mic на колонке что это такое
В чём разница между микрофонным и линейным уровнем аудиосигнала?
Проводные и беспроводные микрофоны обычно подключаются к микрофонным входам, тогда как большинство других аудиоустройств используют линейный сигнал. (Через минуту мы узнаем, какие уровни у сигналов инструментов и динамиков). Напряжение у сигналов каждого типа сильно отличается друг от друга, поэтому важно знать эту разницу.
Каков уровень микрофонного сигнала?
Несколько типов устройств используются для усиления сигналов с микрофонного уровня до линейного уровня. Микшеры, вероятно, являются наиболее популярным оборудованием, так как они позволяют объединять несколько сигналов и передавать их на один выход. Но предусилители и микрофонные усилители выполняют эту работу так же хорошо и поставляются в виде одноканальных или многоканальных устройств.
Что такое линейный уровень?
Напряжение линейного сигнала составляет приблизительно 1 вольт, что примерно в 1000 раз выше сигнала микрофона, поэтому для их подключения обычно используют другой вход. Этот сигнал поступает от предусилителя на усилитель, к выходу которого подключены динамики.
Существует два стандартных линейных уровня:
Два других типа звуковых сигналов, с которыми вы столкнётесь, имеют уровни инструментови динамиков. Для сигналов инструментов (например, электро- или бас-гитара), как и для микрофонных, требуется предварительное усиление до линейного уровня. Выходные сигналы усилителей имеют ещё более высокие уровни напряжения, чем линейный вход. Для точной передачи такого сигнала требуются специальные кабели (их часто называют акустическими или спикер-кабелями).
Согласование уровней
Крайне важно, чтобы выходной сигнал устройства соответствовал входу, так как в противном случае устройство может выйти из строя. Например:
Подсказки
Far Fields mic (Mic array) — незаметный герой в умной колонке
В этой статье я хочу рассказать о своем давнем увлечении — изучении и работе с far fields mic (mic array) — массивами микрофонов.
Статья будет интересна увлекающимся построением своих голосовых помощников, она ответит на некоторые вопросы людям, воспринимающим инженерное дело как искусство, а также желающим попробовать себя в роли Q (Это из Бондианы). Мой скромный рассказ, надеюсь возможно, поможет вам понять, почему умная колонка- помощник, сделанный строго по туториалу работает хорошо только при условии полного отсутствия шумов. И так плохо там, где они есть, например на кухне.
Много лет тому назад я увлекся программированием, писать код я начал просто потому, что мудрые учителя разрешали играть только в игры, написанные самостоятельно. Это было в году так 87 и это была Yamaha MSX. На эту тему тогда же был первый стартап. Все строго по мудрости: «Выбери себе работу по душе, и тебе не придётся работать ни одного дня в своей жизни» (Конфуций).
И вот прошли годы, и я по прежнему пишу код. Даже хобби с кодом — ну кроме катания на роликах, для разминки мозгов и «не забуду матан» это работа с Far Fields mic (Mic array). Зря что ли преподаватели время со мною тратили.
Что это такое и где применяется
В голосовом помощнике, который слушает вас, обычно присутствует массив микрофонов. Их мы находим и в системах видео-конференц-связи. При коллективном общении, львиная доля внимания уделяется речи, мы естественно, не постоянно при общении смотрим на говорящего, а говорить точно в микрофон или гарнитуру, это сковывает и неудобно.
Практически каждый, уважающий клиента, производитель мобильников использует в своих творениях от 2 и более микрофонов, (да, да за этими дырочками сверху, снизу, сзади сидят микрофоны). К примеру в iPhone 3G/3GS он был единственный, в четвертом поколении айфонов их было два, а в пятом насчитывалось уже три микрофона. В общем то, это тоже массив микрофонов. И все это для лучшей слышимости звука.
Но вернемся к нашим голосовым помощникам
Как же увеличить дальность слышания?
