エレクトレットマイク（または他のコンポーネント）から、大きな音で+ 5v、無音で0vを得るにはどうすればよいですか？

私はここでいくつかの質問をしてきましたが、適切な質問をするために、最初に尋ねた質問は最後にリンクされています。私は最初の考えのいくつかの図式を作成するためにフリッツを使用しましたが、少なくとも、コンポーネントの値については助けが必要です。

基本的に、6つのアナログ入力を持つArduinoがあります。10ビットADCを使用して任意のアナログピンの電圧を読み取るため、0 = 0v、511 = 2.5v、1023 = 5v、およびその間のすべての値を読み取ります。これはLINEAR DC読み取りを行うため、ここではロジック1-0を探していません。

私はこれをLEDライトにつなぎ、音楽に反応させたいと思っています。私が欲しいのは、最小のコンポーネントで最大の解像度であり、私はWAYを多すぎるコンポーネントを使用し、このWAYを複雑にしすぎていると思います。エレクトレットマイクは私がここで欲しいものではないかもしれません。PCBのスペースを節約するためにオペアンプを使用したくないです。

私が欲しいのは、シンプルなノイズレベルセンサーです。私はオーディオを再現したり、明瞭さなどを求めたりしていませんが、できるだけ近いものが欲しいです：

• 完全無音=可能な限り0v DCに近い（ACではなく安定）
• 中ノイズ=約2.5v DC（ACではなく安定）
• ラウドノイズ=可能な限り5v DCに近い（ACではなく安定）

私が得ることができる最高のものは0.6vから4.4vになるだろうとBJTで理解していますが、これは十分に許容できます。ただし、0.6vから2.5vの半分の波ではありません。これは理由もなく、利用可能な解像度の半分を無駄にしているようです。ただし、0v-5vに近づけることができるBJT以外のセットアップがある場合は、それらにショットを与えることに興味があります。それらが単純である限り。

これが可能になることを願っていますが、エレクトレット信号が正の半分だけを得るためにエンベロープ検出器回路（ダイオード、抵抗器、コンデンサ）を駆動するのに十分な振幅を持っている必要があります。ダイオードの順方向降下のためにそれができるとは思いませんが、おそらくこれは出力キャップの前に再配置または実行できますか？エンベロープ検出器とアンプ抵抗の値はどうすればよいですか？感度ポテンショメーターを信号、またはRE、またはRLに配置する必要があり、その値はどうあるべきですか？線形または対数？

ただし、エレクトレット出力は、エンベロープ検出器、感度シャントに耐えられず、NPNトランジスタを駆動できません。そうでない場合は、より複雑なバージョンがあります。このルートに行く必要がありますか？回路から目的の出力を得るには、本当にこれらすべてのコンポーネントが本当に必要ですか？

詳細については、明確にしようとしていることをより完全に理解する前に私が尋ねた過去の質問のいくつかを以下に示します。エンベロープ検出器が行うべき「想定」されていることは次のとおりであり、エレクトレット出力用にそれを調整する方法はわかりません。

アンプとマイクロコントローラー（Arduino）だけでこのすべてを実行できますが、私が見る限り、アナログオプションが必要です。マイクの音声レベルを出力する回路を作成しようとしました。範囲は0V〜4Vです。ただし、OP-AMPを変更するだけで、簡単に0Vから5Vにアップグレードできます。それでは、それに入りましょう。

まず、トランジスターアンプをOP-AMPに置き換えました。これが私が思いついたものです。

これは、ゲインが100の単純な反転増幅器です。ゲインを計算する式は次のとおりです。

ご覧のとおり、U1は入力信号を取得し、反転してから100で乗算します。R2またはR3を変更すると、U1のゲインが変化することがわかります。後で理解できるように、入力信号の反転はここでは重要ではありません。このアンプの出力を見てみましょう。入力信号に大きな成長があることがわかります。

上の図では、出力のDCオフセット電圧が2.5ボルトであることがわかります。それは、私たちが使用した仮想的な地面によるものです。仮想接地を作成する場合、それは接地を別の電圧レベルに運ぶことを意味します。この場合、2.5 Vに移動しました。新しい構成では、回路に対して-2.5 V、0 V、2.5 Vのようなものを作成しました。これを実現するために、2.5ボルトの新しい電圧レールを作成する必要がありました。その電圧レールは多くの電力を供給しないため（1 mA未満）、簡単に作成できます。

$V+=V-$

増幅後、信号を「エンベロープ検出器」、つまり「エンベロープフォロワー」に送る必要があります。これにより、希望するように、また質問の写真で示したように、信号のレベルが取得されます。基本的なエンベロープフォロワーは次のようになります。

