ich sag es gleich, ich bin 16 und hab ungefähr so viel Ahnung von Elektronik wie ne Ziege von Stabhochsprung... Seid bitte freundlich zu mir =)
Also, es geht darum, Projektwochen in unserer Schule, die geht zusammen mit unserer Uni hier, aber wir sollen eben alles möglichst selbst raus finden, und wir bekommen halt so Bauteile aus deren Bestand...
Und jetzt geht es um Folgendes: Ein Roboter (der eigentlich noch gar nix kann) soll erstmal Hören lernen, aber anders als wir Menschen nicht nur links und rechts, sonder auch oben und unten und vorne und hinten.
So, da hat uns unser Lehrer was erzählt, und der Dozent von der Uni noch mehr. Tetraeder-Anordnung von 4 Mikrofonen. Das verstehe ich soweit. Nun sollen wir (mit Hilfe, aber möglichst wenig halt) so ganz einfache Mikrofone so anordnen, dass sie das eben können, erstmal Signale aus allen Richtungen x, y, z empfangen und quasi orten können.
Dazu müsste ich erstmal wissen, wie man so ein billiges Mikrofon benutzt! Also das sind so kleine Teile so groß wie Fingerkuppen mit zwei Drähten dran. Richtig heißen die wohl Kondensatorkapselmikrofone. Oder andersrum? o_O.
Jedenfalls muss ich es irgendwie hinkriegen, so ein Mikrofon zu betreiben und seine Daten in einen Analog-Digital-Wandler (der ist vorgegeben, MCP 3008 heißt der) zu bringen. Die nächste Gruppe kümmert sich dann darum, dass dem seine Daten in einem Computer landen...
Ich hab natürlich schon gegoogelt, und da steht was von einem Phantomstrom? Was von 48 Volt, aber ich habe hier doch nur 5 Volt!
Wer von euch Lust hat, kann mir gerne helfen, eins nach dem anderen...
Also erstmal, wie kriege ich ohne Amazon 5 V auf 48 V, wie kriege ich dann den Schall vom Gelaber in diesen Wandler, die kriege ich da von dem Tetraeder die Richtung raus...
Ihr habt ECM bzw Elektretmikkrophone , auf der o.g. Wikiseite ist die Grundschaltung (Sourceschaltung) angegeben.
Der Widerstand bei Betrieb mit 5V sollte so im Bereich von 1k bis 4.7k Ohm sein. Evtl gibt es ja ein Datenblatt zum Mikro, die geben da Hinweise zum Betriebsstrom.
Am Ausgang des Kondensators (470nF oder größer) solltet Ihr noch einen Verstärker vorsehen, wenn Ihr in das Datenblatt des Mikros schaut werdet Ihr feststellen, das da nur xx mV Amplitude rauskommen, der AD Wandlerchip aber gerne von 0V bis Vref (vermutlich 5V) wandeln möchte. (Stichwort Dynamic range)
Im Datenblatt zum MCP3008 findet Ihr eine Verstärkerschaltung inkl. Filter.
Je nach Abtastrate ist ein Filter auch ganz praktisch --- Stichwort Aliasing-Filter.
Wenn du 6 Stück von den Mikrophonverstärker aufbauen sollst, dann nimm dafür 3 Stück TS912 Operationsverstärker. Da sind immer 2 Stück drin. Die laufen auch mit 5V.
Den will dir auch niemand wegnehmen. Aber ein Mikrofon liefert ein sehr kleines Signal, das man für den MCP3008 noch verstärken muss. Dazu dient die Schaltung, die Michael M. vorgeschlagen hat.
Die brauchst du für jedes Mikrofon und die Ausgänge werden dann auf die Pins mit Namen CH0, CH1 usw. angeschlossen.
Die nächste Gruppe kümmert
sich dann darum, dass dem seine Daten in einem Computer landen...
Mit denen musst du auch reden, denn die müssen ein paar Signale für den MCP3008 liefern und den Baustein einstellen (Din, Clk, nCS/Shdn). Sonst kommt an Dout nichts raus.
https://www.mikrocontroller.net/attachment/589276/Verstaerker.png
Wenn Du über R2 (100K) einen kleinen Kondesnator lötest, sollte das für den Anfang schon reichen. Die Obere Grenzfrequenz rechnet sich genauso aus, wie die Formel für die untere Grenzfrequenz. ein 220pF sollte das erstmal richten.
