میکروفن پنج‌وجهی لایف‌ پرو

میکروفن پنج‌وجهی لایف‌ پرو

در این مقاله ضمن معرفی محصول تولید شده در شرکت لایف پرو، مباحث علمی به روز و مفید برای طراحی میکروفن‌ها ارائه شده است. نویز به عنوان سیگنال مزاحم می‌تواند کیفیت صوت را به شدت تحت تأثیر قرار دهد. در این مقاله روش‌های به‌کار گرفته شده برای کاهش تولید نویز در مدار و همچنین روش های حذف نویز بستر از مدار توضیح داده شده است. در ادامه مقاله سایر موارد و ویژگی‌های تقویت‌کننده صوتی طراحی شده از جمله مدار محافظتی در برابر اتصال معکوس، لزوم افزایش PSRR، انتخاب پذیر بودن حساسیت و غیره توضیح داده شده است.

مقدمه

میکروفن به عنوان یکی از اجزای مهم در سیستم‌های حفاظتی می‌تواند نقشی کلیدی در گویایی و پویایی تصاویر دوربین‌های نظارتی ایفا کند. مانند سایر سیستم‌های الکترونیکی حساس به نویز، تقابل میان نویز و تداخلات با سیگنال مطلوب چالش اصلی در روند طراحی می‌باشد. بنابراین استفاده از مفاهیم و قواعد پایه‌ای در طراحی مدارهای حساس به نویز مانند تقویت‌کننده‌های RF یا پرادزشگرهای بایوسیگنال می‌تواند بسیار کارا و مفید باشد. همانند هر مسأله مهندسی دیگر در نظر گرفتن trade off بین ویژگی‌های مطلوب در سیستم میکروفن، وزن‌دهی به آن‌ها و در نهایت برقراری تعادل میان آن‌ها به عنوان یکی از اصول مهم طراحی باید در نظر گرفته شود.

میکروفن پنج‌وجهی لایف‌پرو با ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود که نتیجه سا‌ل‌ها تجربه شرکت در پروژه‌های عملی و همچنین استفاده از دانش روز در تولید است، می‌تواند جای خالی صدا در تصاویر مرده را پر کند. در این مقاله به بررسی علمی میکروفن پنج‌وجهی لایف‌پرو پرداخته خواهد شد.

کاهش نویز

کمیتی است که برای Noise Figure (𝑁𝐹) عدد نویز یا سنجش مدارها از جهت نویزی بودن، مورد استفاده قرار میگیرد. این عدد بیانگر کل توان نویز در خروجی نسبت به توان نویز در خروجی ناشی از فقط ورودی میباشد و به صورت زیر تعریف میشود:

(۱)      :

که در این رابطه  و  به ترتیب نسبت سیگنال به نویز در ورودی و خروجی سیستم می‌باشند. اگر چند سیستم با عدد نویزهای  و بهره توان  با هم سری باشند (شکل (۱))، عدد نویز کل سیستم به صورت زیر خواهد بود:

(۲)      :

بنابراین استفاده از مدارهای با نویز بالا و با بهره پایین عملاً منجر به افزایش چشمگیر نویز سیستم و از دست رفتن کیفیت سیگنال در خروجی نهایی می‌شود. هرچند هنوز در تمام میکروفن‌های بازاری از نویزی‌ترین ساختار ممکن (پتانسیومتر) در ورودی سیستم تقویت‌کننده صوت استفاده می‌شود، اما در میکروفن پنج‌وجهی با توجه به مفهومی که رابطه (۲) دارد از تکنیک‌های جایگزین و به‌روز استفاده شده است.