«нужны большие уши»
Простая идея: если для того, чтоб услышать того кто рядом, достаточно одного микрофона, то для того чтоб услышать издалека, нужно применить более дорогой микрофон с отражателем, похожий на ушки у лисичек-фенеков:
То же, только на резонаторных трубках
Диаметр зеркала от 200мм до 1,5м
«Нужно больше микрофонов»
Или может, если поставить много дешевых микрофонов, то количество перейдет в качество и все получится? Зерг- раш только микрофонами.
Странно, но это работает и в реальной жизни. Правда с большим количеством матана, но работает. И расскажем мы про это в следующем разделе.
А как научиться слышать дальше без красивых рупоров?
Одна из проблем рупорных систем — это то что хорошо слышно то, что в фокусе. А вот если нужно услышать что то с другого направления, то нужно сделать «финт ушами» и физически перенацелить систему в другом направлении.
И про соотношение сигнал\шум у систем с микрофонными матрицами как то лучше по сравнению с обычным микрофоном.
В массивах микрофонов, как и в их ближайших родственниках — ФАР (фазированных антенных решетках) ничего поворачивать не нужно. Подробнее в разделе про Beamforming. Легко видеть:
Несфокусированный микрофон (левая картинка) записывает все звуки со всех направлений, а не только тот, что нужно.
Откуда же большая дальность? На правой картинке, микрофон внимательно слушает только один источник. Как бы сфокусировавшись, получает сигнал только избранного источника, а не кашу из возможных источников шумов, а чистый сигнал просто усилить (сделать громче), не применяя сложных техник шумоподавления. Примерно как рупор, но на матановой тяге.
Что же не так с шумоподавлением?
У применения сложного шумоподавление уйма недостатков — значит, уйдет часть сигнала, вместе с частью сигнала изменится звук, и на слух это выглядит как характерное окрашивание звука шумодавом и как результат неразборчивость. Эта неразборчивость видна русскоговорящим, которые хотят услышать от собеседника вот эти шипящие. Ну и как дополнительно — в результате шумоподавления слушающий не слышит вообще никаких опознавательных сигналов, связывающих его с собеседником (дыхания, сопения и других шумов, сопровождающих живую речь). Это создаёт некоторые проблемы, ведь в разговорной речи вот это все слышно, и как раз помогает оценивать состояние и отношение к вам собеседника. Отсутствие их (шумов) пока мы слышим голос вызывает неприятные ощущения и снижает уровень восприятия, понимания ну и идентификации. Ну а если вас слушает голосовой помощник — шумоподавление затрудняет распознавание как ключевой фразы, так и речи после. Правда есть лайфхак — распознавалку нужно обучать на выборке, записанной с учетом искажений от именно используемого шумопонижения.
Те, кому знакомы слова cocktail party problem могут пока сходить на кофе или коктейль, и провести натурный эксперимент, те у кого настроение почитать, продолжают дальше.
Кратко о матане, на котором оно работает:
DOA Estimation (определение направления на источник звука) и формирование луча (beamforming)
DOA (определение направления, а по возможности и локализация на источник):
Буду краток, ибо тема очень обширна, делается это с помощью белой, серой или темной магии (зависит от предпочитаемой темы в IDE) и матана. основной частый способ поиграть в DOA — это анализ корреляций и другого разного между парами микрофонов (обычно противолежащими по диаметру).
Лайфхак: для исследований лучше выбрать массив с круговым размещением микрофонов. Польза — легко набрать статистику от пар с разными расстояниями между микрофонами — максимум по диаметру, и до минимального между микрофонами — если брать пары по хордам, и с разными азимутами (направлениями) на источник.
Лайфхак: Не забываем про разную длину волн и для каждой частоты рассчитываем свою разницу фаз tn
Примерная диаграмма направленности будет выглядеть как то так
Не забывшие как раскуривать матан могут причаститься к JIO-RLS (Joint Iterative Subspace Adaptive reduced-rank least squares). Очень напоминает по вкусу градиентный спуск, знаете ли.
