Vor mehr als 1 Jahr habe ich mit der Embedded Programmierung als Hobby angefangen. Ich hatte sehr viel Spaß an diesem Projekt. Das Projekt war ein Musik-Spektrum-Analysator. Mit 464 WS2812B adressierbaren LEDs. Einem MAX4466 Mikrofon. Und als Mikrocontroller wurde ein EK-TM4C123GXL (Cortex M4F) von TI verwendet. Nun bin ich dabei, das Projekt zu optimieren. Dabei ist mir das Mikrofon mit dem starken Rauschen aufgefallen. Ich habe ein fertiges Konzept von Texas Instruments gefunden: https://www.ti.com/lit/ug/tidu765/tidu765.pdf?ts=1681525964125 Und als Rauschunterdrückung würde ich gerne den LT3045 verwenden: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/lt3045.pdf Könnt Ihr euch vorstellen, mir beim elektrischen Redesign zu helfen? Ich habe damit angefangen eine Skizze zu erstellen. Diese werde ich als PDF hochladen. Mein Wunsch wäre ein Platinenentwurf (der mein erster ist), der von einem Platinenhersteller komplett bestückt werden kann. Damit es fertig ankommt. Löten ist möglich, wenn Teile extra bestellt werden müssen.
Nimm statt dem Elektretkram eine einfache dynamische Kapsel. Kondensatormikrofone sind extrem unempfindlich und die "natürliche" Ausgangsspannung ist entsprechend gering. Daher gehört immer ein passender Vorverstärker dazu der allerdings auch das Rauschen mitverstärkt. Das Arduinomodul hat schon ZWEI Vorverstärker drin: einmal innerhalb des Mikros selbst und dann noch den 4466. Das ist etwas für Spielereien wo es nicht auf Rauschen und Qualität ankommt. Am Besten amn vermeidet das Rauschen schon an der Quelle --> dynamisches Mikro mit hoher Ausgangsspannung ohne Verstärkung.
Thomas R. schrieb: > dynamisches > Mikro mit hoher Ausgangsspannung ohne Verstärkung Ich brauche 3.3V Pegel. Geht das ?
Kevin H. schrieb: > Thomas R. schrieb: >> dynamisches >> Mikro mit hoher Ausgangsspannung ohne Verstärkung > > Ich brauche 3.3V Pegel. Geht das ? Nö, ein dynamisches Mikro bringt nur so um die 500mV bis 1Volt, je nach Stärke der Beschallung. Dafür benötigst du also auch einen VV aber der verstärkt dann wenigstens kein Rauschen.
Thomas R. schrieb: > Nö, ein dynamisches Mikro bringt nur so um die 500mV bis 1Volt, je nach > Stärke der Beschallung. Was? Woher nimmst du diese Werte? Das ist höchstens ein Zehntel dessen, was du da schreibst. Verwechselt mit Gitarrenpickup? https://www.thomann.de/de/onlineexpert_page_live_gesangsmikrofone_technische_daten.html Das sind also 1-2mV per Pascal. Röhrt da jemand rein, sinds also vllt. mal 30mV. Mehr ist nicht.
heutzutage nimmt man weder dynamische noch Elektret-Kapseln sondern MEMS-Mikrofone. In allen Fällen wird man um einen Vorverstärker kaum herum kommen, das ist ja auch nun kein Hexenwerk.
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Für einen Analyzer ist heute sicher MEMS die richtige Wahl, denn man bekommt ja kaum Elektretkapseln mit anständigem Datenblatt. Dynamische Mikrofone sind für eine Anwendung im Analyzer völlig raus.
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Thomas R. schrieb: > Nimm statt dem Elektretkram eine einfache dynamische Kapsel. > Kondensatormikrofone sind extrem unempfindlich und die "natürliche" > Ausgangsspannung ist entsprechend gering. Ganz sicher nicht! Thomas R. schrieb: > Nö, ein dynamisches Mikro bringt nur so um die 500mV bis 1Volt, Oh weh, da sollte jemand seinen Gesellenbrief zurückgeben. Oder hast Du sogar den Fernsehmeister, da ist sicheres Auftreten bei völliger Ahnungslosigkeit im Lehrplan verankert. Typische Werte sind eher einstellige Millivolt, die aber niederohmig sind und sich gut mit kleinen Übertragern anpassen lassen.