ماسک فرکانسی 

تحلیل سیستم در حوزه فرکانس ابزاری مفید جهت بهبود عملکرد زمانی سیستم‌هاست. در تقویت‌کننده صوت انسان تطابق حداکثری پاسخ فرکانسی سیستم با محدوده AF (Audible Frequency) می‌تواند سبب افزایش کیفیت سیگنال نهایی با حذف نویزهای خارج از محدوده شود. در برخی از میکروفن‌های موجود از روش آستانه‌گذاری سخت (hard thresholding) در حوزه زمان، برای حذف سیگنال‌های مزاحم استفاده می‌شود. این روش منجر به غیرخطی شدن پاسخ سیستم می‌شود و می‌تواند خود سیگنال مطلوب را نیز در حذف کند. با آهسته صحبت کردن در میکروفن و بررسی وجود یا عدم وجود خروجی در میکروفن می‌توان به‌کارگیری این روش منسوخ را در میکروفن‌ها بررسی نمود. البته استفاده از آستانه‌گذاری سخت یا نرم در حوزه زمان-فرکانس این نقص را به دنبال نخواهد داشت. در میکروفن پنج‌وجهی با استفاده از فیلترهای چندگانه با پاسخ فرکانسی نزدیک به ایده‌آل امکان جداسازی نویز از سیگنال‌های صوتی با دامنه ضعیف مهیا شده است.

مدار محافظتی

در راه‌انداری سیستم‌های الکترونیکی امکان اتصال معکوس منبع به مدار کم نیست. در این صورت اکثر المان‌های برد مانند آی‌سی‌ها، خازن‌های الکترونیکی، حسگرها و غیره می‌توانند دچار آسیب شوند. راه حل استفاده از reverse polarity protection circuit (RPPC) یا ESDها می‌باشد. البته استفاده از این مدارها سبب افزایش توان مصرفی سیستم خواهد شد که در میکروفن پنج‌وجهی این مسأله نیز تا حد امکان حل شده است.

افزایش PSRR

عمدتاً دو مفهوم مختلف نویز و تداخل به غلط یکسان تلقی شده و مبنای طراحی غیر اصولی مدارهای الکترونیکی میشوند. منبع تغذیه متصل به میکروفن می‌تواند با ایجاد تداخلاتی قابل پیش‌بینی منجربه افت کیفیت صدای خروجی شود. این تداخل می‌تواند به دلیل کیفیت پایین منبع تغذیه استفاده شده، افزایش یا کاهش ناگهانی بار منبع، افزایش ایستای جریان منبع یا المان‌های پارازیتی خصوصاً اندوکتانس لاین تغذیه ایجاد شود. میزان تأثیرپذیری مدار طراحی شده از این تداخل توسط پارامتری با نام PSRR ارزیابی می‌شود. در میکروفن طراحی شده روش‌هایی برای بهبود این ضریب استفاده شده است.

حساسیت قابل تنظیم

میکروفن لایف‌پرو برای اولین بار امکان تنظیم حساسیت را با توجه به محیط نصب، فراهم آورده است. با تنظیم دیپ‌سوئیچ روی برد مطابق با آنچه در برگه کاتالوگ آورده شده است می‌توان حساسیت میکروفن را نسبت به محیط به گونه‌ای تنظیم نمود که علاوه‌بر حذف نویز موجود در محیط کیفیت سیگنال به حد مطلوبی افزایش یابد. به عنوان مثال در محیط‌های بزرگ که شدت موج آکوستیک مطلوب می‌تواند کم باشد با تنظیم حساسیت میکروفن، این اجازه به سیستم داده می‌شود تا سیگنال‌های دریافتی کوچکتر توسط حسگر را تقویت کند و در خروجی قرار دهد.

استفاده از پنج حسگر در پنج جهت فضایی

میکروفن پنج‌وجهی اولین و تنها میکروفن موجود است که به پنج حسگر صوت در پنج جهت فضایی مجهز می‌باشد. توان بالای سیگنال ورودی در ابتدای مدار، یکی از ویژگی‌هایی است که عدم وجود آن‌را نمی‌توان با مدارهای الکترونیکی جبران‌سازی کرد. یکی از دلایل این واقعیت در رابطه (۲) قابل مشاهده است. علاوه‌براین، آنچه مهندسین ما را به آن واداشت که از این تعداد حسگر استفاده کنند تحلیل رفتاری انتشار امواج آکوستیک در محیط با هدف آشکارسازی ضعیف‌ترین صوت ایجاد شده در هر جهت فضایی مستقل از مکان نصب می‌باشد.

نکته کاربردی در هنگام نصب:

برای مکان‌یابی نصب یا تنظیمات هر میکروفنی، حتماً از صدای ضبط شده استفاده شود. ملاک قرار دادنِ صدای آنلاین با توجه به ایجاد فیدبک مثبت بین میکروفن و پخش‌کننده صدا منجر به ناپایداری و ایجاد خطا می‌شود.