すべてが素晴らしく見えますが、ここで、D3はダイオードであり、それ自体で約0.6 V降下することに注意してください。だから、あなたは電圧を失います。これを克服するために、「スーパーダイオード」と呼ばれるものを使用します。電圧降下がほぼ0Vであるため、非常に優れています。それを実現するために、ダイオード付きのOP-AMPが含まれています。それだけです！OP-AMPはダイオードの電圧降下を補償し、ほぼ理想的なダイオードが得られます。

$V+=V-$$V-$$V-$$V+$

さて、上記のエンベロープフォロワー回路のD3をスーパーダイオードで変更すると、より良いエンベロープフォロワーが得られます！結果を見てみましょう。

近づいています。ご覧のとおり、エンベロープフォロワーの出力（赤い線）は2.5 Vから4 Vになります。2.5Vは無音、4 Vは大音量、3.25 Vは中音です。これを希望どおりにスケーリングするには、2.5 Vのオフセット電圧を差し引いてスケーリングします。したがって、2.5 Vを差し引くと、次のようになります。無音の場合は0 V、大音量の場合は1.5 V、中音の場合は0.75 Vなどです。その後、これに約3を掛けると、まさに必要なものが得られます。無音の場合は0 V、中音の場合は2.5 V、大音量の場合は5V。要約すると、私たちが望むのはこれです。

$V_{out}=(V_{in} - 2.5V) * 3$

これを実現するために、差動アンプ、つまり「減算器」を使用します」を使用します。

抵抗器、R1 = R2およびR3 = R4の場合、差動アンプの伝達関数は次の式に簡略化できます。

V1 = 2.5V、R3 / R1比を3にすると、希望する出力が得られます。

これは、必要なことを行う完全な回路図です。

ここでは、シミュレーションのためにLM324 OP-AMPを使用しました。これにより、最大出力電圧が4Vに制限されます。フルレンジの出力を得るには、レールツーレール出力OP-AMPを使用する必要があります。MCP6004をお勧めします。目的の結果が得られるまで、R1とR2を変更します。シミュレーションで得たものは次のとおりです。

これで、ADCでこれらの値を測定すると、線形感覚が得られず、代わりに耳がそのように聞こえるため、音は対数的によく理解されます。したがって、デシベルを使用する必要があります。デシベルに慣れていない場合は、デシベルに関する優れたビデオチュートリアルをご覧ください。

たとえば、静かな部屋は約40 dBと測定されます。部屋にいるパーティは、部屋のレベルを100 dB、または110 dBに上げます。では、このwebsitの E、私はまた、画像の下に埋め込まれているところから、それについての素晴らしい情報を見つけることができます。デシベルレベルについて考え、回路の電圧出力を実験します。次に、必要なADC分解能を計算します。おそらく、12ビットADCで十分でしょう。

あなたは正しい軌道に乗っているようです。それはありませんこの種のものを行うにはディスクリート部品の多くを取ります。あなたは私を信じていないかもしれませんが、オペアンプを使用すると、このすべてがよりシンプルで小さくなります。より小さなパッケージで必要な機能をさらに実行する、より具体的なICを見つけることができると確信しています。私は正確に行うICがそこにあるに違いないあなたが必要とすることをするない。ただし、アカデミックバリューのみの場合でも、それらを使用しないで先に進むと、より多くを学習できます。

また、ロジックをマイクロプロセッサに移動することで、この一部を簡素化することもできます。エンベロープの検出はソフトウェアで簡単に行えます。必要な精度とマイクの感度によっては、マイクの後にアンプを省き、その出力をADCに直接入力することもできます。これで0V-5Vは得られませんが、それは重要ですか？ソフトウェアで定数を乗算できます。失うのは、ADCの全範囲を利用できる精度ですが、それは単純さほど重要ではないかもしれません。あなたが決める。

最初に、より多くの処理を行う必要がない限り、arduinoは必要ありません-本当に必要なのは、範囲内のマイク出力をブーストするためのアンプ（オペアンプが行う、グーグル全体の基本回路の負荷）だけです0-5v。精度があまり気にならない場合（これは科学的な測定ではなく楽しみのためです）、かなり基本的なクリッピング回路を使用するか、出力をシュミットトリガーにパイプするか、LM3914を使用して表示を生成できます。

AGC回路を作成して、ゲインを平均レベルに合わせて自動的に増減させることにより、わずかにフィネスを高めることができます。

いずれにせよ、あなたはアルドゥイーノを捨てて、自然が意図したようにそれをアナログにすることで、大きなポジティブなカルマを得る;）

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