(2xpixRxC) 6.28 x 100E3 x 220E-12 = 7.23kHz. Fällt dann halt flach ab, wird also mit zunehmender Tonhöhe immer leiser und hilft, dass beim Wandeln in digitale Siganle keine unerwünschten Mischprodukte entstehen, also Töne aufgezeichnet und wiedergegeben werden, die garnicht vorhanden sind.
Cool ists natürlich, wenn das ganz schnell und "Steil" leiser wird. Fängt man aber früh genug an, an ists halt etwas dumpfer, aber man spart sich den erhöhten Aufwand mit den Filtern, sofern man hier über Aufwand sprechen mag.
Und schon geht es los... Was ist ein Aliasing-Filter, und wie baut man
den?
Da es vermutlich nicht auf absolute Wiedergabetreue ankommt, sondern, wie ich verstanden habe, Richtungen erkannt werden sollen, ist ein Aliasing-Filter nicht das erste, an das du denken musst.
Außerdem ist dessen Dimensionierung abhängig von der Abtastrate und die wiederum wird zusammen mit der anderen Gruppe festgelegt.
Ein Kondensator parallel zu R2 (100k) in der Schaltung von Michael M. erfüllt schon mal einen Teil des Zwecks. Wenn das ganze Audioband verwendet werden soll, dann schlage ich mal 100pF vor für ca. 15kHz. Der AD-Wandler sollte dann mit 100-200 ksps (kilo samples per second) laufen.
(2xpixRxC) 6.28 x 100E3 x 220E-12 = 7.23kHz. Fällt dann halt flach ab,
wird also mit zunehmender Tonhöhe immer leiser und hilft, dass beim
Wandeln in digitale Siganle keine unerwünschten Mischprodukte entstehen,
also Töne aufgezeichnet und wiedergegeben werden, die garnicht vorhanden
sind.
Da eher nichts aufgezeichnet wird sondern die Richtung bestimmt werden soll, habe ich bei meinem Ansatz die Grenzfrequenz höher angesetzt. Gerade hohe Töne sind für die Richtung eher wichtig.
Ja, das ist sogar besser. Also einen Kompromiss finden zwischen
Richtungserkennung (100pF) und Mischproduktvermeidung (330pF).
Ich vermute a) dass Mischprodukte für die Richtungserkennung weniger relevant bzw. störend sind, und b) von einer Sprachübertragung war doch nicht die Rede - oder?
Wir wissen nichts über die verwendete Abtastrate, das Mikro hat auch schon mal Tiefpassverhalten und das Audiosignal soll ja nicht wiedergegeben werden. Alles total entspannt!
Also: das Anti-Aliasingfilter würde ich in dem Projekt ganz hinten anstellen 😀. Also die 100pF oder gar nichts ...
Unklar ist auch, welche Methode zur Richtungserkennung angewandt werden soll. Einfach die maximale Intensität finden? Viel mehr kann es für ein Schulprojekt für 16jährige eigentlich nicht sein. Und in dem Fall tragen die umgefalteten Frequenzanteile auch zum (digitalen) Pegel bei.
in normalen kleinen elektret-mikrofonkapseln ist also ein jfet-transitor als impedanzwandler verbaut, der soll das hochohmige(störanfällig) membranspannungssignal in eine niederohmiges stromstärkesignal umwandeln. dafür wird die leitung mit einem gleichstrom(1,5-5V) beschaltet, der wechselstrom des signals wird über einen kondensator übertragen/ausgekoppelt, welcher den betriebsstrom nicht durchläßt. die mikrofonbuchse meiner laptop-soundkarte https://de.wikipedia.org/wiki/Soundkarte#Mikrofoneingang gibt also eine spannung von ca 2,5V aus.
die profi/bühnen-kondensatormikrofone und röhrenkondensatormikrofone brauchen, weil sie keine elektreten sind, die phantomspannung zur versorgung und um die membran erst zu polarisieren.
wie gesagt, ein kondensator läßt keine gleichspannung/phantomspannung in die nachfolgende schaltung durch.
entweder die intensität, also den pegel der mikrofone oder aber das eintreffen erster schallwellen, also den zeitlichen verlauf der mikrofonsignale auswerten. vielleicht die kombination beider verfahren. nach tonhöhen zu suchen wohl nicht.
wegen den laufzeitunterschieden der schallwellen müßte man die intensität(lautstärke) der mikrofonkapseln eine kleine zeit lang speichern, einen kurzzeitigen mittelwert bilden.
