Цифровые микрофоны: от спецификации к готовому изделию. Цифровой микрофон Blue Microphones Raspberry Studio (Red) Цифровые микрофоны

В последние годы на рынке электронных компонентов появились цифровые МЭМС-микрофоны. К их преимуществам относятся: высокая чувствительность, линейность АЧХ в рабочей полосе частот, повторяемость параметров и малые габаритные размеры. Использование цифрового МЭМС-микрофона избавляет также от проблем, связанных с шумами аналоговых цепей, и делает возможным непосредственное подключение микрофона к процессору. Эти преимущества нас заинтересовали, и мы попробовали реализовать их на практике.

На момент начала работ в ООО «Вторая лаборатория» имелось несколько опытных образцов микрофонов ADMP421 производства Analog Devices. Затем у нас появились цифровые МЭМС-микрофоны SPM0405HD4H-WB производства Knowles Electronics. Результаты работ с перечисленными микрофонами стали основой для написания этой статьи.

Цифровой микрофон можно подключить к аудиокодеку, имеющему соответствующий интерфейс [например, 8–10]. Но нас заинтересовала возможность непосредственного подключения цифрового микрофона к микроконтроллеру. Такое решение позволяло отказаться от использования аудиокодека, что уменьшало габаритные размеры и дополнительно снижало цену изделия. Для предварительной оценки ожидаемых значений параметров (требуемая производительность микроконтроллера, потребляемая мощность, чувствительность, динамический диапазон, КНИ, полоса рабочих частот) была выполнена небольшая ОКР. По ее результатам было принято окончательное решение по схемотехнике, программному обеспечению и применяемой элементной базе.

Подключение цифровых микрофонов к микроконтроллерам

Интерфейс между микроконтроллером и цифровым микрофоном прост, а информация по его реализации в достаточном объеме выложена на сайтах производителей и подробно описана другими авторами . Как правило, цифровые микрофоны имеют пять выводов, краткое описание которых дано в таблице. Электрические и временные параметры выводов микрофонов приведены в их спецификациях .

Таблица. Описание выводов цифровых микрофонов

№	Название вывода	Краткое описание
1	VDD	Питание микрофона
2	GND	«Земля»
3	CLK	Входной тактирующий сигнал, синхронно с которым линия DATA переключает свои состояния
4	DATA	В течение одной половины CLK-цикла этот вывод находится в состоянии высокого импеданса, а в течение второй половины служит выводом для считывания данных с выхода Σ-Δ модулятора микрофона
5	L/R_Sel	Этот вывод используется для управления переключением линии DATA. Если L/R_Sel подключен к VDD, то через некоторое время после обнаружения возрастающего фронта сигнала CLK вывод DATA переходит в состояние высокого импеданса, а после прихода падающего фронта сигнала CLK вывод DATA подключается к выходу Σ-Δ модулятора микрофона. В случае если L/R_Sel подключен к GND, фронты сигнала CLK, по которым переключается линия DATA, изменяются на противоположные

Для оценки требуемой производительности микроконтроллера была использована отладочная плата ADSP-BF538 EZ KIT Lite компании Analog Devices. К этой плате микрофоны можно было подключить с помощью интерфейсов SPI или SPORT. Первый из названных интерфейсов более распространен, и поэтому мы использовали этот интерфейс в режиме Slave. Для формирования тактового сигнала CLK применялся имеющийся в микроконтроллере аппаратный таймер. Для получения выходных отсчетов со стандартной частотой дискретизации 16 кГц при коэффициенте децимации 128 требуемая тактовая частота CLK должна быть 2,048 МГц. В качестве источника тактового сигнала для процессора на отладочной плате использовался генератор с частотой 12,288 МГц, обеспечивающий при делении на 6 требуемую тактовую частоту для цифрового микрофона. Для минимизации нагрузки на процессор, при приеме исходной информации от микрофонов, использовался механизм DMA-пересылок.

В процессе моделирования было рассчитано и экспериментально проверено, что для обработки данных с микрофона процессор должен обладать производительностью порядка 8 MIPS. Оценка требуемой производительности позволила сделать вывод о возможности применения более простого микроконтроллера с меньшей потребляемой мощностью. Из трех альтернативных вариантов (ARM, PIC, MSP430) был выбран микроконтроллер MSP430F5418 производства Texas Instruments, имеющий минимальную потребляемую мощность (165 мкА/MIPS). В дальнейшем для проверки потребляемой мощности и отработки программного обеспечения использовалась отладочная плата MSP-EXP430F5438 Experimenter Board этой же компании.