Итак резюмируем: обычными методами добится сравнимого с матричным микрофоном качества сложно. После применения определения направления на источник, и как результат этого, слышим только тот источник, что нужен, избавляемся от шумов и реверберации среды, даже той, которая слабо различима на слух (эффект Хааса).
Голосовой помощник — как это выглядит изнутри
Итак как выглядит схема обработки звука у матерого голосового помощника:
Сигнал с массива микрофонов поступает на устройство, в котором мы формируем луч на источник звука (beamforming), тем самым убирая помехи. Потом звук этого луча начинаем распознавать, обычно для качественного распознавания ресурсов устройства недостаточно, и чаще всего сигнал уходит для распознавания в облако (На выбор Microsoft, Google, Amazon).
Внимательный читатель заметит: А на картинке с описанием есть какой то квадратик Нот word, а почему не сразу распознавание, как обещали?
Зачем на схеме нарисован этот наверное лишний квадратик?
А потому что постоянно транслировать сигнал изо всех источников шумов в интернет для прослушивания распознавания никаких ресурсов не хватит. Поэтому распознавать начинаем, только когда поняли, что от нас этого таки точно хотят — и для этого сказали специальное заклинание — ок гугл, сири или алекса, ну или кортану позвали. А классификатор Нот word — чаще всего нейронка и работает прямо на устройстве. В построении классификатора есть тоже много интересного, но сегодня не об этом.
И на самом деле схема выглядит вот так:
(каракули мои)
Может быть сформировано несколько лучей на разные источники сигнала, и ищем специальное слово мы в каждом из них. Но дальше обрабатывать будем того, кто сказал нужное слово.
Дальнейший этап- распознавание в облаке, многократно освещен в интернете, по нему множество туториалов.
Как вы можете приобщится к этому празднику матана
Проще всего купить dev board. Обзор существующих девбордов: один из наиболее полных — по ссылке.
Наиболее дружелюбные для начинающих:
основан на XMOS XVF-3000.
Сделана так как мне нравится — FPGA с открытым интерфейсом управляет микрофонами матрицы, общение с ней по SDA.
Мои подвиги по скрещиванию Android Things и Mic Array:
К этой плате (Voice) конечно есть немало примеров, но вот мне как раз удобно использовать ее под Things.
Можно построить гибкий и мощный инструмент:
Например я использую:
Да и потом если придется портировать/переписывать код в какой нибудь эмбед, то как то проще это делать с Java кода.
К сожалению, пример от авторов платы для Things был немного неработоспособен, поэтому я сделал свой демо-проект (естественно — я же ж могу).
Вкратце о чем там — всю черную магию по быстрому опросу микрофонов, FFT делаем на C++, а визуализацию, анализ, сетевое взаимодействие — на Java.
Планы на будущее развитие
Источник планов ну и заодно вдохновения: ODAS.
Вот хочу сделать то же, только на Things и без глюков.
«Если вам есть что дополнить или критиковать, не стесняйтесь писать об этом в комментариях, ибо одна голова хуже двух, две хуже чем три, а n-1 хуже чем n» nikitasius
Как выбрать портативную колонку или аудиосистему
Портативные аудиосистемы – явление не новое. С тех самых пор, как появились устройства, воспроизводящие музыку, людям хотелось, чтобы их можно было носить с собой и слушать музыку там, где захочется.
Потом прогресс пошел быстрее и в течение нескольких десятилетий проигрыватели «винила» сменились радиоприемниками, приемники уступили кассетным магнитофонам, на смену «кассетникам» пришли «бум-боксы» с CD-проигрывателями, да и те сегодня практически исчезли.
Настало время портативных аудиосистем, принципиально отличающихся от всех компактных музыкальных устройств, которыми мы пользовались ранее – хоть они и умеют порой самостоятельно проигрывать музыку с некоторых видов носителей, основная их задача – озвучить музыку, получаемую с головного устройства – смартфона или mp3-плеера.