Hier ist es super erklärt. Vielleicht hilft Dir das weiter.
Ohja, das ist mal was. DANKE!
Aber wenn ich jetzt nicht ganz mit den Füßen auf meinen Augen stehe, ist ein Elektret-Mikro da als Modul aus einem Kondensator und einem FET dargestellt? (wo ist der "Keine-Ahnung"-Emoji...)
Aber wenn ich jetzt nicht ganz mit den Füßen auf meinen Augen stehe, ist
ein Elektret-Mikro da als Modul aus einem Kondensator und einem FET
dargestellt?
Ja, du kaufst die Kapsel und innen ist das, was dargestellt ist in dem Rahmen.
Da du ganz oben von Kondensatormikrofonen geredet hast: Genau genommen ist das was anderes. Es wäre deshalb sinnvoll zu sagen (Link), welche Mikrofone du bereits hast bzw. welche du vorgesehen hast.
Eine Elektretkapsel hat zwei, manchmal auch drei Anschlüsse. Schon deshalb wäre es sinnvoll, das Teil näher zu benennen.
So, jetzt an alle hier, die mich so super unterstützen...
Tausend Dank! Ihr seid klasse! =)
Ich muss das alles noch in Ruhe lesen. Was mich wirklich kirre macht sind die Bauteile. Also ich kann hier echt nicht in Bauteilen baden als wäre ich in ner großen Firma. Also klar wir haben in der Grabbelkiste hier alle möglichen Widerstände, Kondensatoren, Dioden und Krams, aber wenn ihr dann in eure echt super guten Schaltpläne bei einem Transistor oder Operationsverstärker einen Typ dazu schreibt, sorry, ich hab den erstmal nicht!
Wie zB bei dem ADC. Der MCP3008 ist halt hier. Ich will euch auch keine Lagerliste ^^ hier schreiben, was da ist, aber ich hab auch keine Lust, irgendwo ein Bauteil für 0,30 € plus 2xPi € Versandkosten vom Taschengeld zu kaufen. Also wenn ihr mir ein Bauteil empfehlen wollt, dann bitte mit guten Argumenten, damit ich das irgendwie verargumentieren kann ^^
@ Hilde und die, die noch genauer hinschauen, da kommt jetzt noch ne Antwort!
Also, ja, die Aufgabe meiner Gruppe ist es, die Signale in Sachen Richtung auszuwerten im 3D und daraus eine grobe Richtung zu berechnen.
Wir machen das Ganze als Oberstufen-Projekt in Kooperation mit einer Uni.
Die Aufgabe unserer Gruppe ist eigentlich umfangreicher als bisher beschrieben. Genau genommen sollen wir erstmal alle Mikrofon-Daten quasi aufzeichnen, aber gerne vorher filtern derart, dass sie später im nächsten Schritt für Spracherkennung brauchbar sind.
Die zweite Aufgabe ist eben, die Richtung der Schallquelle möglichst genau zu bestimmen, auch wenn drumherum zB Straßengeräusche sind.
Also, wir sollen jetzt dafür nicht ne KI trainieren oder so. Nur grob rausfinden, wo die wichtige Schallquelle sehr wahrscheinlich ist.
Das Trennen von Störgeräuschen und Nebenbei-Gequatsche wie auf ner Party oder dass Netflix läuft, das machen die dann an der Uni.
Also genau genommen wollen die nen Roboter bauen, der seine Ohren drehen kann ^^
Ok, dann ist es doch etwas anspruchsvoller als ich anfangs dachte. Dann ist es sicher sinnvoll, sich auch mit dem Anti-Aliasingfilter zu beschäftigen. Viel Glück und Erfolg!
Ok, dann ist es doch etwas anspruchsvoller als ich anfangs dachte. Dann
ist es sicher sinnvoll, sich auch mit dem Anti-Aliasingfilter zu
beschäftigen. Viel Glück und Erfolg!
Ich frage bei aller Begeisterung für ChatGPT lieber Menschen. Also, hau raus! =)
Bei dem Elektret heißt es aber immer +48 V
oder wie jemand schon sagte was weniger.
