Amplificador de latidos

Question

Encontré un video en youtube donde el autor amplificaba un latido y el ronroneo de su gato ( enlace ).

Pudimos reproducir el circuito con algunos cambios, pero me equivoqué y compré altavoces de 8 ohmios y 0,25 W, y ahora he descubierto que el circuito no está diseñado para accionarlos.

Esto es lo que hice:

1. He utilizado paquetes de baterías de +/- 6 V.

2. Hay una resistencia de 1k en serie con el micrófono. Después del condensador que filtra la corriente continua, obtengo 0,7 V para cantos muy fuertes directamente en el micrófono, pero ninguna tensión detectable para sonidos de baja amplitud. Y olvídate del altavoz, ni siquiera veo un voltaje perceptible desde la salida del amplificador óptico a menos que el ruido sea fuerte. Mi micrófono es de Jameco, que dice tener una respuesta de 50-16000 Hz. Estaría abierto a conseguir un micrófono mejor si eso es un problema.

3. Al principio no me di cuenta de que el pote de 10k era porque usaba auriculares, sustituí el pote por una resistencia, bajando de 150 a 75 a 50 ohmios. A 50 ohmios se puede empezar a escuchar algo de sonido fuera del altavoz, pero no mucho, y nada para los sonidos débiles.

El circuito, tal como está, replica (con poca fidelidad) el audio del micrófono al altavoz, pero no es sensible en absoluto a los latidos del corazón.

¿Hay alguna forma razonable de rediseñar el circuito para poder manejar un altavoz con un LM324? ¿Y si sólo quiero leer la forma de onda en el A/D del Arduino? El amplificador es extremadamente sensible al roce de la superficie o al soplado del micrófono, pero parece tener una sensibilidad bastante pobre al latido del corazón. Estoy desconcertado de cómo funciona. Me doy cuenta de que está utilizando auriculares, pero ¿no debería al menos ser capaz de ver un latido del corazón en el ámbito?

Otra cuestión relacionada es que tiene un filtro de paso alto en el extremo delantero, y yo habría pensado que un latido del corazón es bastante de baja frecuencia, así como de baja amplitud. Sin embargo, en su vídeo el latido es bastante fuerte e impresionante.

Disculpas por el esquema, no sé cómo introducir un micrófono en Orcad, así que lo he sustituido por una resistencia.

Answer 1

Bien, sin profundizar en las cuestiones eléctricas, he aquí algunas indicaciones básicas sobre la bioacústica en juego aquí.

Espectro del latido del corazón

A continuación se muestran algunos espectrogramas extraídos de este excelente documento:

"Análisis espectral de las vibraciones acústicas en la superficie del cuerpo humano"

E. V. Bukhman, S. G. Gershman, V. D. Svet y G. N. Yakovenko Andreev
Instituto de Acústica, Academia de Ciencias de Rusia

La mayor parte de la información acústica interesante de un latido se encuentra en el extremo inferior del espectro. Por eso, la membrana del estetoscopio que el médico coloca en el pecho es enorme (unos 25 mm) y tiene un fondo de cavidades (véase la figura).

Por qué su diseño puede funcionar, pero no...

Al soplar o golpear el puerto del micrófono se produce un impulso, una ráfaga de aire que se mueve violentamente (cambio rápido de presión). Esto es similar a dejar caer las llaves al suelo (el sonido que se oye).

Esa señal es de banda muy ancha (contiene algo de energía en casi todas las frecuencias). Como resultado, el sonido de salida es alto porque se obtiene la mejor ganancia posible para las frecuencias que le gustan al amplificador/configuración.

Las frecuencias que no tiene (las bajas) son relativamente ignoradas. El latido del corazón no contiene "todas" las frecuencias y su amplificador puede ser menos eficaz contra las señales de baja frecuencia.

Mejorar el diseño

Para mejorar su ganancia de baja frecuencia (sensibilidad):

1. Debes aumentar el valor de C1 y R3

2. Debes disminuir la resistencia de salida en el LS1

Una nota rápida acerca de su comentario sobre el filtro de "paso alto" del YouTuber.

Este término es, por supuesto, relativo. En realidad no quiere para el paso alto de la señal. Es una necesidad prudente aislar la señal de audio del micrófono (que tiene un desplazamiento de CC) de la entrada del amplificador (que no puede tolerar un desplazamiento de CC: lo amplificará costándole espacio libre y distorsión elástica).

Sospecho que tu gran problema es que la frecuencia de esquina de tu filtro "pasa alto" (C1, R3) es demasiado alto . Una mejor manera de pensar en el objetivo es el "bloqueo de CC". Es decir, se quiere todo las frecuencias para pasar excepto 0 .

Buena suerte.

...hay algunos ingenieros de audio impresionantes aquí. Estoy seguro de que alguien más estará más que feliz de cavar en sus hojas de datos o recomendar un componente de amplificador alternativo.

Parece un proyecto divertido. Espero que publiques algunas grabaciones en línea una vez que logres que funcione. Saludos.

Answer 2

Hay algunos problemas con su circuito actual.

1. La señal de los latidos del corazón es más baja que la respuesta de frecuencia de su micrófono.

2. Como todos los demás han dicho, necesitas bajar la frecuencia crítica del filtro de paso alto en la entrada. Si fuera yo, lo sustituiría todo por un filtro de paso alto Sallen-Key de componentes iguales simplemente porque la señal de entrada va a ser pequeña. El amplificador óptico adicional ya está en el paquete.

3. Aunque tal vez no sea un problema, los raíles de +/- 6V están sobrepasando los requisitos de la cabeza del 324.

4. No hay manera de conducir un altavoz de 8 ohmios con un amplificador de propósito general. Simplemente no puede suministrar la corriente. Con la resistencia de 50 ohmios en serie, estás dejando caer la mayor parte del voltaje a través de la resistencia. Usted necesitará algo como un LM386 para conducir el altavoz. Sólo he utilizado esta parte en particular con un suministro de 12V, y no garantizo que funcione con suministros de 6V divididos. Observe que la ganancia es ajustable.