На рис. 1 представлены упрощенные схемы подключения цифровых микрофонов к использованным при макетировании отладочным платам, позволяющие полностью сымитировать устройства считывания, воспроизведения или хранения данных с микрофонов.

Рис. 1. Схема подключения цифрового микрофона к плате: а) ADSP-BF538 EZ KIT Lite; б) MSP-EXP430F5438

Процесс преобразования входного аудиосигнала в микрофоне

Рис. 2. Упрощенная модель МЭМС-микрофона

Каждый цифровой МЭМС-микрофон можно упрощенно представить в виде модели, показанной на рис. 2. Входные звуковые колебания посредством МЭМС-мембраны преобразовываются в слабый электрический сигнал, который далее поступает на вход усилителя А. Далее предусиленный сигнал проходит через аналоговый фильтр низких частот, который необходим для защиты от наложения спектров. Конечным элементом обработки сигнала в микрофоне является Σ-Δ модулятор 4-го порядка, преобразующий входной аналоговый сигнал в однобитный цифровой поток. Частота следования битов данных с выхода Σ-Δ модулятора равна частоте входного тактирующего сигнала CLK и, как правило, лежит в диапазоне от 1 до 4 МГц.

Измерение параметров цифровых микрофонов

Для проведения измерений применялась следующая аппаратура: шумомер CENTER-325, генератор низкочастотных сигналов Г3-118, измеритель нелинейных искажений С6-11, излучатель от наушников Dialog M-881HV и ПЭВМ.

Рис. 3. Частотный отклик микрофона ADMP421

Во временной области данные с выхода Σ-Δ модулятора представляют беспорядочный набор нулей и единиц. Однако, если каждому высокому логическому уровню выхода микрофона сопоставить значение 1.0, а каждому низкому уровню значение –1.0 и затем выполнить преобразование Фурье, то получим спектрограмму выходных данных с микрофона. На рис. 3 и 4 представлены отклики микрофонов ADMP421 и SPM0405HD4H-WB на входной синусоидальный аудиосигнал с частотой 1 кГц и уровнем 94 дБ SPL. Измерения проводились для трех значений частоты CLK сигнала - 512, 1024 и 2048 кГц. (Для уменьшения объема публикуемой статьи материалы для частоты 1024 кГц не приводятся.) Спектрограммы были построены на длине выборки в 1281024 отсчетов.

Рис. 4. Частотный отклик микрофона SPM0405HD4H-WB

Судя по спектрограммам, шумы квантования смещены за пределы звукового диапазона частот и не влияют на входной аудиосигнал. При этом шумы квантования смещаются тем дальше в область высоких частот, чем выше частота дискретизации микрофонов. Приблизительно граничную частоту, от которой начинается возрастание уровня шумов, можно определить как F clk /100. Хотя в спецификациях на микрофоны рабочую частоту нормируют примерно в пределах от 1 до 3 МГц, но, как показывают спектрограммы, микрофоны нормально работают и на более низких тактовых частотах. Это может оказаться весьма полезным, когда возникнет необходимость снижения количества вычислений на микроконтроллере, хотя, конечно, при этом сузится и рабочая звуковая полоса.

Также можно наблюдать, что у обоих микрофонов в выходном сигнале содержится постоянная составляющая (в последних модификациях микрофонов этот эффект устранен ). Причем уровень постоянной составляющей сопоставим по уровню с измеряемым сигналом. К тому же значение постоянной составляющей как минимум зависит от напряжения питания. Это свойство потребовало реализации в микроконтроллере рекурсивного алгоритма, устраняющего постоянное смещение.

Если сравнить микрофоны по уровням вносимых шумов, то нетрудно заметить, что микрофон ADMP421 имеет лучшее отношение сигнал/шум по сравнению с микрофоном SPM0405HD4H-WB - примерно на 5–6 дБ, а также более низкий уровень шумов квантования.