Haha "etwas weniger". Es sind 1-3 Volt.
Langt da ein einfacher Kondensator?
Wozu? Du brauchst wie im Wikipedia Artikel beschrieben, eine Stromversorgung und den weiter oben empfohlenen Vorverstärker. Denn so ein Mikrofon gibt nur wenige Millivolt ab.
Denn so
ein Mikrofon gibt nur wenige Millivolt ab.
Hi,
letztens gewundert, dass meine Webcam keinen Ton von sich gab.
Klaro. Der Mikrofonvorverstärker fehlte ganz.
Ich hab's wie im Bild gemacht.
Die RC-Glieder am Eingang sollten noch die Bildimpulse abschwächen, da die ins Kabel reinstreuen und als Pfeif- und Knattertöne stören.
Sowas wäre für den TO auch was Passendes.
Und mit dem Poti kann man noch die Lautstärke anpassen.
Also klar wir haben in der Grabbelkiste hier alle möglichen Widerstände,
Kondensatoren, Dioden und Krams
Wenn nix bestellt werden soll oder darf, dann kann man auch einen diskret aufgebauten Mikrofonverstärker bauen. Ich gebe aber zu bedenken, dass der dann 4 bis 6 mal aufgebaut werden muss.
Karl Gustav hat fast den gleichen Verstärker vorgeschlagen.
Also ich kann hier echt nicht in Bauteilen baden als
wäre ich in ner großen Firma. Also klar wir haben in der Grabbelkiste
hier alle möglichen Widerstände, Kondensatoren, Dioden und Krams,...
Die zweite Aufgabe ist eben, die Richtung der Schallquelle möglichst
genau zu bestimmen, auch wenn drumherum zB Straßengeräusche sind.
Das läuft darauf hinaus, die Laufzeitdifferenzen der Schallsignale zwischen den einzelnen Mikrofone zu schätzen, und ein Verfahren zu basteln, um daraus eine Richtung, z.B. in Form von Polar- und Azimutwinkel, zu ermitteln.
Die Zeitdifferenz zwischen zwei korrelierten (Schall)-Signalen schätzt man dadurch, dass man zunächst über ein geeignetes Zeitintervall deren Kreuzkorrelation R(t) berechnet und dann ermittelt, für welches t die Kreuzkorrelation maximal wird. Dieses t nimmt man dann als Schätzwert für die Laufzeitdifferenz.
Das alles vernünftig zu implementieren ist für die Oberstufe allerdings recht anspruchsvoll, wenn man nicht auf Software aus der Konserve zurückgreifen will.
wir sollen jetzt dafür nicht ne KI trainieren
Die braucht es dafür auch nicht notwendig.
im nächsten Schritt für Spracherkennung brauchbar sind.
ach ja, die elektretkleinkapsel wie sie in älteren kassettenrecordern, den gamingheadphones+mic, den handys und laptops, auch in kleinen diktiergeräten verbaut sind, sind druck-empfänger(kugelcharakteristik). es gibt auch mikrophone mit beidseitig der memmbran offner bauweise, der schall kann dann von beiden seiten an die membran, das wäre dann ein schnelle-empfänger, mit achter- oder nieren- charakteristik. https://de.wikipedia.org/wiki/Richtcharakteristik
die elektretkapsel wird wohl kugelcharakteristik haben, das bedeutet sehr empfindliches mikrofon, alles um einen herum wird aufgenommen, kaum richtungshören. dh auf dem kleinen roboter wird auf allen mikrofonen quasi die gleiche lautstärke aufgenommen, auch verdeckt hinter dem roboter wird nicht wirklich leiser aufgenommen. ein mikrofon mit nierencharakteristik könnte eher nur in einen quadranten hereinhören.
mit den kugelcharakteristikmics kann man aber die unterschiedliche ankunft von schallereignissen feststellen. frag mich nicht wie
welche spannung muß den das mikrofon ausgeben für den eingang des MCP3008 ?
so wie es aussieht kann man den MCP3008 so konfigurieren, daß er die spannungen von 2 eingängen sofort vergleicht und das ergebnis digital weiterreicht.
welche spannung muß den das mikrofon ausgeben für den eingang des
MCP3008 ?
