Encontré un circuito de audio y lo construí bien, pero lo encuentro demasiado silencioso. ¿Cómo puedo amplificar la salida para que sea un poco más fuerte?

Question

Quiero probar algo relacionado con el audio y encontré el siguiente circuito de tecnología

Lo construí y cargué un clip de sonido. Todo funciona bien, pero lo encontré un poco demasiado silencioso y quiero amplificarlo, pero no estoy del todo seguro de cómo.

El mayor problema es que No tengo acceso a un osciloscopio Así que mientras esto reproduce clips de sonido muy bien, no tengo ni idea de cómo es la salida de la forma de onda en el altavoz, o incluso su nivel de tensión (estoy asumiendo el pico a pico de tensión es inferior a 3,7V) y por eso, no estoy seguro de cómo amplificar la salida para que sea más audible. ¿O es incluso posible amplificarlo debido a la limitación de 3,7V?

Answer 1

En realidad, el voltaje de pico a pico va a estar cerca de 7,4 V. Esto se debe a que el altavoz se está utilizando en modo diferencial, conectado a dos salidas separadas de la MCU, sin que ninguno de los terminales esté conectado a tierra.

Dado que el firmware simplemente conduce los dos pines con formas de onda complementarias, puede utilizar sólo uno de ellos (con un filtro adecuado, como JRE muestra ) para accionar un amplificador externo.

Por supuesto, el altavoz también se hará algo más ruidoso si simplemente subes la tensión de alimentación a los 5,5V completos que permite el ATtiny85.

Sin embargo, la principal limitación no es el voltaje, sino la capacidad de corriente de los pines de la MCU: ±20 mA nominal máximo, ±40 mA absoluto máximo. Si simplemente añadieras búferes externos a esos pines, obtendrías mucho más sonido del altavoz:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Obsérvese que los topes están configurados como emisores-seguidores. Aquí no hay ganancia de voltaje (de hecho, se pierde alrededor de 1,3V de voltaje de pico), pero hay mucha más corriente disponible para el altavoz. Como es una señal digital, no tenemos que preocuparnos por la horrible distorsión de cruce de esta configuración. Pero debería ser capaz de entregar unos 4,8 V _PP a varios cientos de mA (1,7 V _RMS a 200 mA _RMS a 8 Ω), es decir, unos 360 mW de potencia de audio.

(Por cierto, esta es la solución brhans estaba aludiendo a en su primer comentario).

Answer 2

El sitio del que obtuviste el circuito y el código te dice lo que está haciendo.

A partir de la descripción, se puede saber cómo es la salida. Dice que utiliza la modulación por ancho de pulso (PWM) para generar el audio.

Wikipedia tiene una buena explicación de PWM, y cómo se utiliza para hacer el audio.

Esta imagen de la página de la wikipedia muestra más o menos lo que se puede esperar como salida de su fabricante de ruido.

La línea roja es lo que "ve" tu altavoz. La línea azul es lo que genera tu circuito.

En pocas palabras, su programa hace pulsos de varios anchos en los dos pines de salida. Los pulsos más anchos hacen que el altavoz se mueva más que los pulsos más estrechos. Los pulsos tienen que ocurrir más rápido de lo que el altavoz puede responder a ellos. La inercia del altavoz suaviza los pulsos en algo que se parece al audio normal.

Lo que limita el volumen de la salida es la corriente de los pines de salida. Normalmente se mide en miliamperios. Supongamos que puedes obtener 20mA de tus pines. A 7 voltios y 20mA, obtendrás quizás 0,14 vatios. Asumiendo que no matas a tu procesador haciendo esto.

Eso no es mucho poder. Compáralo con lo que esperas de tu equipo de música y con los vatios de potencia que puede emitir.

Para obtener más potencia, lo más sencillo es limpiar la señal PWM y enviarla a un amplificador normal.

Sólo necesitas uno de los pines de salida. Tu artilugio utiliza dos en un intento de obtener más energía, pero realmente no puede hacer mucho.

Entonces, haz esto:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

A continuación, conecte la salida a cualquier amplificador de audio estándar. Compra y construye un kit si quieres, o conéctalo a la entrada de línea de un equipo de música.

Es un filtro de paso bajo. Filtra todo lo que está por encima de 4kHz. Elegí 4KHz porque el proyecto dice que hay que usar un archivo con una frecuencia de muestreo de 8kHz. Un archivo muestreado a 8kHz no puede contener ningún audio por encima de 4kHz. Busca Shannon y Nyquist (en relación con las tasas de muestreo.)

La tasa de pulsos del PWM tendrá que ser mucho más alta que 8kHz, por lo que usar un filtro de 4 kHz no pierde nada de su audio, pero debería suavizar los bordes cuadrados en una bonita onda suave.

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Hay pequeños amplificadores que puedes alimentar con 3,3V. También hay muchos otros amplificadores que funcionan con voltajes más altos. Hay circuitos baratos y comunes (y kits) para construir un amplificador a partir de un LM386. Sin embargo, el LM386 necesita 5V o más. Normalmente funciona con una pila de 9V.

También puede buscar Puentes en H. Si conduces un puente H con tu altavoz en el centro (la barra transversal de la H) utilizando las dos salidas de tu procesador en las entradas del puente H, entonces debería ser bastante fuerte. Sin embargo, esto podría ser complicado. Estará operando a la velocidad de los pulsos, y amplificando los pulsos en lugar de la onda suave. Esto provocará mucho "ruido" eléctrico y probablemente hará que el altavoz y el puente se calienten.