Если же сопоставить уровни нелинейных искажений, то будет видно, что в спектрограммах обоих микрофонов присутствуют только вторые гармоники, притом что амплитуда второй гармоники у микрофона фирмы Knowles Electronics существенно ниже, чем у микрофона фирмы Analog Devices. Этот факт представляет особый интерес, поскольку обе фирмы нормируют лишь максимальный КНИ и только для определенного уровня звукового давления . В реальности этих данных бывает недостаточно. Например, невозможно сравнить реальные значения КНИ различных микрофонов. К тому же в настоящее время общепринята практика нормировки КНИ по линейному входу записывающих устройств, без учета искажений, вносимых микрофонами.

Поэтому, чтобы оценить характер зависимости КНИ от уровня звукового давления, был поставлен эксперимент, который включал в себя следующие этапы:

Воздействие на микрофонный вход синусоидальным аудиосигналом с частотой 1 кГц и запись однобитных данных с выхода микрофона на flash-память (звуковое давление входного сигнала изменяется от 87,5 до 115 дБ SPL с шагом 2,5 дБ SPL).
Математическая обработка однобитных данных с микрофона при помощи цифрового фильтра нижних частот с целью получения детерминированного цифрового сигнала и отсечения шумов квантования.
Воспроизведение на ПК обработанных цифровых данных и измерение КНИ сигнала с выхода звуковой карты ПК при помощи измерителя нелинейных искажений С6-11 (нелинейные искажения, вносимые самой звуковой картой, не превышают 0,1%).
Регистрация показаний прибора С6-11 для каждого значения звукового давления входного аудиосигнала.

Рис. 5. Зависимость КНИ микрофонов от уровня звукового давления

Результаты проведенного эксперимента представлены на рис. 5. Из приведенного графика следует, что при звуковом давлении менее 97 дБ SPL КНИ микрофонов ADMP421 и SPM0405HD4H-WB не превышает 1% и 0,3% соответственно. При большем звуковом давлении КНИ микрофона ADMP421 значительно выше, чем микрофона SPM0405HD4H-WB, а при давлении выше 110 дБ SPL у обоих микрофонов наблюдается резкое возрастание уровня нелинейных искажений. В целом можно сделать вывод, что микрофон фирмы Knowles Electronics пригоден для использования в более широком диапазоне звукового давления. Также следует отметить, что приводимые в документации значения КНИ микрофонов нормируются при максимальном звуковом давлении. Реальные значения КНИ при меньших значениях звукового давления значительно ниже, и микрофоны можно использовать для высококачественной записи аудиосигналов.

Однако микрофон ADMP421 обладает другим преимуществом. Эта модель микрофонов практически нечувствительна к помехам по шине питания, даже если последние достигают значений 200–300 мВ. На рис. 6 показан случай, когда в шине питания микрофонов присутствуют искусственно введенные импульсные помехи. Такой случай возможен, если аудиоустройство работает в импульсном режиме потребления (например, циклическая запись данных с микрофона на flash-память при питании от маломощного источника).

Рис. 6. Импульсные помехи в цепи питания микрофонов

Рис. 7. Временная диаграмма сигнала с микрофонов при воздействии импульсной помехи в цепи питания

На рис. 7 представлен выходной сигнал с микрофонов, пропущенный через ЦФНЧ с амплитудно-частотной характеристикой, показанной на рис. 9. Для регистрации помех по питанию в процессе записи не использовался какой-либо опорный звуковой сигнал. Чтобы можно было оценить амплитуду помех с выхода микрофона, в верхней части рис. 7 приведен синусоидальный звуковой сигнал 80 дБ SPL, записанный в отсутствие помех по питанию.

Рис. 8. Упрощенная схема цифрового преобразователя сигнала Σ-Δ модулятора

Рис. 9. АЧХ программного дециматора, реализованного на процессорах ADSP-BF538F и MSP430F5438

Чтобы устранить влияние помех по цепям питания, нам пришлось использовать сглаживающий RC-фильтр.

Обработка данных с выхода цифрового микрофона

Для выделения сигнала звуковой полосы частот данные с микрофона должны быть отфильтрованы и передискретизованы с пониженной частотой (обычно в 50–128 раз меньшей частоты дискретизации Σ-Δ модулятора). Цифровой фильтр нижних частот отсеивает внешний шум и собственный шум микрофона за пределами рабочей полосы (f >F clk /2М ) с целью защиты от наложения спектров, а также дает возможность снизить частоту следования данных. На рис. 8 представлен один из возможных вариантов обработки однобитового потока данных с микрофона, реализуемый программно на DSP или аппаратно в звуковых кодеках.