Оно и неудивительно – смартфон сегодня есть почти у каждого, и памяти даже самых бюджетных из них достаточно для хранения сотни-другой композиций в формате mp3. Поэтому и оказались востребованы устройства, способные подключиться к смартфону и громко проиграть его аудиотеку. Что же до сомнительного качества звука с mp3-файлов малого размера, так на дискотеках и вечеринках (где чаще всего и нужны портативные аудиосистемы) тонкости качества мало кого волнуют.
Но портативные системы отличаются не только размерами и максимальной громкостью – разные модели имеют разные возможности и цену. Чтобы не переплатить за ненужный функционал и получить устройство, которое долго будет радовать музыкой вас и ваших друзей, следует потратить немного времени на вникание в характеристики аудиосистем.
Характеристики портативных аудиосистем
Портативная колонка – это, как понятно из названия, просто более или менее мощный динамик в отдельном корпусе.
Основная (и порой единственная) её функция – получать и озвучивать аудиоданные со смартфона или mp3-плеера по Bluetooth и/или по проводам. Впрочем, очень часто этого вполне достаточно.
Портативная аудиосистема, так же, как и колонка, может получать аудиоданные от головного устройства.
Но также она может еще и самостоятельно проигрывать музыку с USB флэшек или карт памяти. Портативные аудиосистемы могут иметь и другие дополнительные функции, расширяющие их функционал (и повышающие цену гаджета).
Стереосистема.
Простые портативные колонки содержат только один динамик и, соответственно, имеют монофоническое звучание. Более совершенные колонки и аудиосистемы оснащены несколькими динамиками и способны воспроизводить стереофонический звук. Существуют также модели, представляющие собой набор из двух колонок, которые можно разнести в стороны для улучшения стереоэффекта.
Общая выходная мощность определяет максимальную громкость портативной аудиосистемы. Однако зависимость здесь не прямая – имеет значение также количество, размер и частотные характеристики динамиков. Поэтому две аудиосистемы с одинаковой общей мощностью могут иметь различную максимальную громкость. Для грубой оценки можно опираться на следующие показатели:
1,5-2 Вт – такие колонки звучат ненамного громче динамика смартфона, но зато они легки и компактны.
15-20 Вт обеспечат максимальную громкость как у среднего телевизора или средней же компьютерной акустики.
Общая мощность более 40 Вт уже обеспечит громкость на уровне стандартной автомобильной акустики.
Но выбирая «самую мощную» портативную аудиосистему, имейте в виду, что мощность оказывает основное влияние на цену, габариты и вес колонок. Да и время автономной работы у мощной аудиосистемы будет меньше – это если вообще будет: самые мощные портативные аудиосистемы могут работать только с питанием от сети.
Питание.
Наиболее востребованными (и соответственно, самыми распространенными) являются портативные колонки и аудиосистемы, работающие от аккумулятора. Приятно не зависеть от розетки, но долгое время работать без подзарядки могут далеко не все аудиосистемы.
При выборе аккумуляторной аудиосистемы обратите внимание на продолжительность автономной работы. Имейте в виду, что этот параметр зависит от того, в каком режиме система работает – в паспорте обычно указывается значение при средней громкости динамиков и отключенных дополнительных функциях.
Способ подключения аудиосистемы определяет, каким образом она будет получать данные от смартфона, плеера или ноутбука. Большинство аудиосистем могут подключаться к головному устройству без проводов – с помощью Bluetoothили NFC. Некоторые устройства могут подключаться к сети Интернет по WiFiи управляться приложением со смартфона.
Выбирая модель с подключением по Bluetooth, обратите внимание на поддерживаемую версию: чем она выше, тем выше скорость соединения и ниже энергопотребление. Нельзя сказать, что низкие версии Bluetooth будут ограничивать возможности аудиосистемы – даже версия 2.1 уже обеспечивает скорость достаточную, чтобы музыка стандарта аудио-CD (16 бит, 44 кГц) проходила на устройство беспрепятственно. Но нельзя забывать, что максимальные скорости Bluetooth достижимы только в идеальных условиях – на малом расстоянии и отсутствии помех. В реальной ситуации скорость может быть намного ниже, поэтому некоторый запас не помешает.