Steht im Datenblatt.
so wie es aussieht kann man den MCP3008 so konfigurieren, daß er die
spannungen von 2 eingängen sofort vergleicht und das ergebnis digital
weiterreicht.
die elektretkapsel wird wohl kugelcharakteristik haben, das bedeutet
sehr empfindliches mikrofon, alles um einen herum wird aufgenommen, kaum
richtungshören.
Die Richtcharakteristik wird sich wesentlich durch die Einbausituation ergeben. Wenn die Kapseln z.B. in einem (Roboter)-Kopf eingebaut sind, ergibt sich eine Richtcharakteristik durch Abschattung des von der Schallquelle abgewandten Mikrofons durch den Kopf. Das funktioniert natürlich nur, wenn die auftreffenden Schallwellen nicht um den Kopf herum gebeugt werden, also wenn deren Wellenlänge klein gegenüber dem Kopf ist. Für niedrige Frequenzen kann man Lokalisation durch Pegeldifferenzen vergessen.
Außerdem streut die Empfindlichkeit von Elektretmikrofonen stark, und unterliegt einer Alterung und Temperaturabhängigkeit. Ich vermute, das wird man berücksichtigen müssen.
Eine auf Pegeldifferenzen beruhende Lokalisation erfordert also auch ein nichttriviales Maß an Signalverarbeitung.
mit den kugelcharakteristikmics kann man aber die unterschiedliche
ankunft von schallereignissen feststellen. frag mich nicht wie
ach ja, die elektretkleinkapsel wie sie in älteren kassettenrecordern,
den gamingheadphones+mic, den handys und laptops, auch in kleinen
diktiergeräten verbaut sind, sind druck-empfänger(kugelcharakteristik).
Naja - fast alle. Stimmt.
Gibt aber durchaus auch Kapseln, die "hinten offen" sind. Erkennt man ganz gut, wenn dort drei oder vier recht großzügig gestaltete Durchkontaktierungen zu sehen sind. (Unterseite sieht man jetzt hier auf dem Foto nicht. Sind auch nochmal zwei Löcher) Die haben dann tasächlich, je nach verwendetem Gehäuse, eine Richt - oder NierenCharakteristik. Aber die "ollen billigen" sind alle zu. Das stimmt.
Außerdem streut die Empfindlichkeit von Elektretmikrofonen stark, und
unterliegt einer Alterung und Temperaturabhängigkeit. Ich vermute, das
wird man berücksichtigen müssen.
Sollte bei einer Auswertung der Laufzeiten mittels Korrelatoren unerheblich sein, weil das auf eine Multiplikation von Momentanwerten hinausläuft. Anschliessend wird aufsummiert.
Da ist das Vorzeichen der Messwerte wichtiger als ihre Größe.
Die Zeitdifferenz zwischen zwei korrelierten (Schall)-Signalen schätzt
man dadurch, dass man zunächst über ein geeignetes Zeitintervall deren
Kreuzkorrelation R(t) berechnet und dann ermittelt, für welches t die
Kreuzkorrelation maximal wird. Dieses t nimmt man dann als Schätzwert
für die Laufzeitdifferenz.
Eine typische Aufgabe für einen DSP.
Iirc gab es in den Anwendungsbeispielen des ADSP2181 eine ganz ähnliche Aufgabe. Dort allerdings zur Echokompensation.
Das alles vernünftig zu implementieren ist für die Oberstufe allerdings
recht anspruchsvoll, wenn man nicht auf Software aus der Konserve
zurückgreifen will.
Zum Glück braucht der TE das nicht, denn:
Mascha V. schrieb im Beitrag #7354863:
Die nächste Gruppe kümmert
sich dann darum, dass dem seine Daten in einem Computer landen...
Sollte bei einer Auswertung der Laufzeiten mittels Korrelatoren
unerheblich sein, weil das auf eine Multiplikation von Momentanwerten
hinausläuft. Anschliessend wird aufsummiert.
Bei der Laufzeitmessung mittels Kreuzkorrelation nicht. Das bezog sich auf die Lokalisierung mittels Pegelmessung; ich könnte mir vorstellen, dass man dann die Streuung und Drift der Elektretmikrofone kompensieren muss. Abgesehen davon, dass Lokalisierung per Pegelmessung nicht für niedrige Frequenzen funktionieren wird.