Изображенная на рис. 8 схема сжатия (компрессор) частоты дискретизации понижает частоту дискретизации за счет того, что из каждых М выборок отфильтрованного сигнала w (mM ) отбрасывается M –1 выборка. Вход и выход преобразователя, изображенного на рис. 8, связаны следующим выражением:

При программной реализации преобразователей частоты в качестве цифрового ФНЧ могут использоваться как КИХ-, так и БИХ-фильтры. Разработчикам следует очень внимательно подходить к выбору типа фильтра, его длины и разрядности, поскольку от этого напрямую зависит производительность всей системы в целом. Правильно рассчитанный и реализованный дециматор (преобразователь частоты) в некоторых случаях позволит значительно снизить стоимость продукции и повысить ее технические характеристики. В качестве справки отметим, что в процессе разработки диктофонов «Сорока-1» и «Сорока-2» программные дециматоры, понижающие частоту в 64 раза (c 1,024 МГц до 16 кГц), были успешно реализованы как на высокопроизводительном процессоре ADSP-BF538F, так и на микроконтроллере MSP430F5438 c рабочей тактовой частотой 12,288 МГц . Амплитудно-частотная характеристика цифрового ФНЧ, входящего в состав реализованного дециматора, приведена на рис. 9. Для получения полной информации по практическим вопросам цифровой фильтрации следует обратиться к главам 6–9 книги .

В качестве второго варианта для преобразования данных с выхода цифрового микрофона можно использовать приспособленные для этого звуковые кодеки, что существенно сократит время разработки изделия. Например, фирма Analog Devices предлагает использовать кодеки ADAU1361 и ADAU1761 , которые одинаково подойдут для микрофонов ADMP421 и SPM0405HD4H.

Измерение с требуемой точностью АЧХ для рабочей полосы частот оказалось достаточно сложной задачей из-за отсутствия в лаборатории акустического излучателя с линейной амплитудной характеристикой по звуковому давлению. Оценки результирующей АЧХ показывают ее линейность в рабочей полосе частот с погрешность около ±4 дБ. Поэтому при оценке линейности АЧХ мы сочли правильным опираться на заявленные характеристики производителей и расчетные характеристики фильтров низкой частоты с пульсацией в полосе пропускания менее 1 дБ.

МЭМС-микрофоны открывают перед разработчиками звуковой аппаратуры новые возможности. Процесс создания цифровых звуковых устройств становится простым в плане аппаратной реализации и сложным в плане написания программ для используемых микроконтроллеров. Мы надеемся, что приведенная в этой статье информация по методикам и параметрам будет интересна многим инженерам.

ЦИФРОВОЙ МИКРОФОН С
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ АРУ И
РЕГУЛИРОВКОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

МИКРОФОН ДЛЯ ГОЛОСА

STELBERRY M-50 является абсолютно новым решением для систем записи звука и лучшим микрофоном для голоса в своем классе. Быстродействующая цифровая обработка сигнала эффективно выделяет речевой диапазон, заметно снижая лишние звуки в области низких и высоких частот.
STELBERRY M-50 снабжен двойной цифровой системой Автоматической Регулировки Усиления со скоростью реагирования менее одной тысячной доли секунды.
Внешний регулятор позволяет подстроить чувствительность цифрового микрофона для любых условий эксплуатации.

IP МИКРОФОН

Цифровой микрофон STELBERRY M-50 идеально подходит для подключения на линейный вход IP камер, идеально передавая акустическую картину окружающей среды.
Данное применение фактически делает его полноценным IP микрофоном.
Также, несомненным плюсом данного решения, является возможность установки цифрового микрофона в любом месте, независимо от места установки IP камеры.