При выборе системы, подключающейся к телефону по NFC имейте в виду, что хоть этот вид соединения и относится к беспроводным, работает он на очень малых расстояниях –во время проигрывания музыки смартфон должен будет лежать на колонке. Кроме того, обратите внимание, на поддержку NFC самим смартфоном – она есть далеко не на всех моделях.
Кроме беспроводного способа подключения, большинство колонок можно подключить классическим способом – аудиокабелем с разъемом jack 3,5 мм. Для этого на колонке должен быть линейный вход AUX.
Многие аудиосистемы можно не только подключать к смартфону или плееру, но и использовать в качестве самостоятельного плеера, проигрывающего музыку с USB-флэш или карты памяти. Для этого у системы должен быть разъем для карт памяти или разъем USB и возможность воспроизведенияс него.
Большой объем батареи и наличие полноценного разъема USB позволяет использовать некоторые аудиосистемы в качестве повербанка – для подзарядки внешних устройств.
Если вы собираетесь использовать аудиосистему на открытом воздухе и, тем более – на природе, наличие влагозащищенного корпуса точно не будет лишним.
Только обратите внимание также и на степень защиты – у действительно влагозащищенного корпуса он не должен быть ниже IPX4 (Например, IP54) – это предполагает защиту от брызг с любого направления. Если же вы хотите, чтобы аудиосистема выдерживала даже кратковременное погружение под воду, то степень защиты не должна быть ниже IPX7.
Наличие встроенного микрофона позволит использовать аудиосистему в качестве устройства громкой связи при подключении к смартфону. Это может быть удобно тем, что вам не понадобится подходить к смартфону, если вам придет звонок во время прослушивания музыки на аудиосистеме. На большинстве моделей музыка автоматически приглушится, вы сможете ответить на звонок, нажав соответствующую кнопку на аудиосистеме и спокойно разговаривать, пользуясь её динамиками и микрофоном.
Материал корпуса, являющийся для меломанов одним из важнейших параметров при выборе стационарных колонок, в случае портативных аудиосистем особого значения не имеет. Условия применения этого вида аудиотехники обычно не позволяют отличить просто хороший звук от очень хорошего – посторонние шумы, плохая акустика помещения, качество проигрываемых записей влияют на конечный результат намного сильнее, чем материал корпуса. Поэтому этот параметр лучше оценивать исходя из практичности материала для корпуса и его внешнего вида.
Напоследок следует обратить внимание на вес портативной аудиосистемы. Массивные динамики и аккумуляторы делают внешне компактные устройства порой весьма тяжелыми – вес некоторых моделей превышает 10 кг.
Варианты выбора портативных аудиосистем и колонок
Если вам нужна простая колонка, которая будет звучать немного громче и «чище» динамика смартфона, выбирайте среди бюджетных моделей с небольшой общей мощностью и соединением по Bluetooth
Если вы хотите использовать аудиосистему на больших вечеринках и вам надо, чтобы она была способна «накрыть звуком» большую площадь, выбирайте среди аудиосистем с большой мощностью.
Если вы собираетесь использовать аудиосистему вдали от цивилизации, выбирайте среди моделей с большой продолжительностью автономной работы. Если у выбранной модели есть еще и возможность подзарядки внешних устройств, это поможет вам остаться на связи при неожиданном разряде смартфона.
Если вы хотите, чтобы аудиосистема могла не только озвучивать музыку с внешних устройств, но и сама была способна работать как плеер, выбирайте модель с воспроизведением с USB-флешек или с карт памяти.
Если у вас есть любимая радиостанция и вы собираетесь слушать её передачи и на аудиосистеме, обратите внимание, чтобы у неё была опция FM-тюнера.
Чтобы иметь возможность слушать музыку на открытом воздухе не опасаяь дождя и брызг воды, выбирайте среди моделей с влагозащищенным корпусом и степенью защиты от IPX4.