)部 AGC 功能外，BOB 還具有 GAIN 輸入。如果我們將此引腳懸空，則默認(rèn)增益將為 60 dB (1,000)；如果我們將此引腳連接到 GND (0 V)，增益將為 50 dB (~316)；如果我們使用 Arduino 將此引腳拉至 VDD (5 V)，則增益將為 40 dB (100)。
    如果我們希望永久使用 50 dB 或 40 dB 設(shè)置，我們可以將 GAIN 輸入分別硬連線至 0 V 或 5 V?；蛘?，我們可以將 GAIN 輸入連接到 Arduino 的數(shù)字輸入/輸出 (I/O) 引腳之一。在這種情況下，如果我們告訴 Arduino 使該引腳充當(dāng)輸入，則 BOB 上的 GAIN 輸入將處于高阻抗 Z 狀態(tài)，因此將默認(rèn)為其 60 dB 增益值?；蛘?，如果我們告訴 Arduino 使該引腳充當(dāng)輸出，我們可以將其驅(qū)動(dòng)為低電平或高電平，以使 BOB 分別使用其 50 dB 或 40 dB 增益設(shè)置。
    因此，除了 BOB 的內(nèi)部 AGC 之外，我們現(xiàn)在還能夠應(yīng)用更高級(jí)別的增益控制。我們可以從 50 dB 增益設(shè)置開(kāi)始，然后使用 Arduino 來(lái)監(jiān)控來(lái)自 BOB 的音頻信號(hào)。如果我們意識(shí)到該信號(hào)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)一直保持全強(qiáng)度（“延長(zhǎng)”的含義尚未定義），那么我們可以將增益降低至 40 dB?；蛘?，如果我們意識(shí)到信號(hào)在一段時(shí)間內(nèi)確實(shí)很低（其中“真正”和“某些”的含義尚未定義），那么我們可以將增益提高到 60 dB。此外，我們還可以根據(jù)需要繼續(xù)在40 dB、50 dB和60 dB之間切換主增益。
    這里唯一棘手的是標(biāo)記為“？電路？”的塊。請(qǐng)記住，BOB 的輸出可以是 0 mVpp 到 2,000 mVpp 之間的任何值，均以 1.25-VDC 偏置為中心。我想我們可以將該信號(hào)直接輸入 Arduino 的模擬輸入之一，并在 Arduino 內(nèi)部進(jìn)行所有處理，但我更喜歡保持簡(jiǎn)單。
    對(duì)于“電路”來(lái)說(shuō)，什么是理想的？從 BOB 獲取 0-mVpp 至 2,000-mVpp 信號(hào)，執(zhí)行滾動(dòng)平均，并輸出 0 V 至 2 V（或 0 V 至 5 V）之間的直流電壓以反映滾動(dòng)值。也許這就像緩沖音頻信號(hào)（以免影響電路的其余部分）、對(duì)其進(jìn)行整流并將其饋入電阻電容電路以平滑所有內(nèi)容并生成平均值一樣簡(jiǎn)單。
    作為最后一個(gè)想法，我曾考慮過(guò)用數(shù)字控制的等效電阻替換電阻器 R2a 和 R2b，其值可以由 Arduino 通過(guò)其 I2C 總線來(lái)設(shè)置，但也許我們應(yīng)該把這個(gè)討論留到另一天再討論。
    與此同時(shí)，當(dāng)談到“電路”時(shí)，我擔(dān)心這就是搖擺不定的模擬考慮因素再次發(fā)揮作用的地方。我必須承認(rèn)，我的知識(shí)有點(diǎn)超出了我的能力范圍，所以我將把它交給 EEWeb 專家和任何其他想要插話的人。