Таблица сравнения моделей всенаправленных микрофонов серии STELBERRY M

Характеристики и параметры всенаправленных микрофонов
Фиксированное значение чувствительности	✔	➖	✔	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖
Настраиваемая чувствительность	➖	✔	➖	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔
Способ настройки чувствительности	Резистор	Резистор	Резистор	Резистор	Резистор	Резистор	Резистор	Резистор	Резистор	Джойстик	Джойстик
АРУ - автоматическая регулировка усиления	➖	➖	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔
Возможность изменения скорости АРУ	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	✔
Возможность отключения АРУ	➖	➖	➖	➖	➖	✔	✔	✔	✔	✔	✔
Включаемый низкоомный выход для аудиовходов ряда IP-камер	➖	➖	➖	➖	➖	✔	✔	✔	✔	➖	➖
Максимальная полоса пропускания (Гц)	100...6100	100...7200	100...8300	100...9200	270...4000	80...16000	80...16000	270...4000	270...4000	80...16000	80...16000
Возможность регулировки полосы пропускания	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	✔	✔
Возможность вырезания частоты, выбранной из набора частот	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	✔
Отношение сигнал/шум (дБ)	48	48	48	48	48	63	63	63	63	67	67
Акустическая дальность (метры)	8	10	10	12	20	20	20	20	20	25	25
Обработка звука	➖	➖	аналоговая	аналоговая	цифровая	аналоговая	аналоговая	цифровая	цифровая	цифровая	цифровая
Блокировка настроек	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	➖	✔	✔
Уровень выходного сигнала (В)	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Максимальная длина линии (метры)	300	300	300	300	300	300	300	300	300	300	300
Номинальное напряжение питания (В)	12	12	12	12	12	12	12	12	12	12	12
Потребляемый ток (мА)	3	3	8	8	25	8	8	25	25	25	25
Разъёмное соединение кабеля с микрофоном	➖	➖	➖	➖	➖	✔	✔	✔	✔	✔	✔
Антивандальный корпус	➖	➖	➖	➖	➖	➖	✔	➖	✔	➖	➖

Для надёжной работы цифрового микрофона STELBERRY M-50, требуется качественное питание с низким уровнем пульсаций. Наилучшим решением, является применение проходного PoE-сплиттера STELBERRY MX-225, имеющего систему фильтрации выходного напряжения. Также, STELBERRY MX-225, имеет встроенную защиту от короткого замыкания на выходе или превышения максимально допустимого тока.

Миниатюрный проходной PoE-сплиттер STELBERRY MX-225 устанавливается в разрез кабеля, который соединяет IP-камеру и коммутатор и может быть приклеен к любой поверхности или спрятан внутри короба, по которому проложен кабель. Для подключения питания цифрового микрофона STELBERRY M-50, PoE-сплиттер снабжён самозажимными разъёмами, обеспечивающими надёжный контакт.

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ЦИФРОВОЙ
СИГНАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР

Миниатюрный цифровой сигнальный процессор (DSP) обеспечивает оцифровку аудиосигнала со звукового капсюля с частотой оцифровки 44100 Гц и дискретизацией 16 бит.
Отличительной особенностью процессора является наличие 2-х скоростных АРУ, обеспечивающих молниеносную автоматическую регулировку усиления, как на входе, так и на выходе устройства.
6 цифровых фильтров процессора обрабатывают сигнал таким образом, чтобы на линейном выходе оставался только речевой диапазон.
Точный встроенный предусилитель гарантирует высокое отношение сигнал/шум.

УПРАВЛЯЮЩИЙ ПРОЦЕССОР
ЦИФРОВОГО МИКРОФОНА

Центральный управляющий процессор цифрового микрофона STELBERRY M-50 обеспечивает регулировку усиления микрофона и управление параметрами обработки сигнала.
Процессор гарантирует быстрый выход микрофона на рабочий режим после подачи питания, благодаря высокоскоростной линии обмена с сигнальным процессором.

ВЕТРОВАЯ ЗАЩИТА ЦИФРОВОГО МИКРОФОНА
STELBERRY M-50

Для идеальной передачи звука, цифровой микрофон снабжен фильтром ветровой защиты.
Исключая ветровую составляющую фильтр из акустического материала отсекает нежелательные звуки, возникающие при столкновении ветровых потоков с чувствительной мембраной, в результате чего получается кристальный звук.
Наличие ветровой защиты позволило нам создать эффективный микрофон для голоса.

ОПТИМИЗАЦИЯ МИКРОФОНА ПОД РЕЧЕВОЙ
ДИАПАЗОН

Полоса пропускания цифрового микрофона STELBERRY M-50 настроена на частотный диапазон человеческой речи и лежит в пределах 270...4000 Гц.
Благодаря данной полосе пропускания достигается превосходная разборчивость речи, вне зависимости от посторонних источников шума.
Обработка сигнала осуществляется шестью цифровыми быстродействующими фильтрами, что гарантирует высокую крутизну амплитудно-частотной характеристики в области низких и высоких частот.