Was bisher vergessen wurde ist der dynamische Bereich. Mit einem linearen ADC, zB 10 Bit ist der dynamische Bereich 1:1000, so etwa, die obersten 512 (512-1023) schritte ensprechen den obersten 6dB, die naechsten 256 (256-511) schritte sind dann die naechsten 6 dB, die naechsten 128 Schritte (128-255) sind nochmals 6 Bits, die naechsten 64 (64-127) Schritte nochmals 6dB, das sind also erst 24dB, nicht wirklich der Hammer.
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Ich komm da auf 60dB. Rauschen MEMS wirklich weniger?
Ja, wenn man auf 1 bit runter geht sind's 60dB...
> Rauschen MEMS wirklich weniger?
Ahem... in Bezug ? Fuer mich ist ein Mikrophon-Signal proportional zur
Flaeche. Dann kann man noch etwas wie einen Kopplungswirkungsgrad
reinwerfen. Der wird aber immer etwa dasselbe sein, da Luft auf harte
Oberflaeche. Das Rauschen wird dann von der verwendeten (elektronik-)
Technologie bestimmt.
Die ist moeglicherweise aehnlich zwischen MEMS und Mikrophon.
Ich wuerde einen MEMS S/N mit einem aehnlich grossen Mikrophon
vergleichen.
Diese Chip Elektret Mikrophone haben schon schlechtere Werte wie
Grossmikrophone.
Abdul K. schrieb: > Rauschen MEMS wirklich weniger? Laut Hersteller wohl nicht. Hier gibt es auch Datenblätter: https://www.ekulit.de/produkte/electret-condenser-mikrofone https://www.ekulit.de/produkte/mems-mikrofone Elektret: S/N-Ratio: >58...>60dB MEMS: S/N-Ratio 58...65dB Da sollte für die o.g. Anwendung doch reichen. Das "Rauschen" liegt wohl eher nicht am Mikrofon.
Thomas R. schrieb: > Kondensatormikrofone sind extrem unempfindlich und die "natürliche" > Ausgangsspannung ist entsprechend gering. Nö, die haben mit die höchste Ausgangsspannung. Allerdings ist die Impedanz recht hoch. Typisch werden 100M als Abschlußwiderstand verwendet. Der Verstärker in Studiomikrofonen ist daher hauptsächlich ein Impedanzwandler, um die Kabelkapazität treiben zu können. Noch höhere Spannung liefern nur die alten Kohlemikrofone.
Treib da nicht sooo viel Aufwand. Das TI-Design ansich ist schon in Ordnung. ich hatte da einen LMV771 als OPV in Verwendung und musste dann aber den "alten" OPV wieder einbauen, weil es dem Kunden nicht stark genug rauschte und er so nicht einschätzen konnte, ob die Anlage an war oder aus. Wenn Du die Betriebsspannung dicht am Mikrofon ordentlich abblockst, reicht das. hast eh nur 12Bit als ADC.
Kevin H. schrieb: > Einem MAX4466 Mikrofon. > Dabei ist mir das Mikrofon mit dem starken Rauschen aufgefallen. Also ein Elektred am 4466 sollte nicht relevant rauschen. Schliess mal das Mikro kurz, rauscht es immer noch ? Wenn ja, schalte den 4466 aus (oder auslöten und Ausgang kurzschliessen oder Ausgang kurzschliessen ohne auszulöten aber nur kurz), rauscht es immer noch ? Wenn nein, dann könnte der 4466 wegen schlechtem Leiterplattenlayout hochfrequent schwingen. Oder das Rauschen liegt als Prasseln des uC auf der Versorgungsspannung und schlägt etwas durch. Das Elektred und der MAX sind jedenfalls nicht die Ursache. Lege optimalerweise den Elektred-Vorwiderstand noch so aus, dass nach im die halbe Versrgungsspannung entsteht, damit s/n optimal werden kann.
Wenn du den Arbeitswiderstand des Mikros aufteilst, z.B. 1k und 12k und dazwischen einen Kondensator nach GND legst, dann brauchst du keine extrem rauscharmen Regler. Meiner Ansicht nach braucht man auch keinen 10MHz- oder 20MHz-OPA an der Stelle; mit einem mit 10Mhz kann man schon mal v=500 machen. Es ist allerdings nicht klar, was der Ausgangswiderstand der Schaltung ist, so kann ich nicht auf Anhieb sagen, wie viel Verstärkung hier angedacht sind. Bei großen Faktoren sind zwei OPAs besser geeignet, dann kann man auch rauschärmere mit etwas weniger Bandbreite verwenden. Es gibt jedenfalls welche, die nur etwa die Hälfte an Rauschdichte haben. Ob die auch für die Versorgung mit 3.3V verfüg bar sind, weiß ich allerdings nicht. Sowieso: wenn du am Ausgang Pegel bis 3.3V haben willst, ist eine Versorgung mit 3.3V nicht angebracht. Kevin H. schrieb: > Mein Wunsch wäre ein Platinenentwurf (der mein erster ist), der von > einem Platinenhersteller komplett bestückt werden kann. Eigentlich kannst du dir dann einen fertigen Mikrofonvorverstärker fertig kaufen ...
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Kevin H. schrieb: > Dabei ist mir das Mikrofon mit dem starken Rauschen aufgefallen. Das starke rauschen entsteht, wenn der Mikrocontroller über SSI (SPI) Daten sendet. Der SPI Takt ist auf 4.8Mhz eingestellt. Das Datensignal sieht sehr gut aus. Habe ich mir mit einem Oszilloskop angeschaut. Die SPI Schnittstelle wird genutzt, um die adressierbaren LEDs (WS2812B) anzusteuern. Sobald der Sendevorgang abgeschlossen ist, ist das fällt das Rauschen wieder auf -60dB RMS zurück. Ich habe eine Skizze erstellt, wie die LEDs angeschlossen sind. Und 2 Bilder vom Projekt. Da das noch ein Prototyp ist, benutze ich auch noch ein Breadboard. Ich habe 2 Mikrocontroller Boards an dem selben Netzteil angeschlossen. Und das Rauschen geht sogar auf das andere Board über. Selbst wenn 2 Netzteile benutzt werden. Was muss ich tun, damit das Rauschen nicht auf das andere Board ankommt? Könnt ihr mir da helfen? Was braucht ihr noch für Infos? Soll ich dafür ein neuen Thread aufmachen?
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Kevin H. schrieb: > Was muss ich tun, damit das Rauschen nicht auf das andere Board ankommt? Du möchtest nun also einen 2. Controller der vermutlich ebenfalls Störungen verursacht, wenn er die Daten (zum 1.) übertragen soll? Das ist wenig zielführend! Benutze einen separaten Wandler mit eigener Spannungsversorgung. Gruß Jobst
Jobst M. schrieb: > Benutze einen separaten Wandler mit eigener Spannungsversorgung. Das Rauschen geht sogar auf das andere Board über. Selbst wenn 2 Netzteile benutzt werden.
Kevin H. schrieb: > Das Rauschen geht sogar auf das andere Board über. Selbst wenn 2 > Netzteile benutzt werden. Bei solchen fliegenden Aufbauten, wenig bis keinen Entstör- massnahmen durch Abblockung, hochohmigen Mikrofon und fehlende Abschirmung wundert mich gar überhaupt nichts. Steckbrett - oh weh oh weh .... OMG
Wastl schrieb: > Kevin H. schrieb: >> Das Rauschen geht sogar auf das andere Board über. Selbst wenn 2 >> Netzteile benutzt werden. > > Bei solchen fliegenden Aufbauten, wenig bis keinen Entstör- > massnahmen durch Abblockung, hochohmigen Mikrofon und > fehlende Abschirmung wundert mich gar überhaupt nichts. > > Steckbrett - oh weh oh weh .... OMG Ich als totaler Laie Frage jetzt mal: Ist das nicht Stromrauschen hier? Klemmbrett=Masse=Widerstand? Ergo:Stromrauschen? Dann wohl ein (wahrscheinlicher) Mix aus verschiedenen Rauscharten? Schrottky-, Influenz-, Popcorn-?, und Quantisierungsrauschen, was dem einen Kunden als Komfortrauschen verkauft wurde :) So einfach? Oder hab ich mir das nur "schön zurechtgelesen, weil ich zufällig den "Widerstand" Artikel bei Wikipedia durchgelesen habe; da stand dann direkt Stromrauschen, und ich dachte "das gibts doch jetzt nicht... Das heißt auch noch so.". Bin einfach neugierig ob der Gedanke richtig war.
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von Kevin H. schrieb: >Das Rauschen geht sogar auf das andere Board über. Selbst wenn 2 >Netzteile benutzt werden. Ist unwarscheinlich, daß das Rauschen vom Netzteil kommt, wenn es nicht zu schlecht ist. Ist es wirklich Rauschen? Manche Leute verwechseln das auch mit Brummen. Brummen entsteht durch fehlende Abschirmung, Brummschleifen oder auch durch ein schlechtes Netzteil. Rauschen entsteht manchmal auch durch instabile Verstärkerstufen, die unbemerkt auf HF schwingen. Elektretmikrofone haben ein FET als erste Verstärkerstufe eingebaut, der bestimmt hauptsächlich das Rauschen, da nützen auch die besten nachgeschalteten Verstärker nichts mehr. Ein falscher Arbeitspunkt des Elektretmikrofon (Ruhestrom) läst das Mikrofon auch stärker rauschen.
Hi, ich wollte auch mal immer so ein Bling-Bling Spektrum-Analyzer bauen bzw. als Add-On in meine LED-Matrix integrieren. Gibt es für den STM32F4xxx ein fertiges Stück Software welches den FFT-Teil implementiert? Vorzugsweise nicht Arduino. Ich hatte schonmal gesucht, es gibt wohl in der Mathe-Lib eine FFT-Funktion, aber damit alleine ist es ja noch nicht getan. Benötigt man für diesen Anwendungszweck (Audio-Spektrumanalyse) eigentlich auch eine Window-Funktion die man vor der FFT anwenden sollte? Ich habe da ehrlich noch das eine oder andere Verständnisproblem. Z.B. wird durch die Windows-Funktion nicht das Messergebnis verfälscht, da die Amplitude am Anfang und Ende der Samplereiehe reduziert wird? Wie wählt man die einzelnen Frequenzbänder am besten, wenn ich z.B. 20 Säulen implementieren möchte? Eine Implementierung nur mit Festkomma/Integer-Arithmetik wäre auch OK, sollte auf dem F4 auch ausreichend schnell laufen. Letzter Punkt wäre, wie man eine Art Auto-Gain für das Mikrofon implementieren könne? Um die Auflösung des A/D-Wandlers zu nutzen, müsste das Signal ja möglichst über den ganzen Eingangsbereich skaliert werden. Wenn nun aber mein Spektrum-Analyzer sowohl bei Mittagsruhe Zimmerlautstärke als auch bei Wohnzimmer-Disco Lautstärke funktionieren soll, wie würde man sowas implementieren? Natürlich könnte man ihn auch an den REC-Out des Verstärkers hängen, vlt. die bessere Lösung... Vlt. hat ja jemand genau sowas schonmal auf dem F4 implementiert? @xerxes777: Welchen Code hast Du denn verwendet für den M4F? Ist das eine fertige Bibliothek von TI oder von irgendwo kopiert?
Markus M. schrieb: > @xerxes777: Welchen Code hast Du denn verwendet für den M4F? Ist das > eine fertige Bibliothek von TI oder von irgendwo kopiert? Den gesamten Code für den Spectrum Analyzer habe ich selbst geschrieben außer die FFT. Da diese ein komplexer mathematischer Algorithmus ist, wollte ich den nicht selbst schreiben. Da nutze ich eine fertige Bibliothek von CMSIS. Die haben viele interessante Funktionen für DSP Anwendungen. https://www.keil.com/pack/doc/CMSIS/DSP/html/group__RealFFT.html Du solltest unter Description alles genau durchlesen. Wie du die CMSIS DSP in deine IDE einbindest, musst du Google fragen. Markus M. schrieb: > Eine Implementierung nur mit Festkomma/Integer-Arithmetik wäre auch OK, > sollte auf dem F4 auch ausreichend schnell laufen. Wenn du eine FPU hasst, solltest du diese auch nutzen. Markus M. schrieb: > Benötigt man für diesen Anwendungszweck (Audio-Spektrumanalyse) > eigentlich auch eine Window-Funktion Ja unbedingt. Markus M. schrieb: > Letzter Punkt wäre, wie man eine Art Auto-Gain für das Mikrofon > implementieren könne? Darüber kannst du dir Gedanken machen, wenn deine FFT korrekte Werte raus gibt.
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Günter L. schrieb: > Ist unwarscheinlich, daß das Rauschen vom Netzteil kommt, > wenn es nicht zu schlecht ist. Ist es wirklich Rauschen? Danke für deine Hilfe. Wann ist denn ein Rauschen ein Rauschen? Anbei mal 2 Spektrums von dem Mic Ausgang. Einmal wenn der Mikrocontroller Daten an die LEDs sendet und einmal wenn er nicht sendet. Markant sind da Peaks bei 10kHz, 17kHz und 19kHz. Wenn ich den Mikrofonausgang mit meiner USB Karte über Audacity aufnehme beginnen die Peaks schon bei knapp 380Hz und die nächsten sind dann bei ca 760Hz, 1130Hz... irgendwie ca. immer ein Vielfaches von 380Hz.
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