ДВОЙНАЯ СИСТЕМА АРУ

Микрофон снабжен двумя цифровыми быстродействующими Автоматическими Регулировками Усиления (АРУ).
Первая АРУ регулирует усиление на входе микрофона, сразу после оцифровки сигнала с капсюля, причем скорость реакции на изменение уровня звука составляет менее 1/1000 секунды.
Это позволяет среагировать на любые, даже самые незначительные изменения звуковой обстановки окружающей среды.
Вторая АРУ обрабатывает сигнал на выходе микрофона, надежно поддерживая стабильный уровень выходного сигнала. Скорость реагирования выходной системы АРУ составляет также менее 1/1000 секунды.

СРАВНЕНИЕ ЦИФРОВОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ (АРУ) с АНАЛОГОВЫМ АРУ

Цифровой микрофон Stelberry M-50 с регулируемым коэффициентом усиления, построен на специализированном процессоре. Процесс работы микрофона представляет собой аналого-цифровое преобразование сигнала микрофонного капсюля, последующую цифровую фильтрацию полученного сигнала, и обратное цифро-аналоговое преобразование. Цифровые фильтры чувствительного микрофона M-50 настроены на диапазон человеческой речи. Звуковые частоты находящиеся за пределами диапазона частот 270...4000 Гц микрофоном существенно ослабляются. Очень быстрая АРУ (автоматическая регулировка усиления) цифрового микрофона позволяет комфортно использовать его в помещении с резкими перепадами громкости звука или человеческой речи.

Цифровой микрофон M-50 хорошо подходит как микрофон для записи голоса к проектах акцентирующих внимание на запись разговоров. Идеально подходит как внешний высокочувствительный микрофон для видеокамер и аудиорегистраторов чувствительных к уровню входного сигнала, и не имеющих собственных средств фильтрации звука.

Чувствительный микрофон Stelberry M-50 применяется для как внешний микрофон для различных камер видеонаблюдения, в том числе и IP камер, для аудиомониторинга помещений, как высокочувстительный микрофон для записи голоса в системах регистрации разговоров и в системах распознавания речи.

Расположение цифрового микрофона с АРУ Stelberry M-50 в помещении

При расположении микрофона M-50 в углу помещения и при настройке максимальной чувствительности микрофона зона комфортного прослушивания будет соответствовать площади четверти окружности в 50м². При дальнейшем удалении от микрофона уровень его выходного сигнала будет постепенно ослабевать вплоть до границы акустической слышимости в 20 метров.

Подключение цифрового микрофона с АРУ STELBERRY M-50 к IP-камере

Цифровой микрофон M-50 подключается к линейному аудиовходу видеокамеры напрямую. Подключение микрофона к камере выполняется таким образом. Желтый провод микрофона M-50, к входному разъему камеры «Джек-3,5мм», подключается к концевому (центральному) и к кольцевому контакту разъема (Уточняете в руководстве на камеру.). Если у камеры или IP камеры для аудиовхода используется разъем RCA («тюльпан»), то - к центральному контакту разъема RCA. Черный провод цифрового микрофона M-50 подключается к общему (корпусному) контакту разъема «Джек-3,5мм» (или к кольцевому внешнему контакту разъема RCA), и к «минусовому» общему проводу стабилизированного источника питания. Красный провод микрофона подключается к «плюсовому» проводу стабилизированного источника питания.

Диаграмма направленности цифрового микрофона с АРУ и регулировкой усиления Stelberry M-50

Цифровой микрофон речевого диапазона частот Stelberry M-50 всенаправленный, и имеет круговую диаграмму направленности с небольшим ослаблением чувствительности микрофона со стороны регулятора чувствительности. Диаграмма направленности приведена для используемого в микрофоне микрофонного капсюля с учетом влияния корпуса микрофона.

Микрофоны Stelberry

Описание STELBERRY M-50

STELBERRY M-50 является абсолютно новым решением для систем записи звука и лучшим микрофоном для голоса в своем классе. Быстродействующая цифровая обработка сигнала эффективно выделяет речевой диапазон, заметно снижая лишние звуки в области низких и высоких частот. Микрофон снабжен двойной цифровой системой Автоматической Регулировки Усиления со скоростью реагирования менее одной тысячной доли секунды. Внешний регулятор позволяет подстроить чувствительность цифрового микрофона для любых условий эксплуатации.

IP микрофон

Цифровой микрофон идеально подходит для подключения на линейный вход IP камер, идеально передавая акустическую картину окружающей среды. Данное применение фактически делает его полноценным IP микрофоном. Также, несомненным плюсом данного решения, является возможность установки цифрового микрофона в любом месте, независимо от места установки IP камеры.

Быстродействующий цифровой сигнальный процессор

Миниатюрный цифровой сигнальный процессор (DSP) обеспечивает оцифровку аудиосигнала со звукового капсюля с частотой оцифровки 44100 Гц и дискретизацией 16 бит. Отличительной особенностью процессора является наличие 2-х скоростных АРУ, обеспечивающих молниеносную автоматическую регулировку усиления, как на входе, так и на выходе устройства. 6 цифровых фильтров процессора обрабатывают сигнал таким образом, чтобы на линейном выходе оставался только речевой диапазон. Точный встроенный предусилитель гарантирует высокое отношение сигнал/шум.

Управляющий процессор цифрового микрофона

Центральный управляющий процессор цифрового микрофона обеспечивает регулировку усиления микрофона и управление параметрами обработки сигнала. Процессор гарантирует быстрый выход микрофона на рабочий режим после подачи питания, благодаря высокоскоростной линии обмена с сигнальным процессором.

Ветровая защита цифрового микрофона

Для идеальной передачи звука, цифровой микрофон снабжен фильтром ветровой защиты. Исключая ветровую составляющую фильтр из акустического материала отсекает нежелательные звуки, возникающие при столкновении ветровых потоков с чувствительной мембраной, в результате чего получается кристальный звук. Наличие ветровой защиты позволило нам создать эффективный микрофон для голоса.

Оптимизация микрофона под речевой диапазон

Полоса пропускания цифрового микрофона настроена на частотный диапазон человеческой речи и лежит в пределах 270...4000 Гц. Благодаря данной полосе пропускания достигается превосходная разборчивость речи, вне зависимости от посторонних источников шума. Обработка сигнала осуществляется шестью цифровыми быстродействующими фильтрами, что гарантирует высокую крутизну амплитудно-частотной характеристики в области низких и высоких частот.

Двойная система АРУ

Микрофон снабжен двумя цифровым быстродействующими Автоматическими Регулировками Усиления (АРУ). Первая АРУ регулирует усиление на входе микрофона, сразу после оцифровки сигнала с капсюля, причем скорость реакции на изменение уровня звука составляет менее 1/1000 секунды. Это позволяет среагировать на любые, даже самые незначительные изменения звуковой обстановки окружающей среды. Вторая АРУ обрабатывает сигнал на выходе микрофона, надежно поддерживая стабильный уровень выходного сигнала. Скорость реагирования выходной системы АРУ составляет также менее 1/1000 секунды.

Удобная регулировка

Удобное расположение регулировки чувствительности обеспечивает легкость подстройки усиления микрофона. Особенность высокочувствительного микрофона состоит в том, что регулировка коэффициента усиления происходит до начала обработки АРУ. Это позволяет легко добиться желаемого качества звука. Полоса пропускания микрофона подобрана таким образом, чтобы пропускать голосовые частоты, исключая появление нежелательных звуков от высокочастотных источников.

Технические характеристики STELBERRY M-50

Единица измерения: 1 шт
Габариты (мм): 10x10x52
Масса (кг): 0.01
Акустическая дальность: до 20 метров
Защита от электромагнитных помех: есть
Ветровая защита: Акустический поролон
Полоса пропускания (после цифровой обработки): 270...4000 Гц
Длина линии: до 300 метров
Диапазон регулировки усиления: 350 раз
Количество цифровых АРУ: 2
"Угол атаки" входного АРУ: 0.7 мсек
"Угол атаки" выходного АРУ: 0.7 мсек
Цифровая фильтрация НЧ: 2 фильтра 1-го порядка
Цифровая фильтрация ВЧ: 3 фильтра 2-го порядка
Отношение сигнал/шум: 38 дБ
Дискретизация: 16 бит
Частота оцифровки: 44100 Гц
Корпус: алюминий
Питание: 7.5...16 Вольт
Потребление: 20 мА
Габариты: Ø10х52 мм
Вес: 10 грамм

Возможно, будет полезно почитать: