白噪声但没有声音 // 在 Raspberry Pi Pico (ADC) 上从驻极体麦克风前置放大器录制音频 // Micropython

Question

我对微控制器游戏还很陌生。最近，我尝试通过模拟驻极体麦克风在

Raspberry Pi Pico

上录制音频。因此，我为麦克风构建了一个（工作良好）前置放大器，并通过 ADC 引脚将其连接，稍后将详细解释。

现在我只想使用 micropython 将其作为

.wav

文件存储在内部闪存上。目前，这个 micropython 代码似乎是主要问题，因为它生成了一个

.wav

文件，其中只包含白噪声。

到目前为止我所做的是以下...

(1)搭建驻极体麦克风的MCU接口前置放大器

我在 microchip.com 上发现了一款有用的前置放大器，它采用 MCP6001 运算放大器。绘图如下所示：

这是 。

使用此前置放大器进行的测试效果非常好。使用两节 AA 电池作为电源，我用万用表测量电源电压

V_DD = 2.620(1)V

和输出偏置电压

V_out0 = 1.310(1)V

。当我对着麦克风吹口哨时，峰峰值信号是用示波器测量的。信噪比 (SNR) 相当不错，如下所示：

然后我将前置放大器与通过 USB 供电的 Pico 的 Pico 引脚

V_out ~ 0.2-0.3V

和

ADC_VREF (GPIO 35)

连接起来。前置放大器输出尚未连接到 Pico，如 所示。现在我得到了电源电压 AGND (GPIO 31) 和输出偏置电压

V_DD = 3.2(1)V

，与电池版本相比，它的稳定性要差得多，但 SNR 应该足够高，可以录制一些我认为的音频：

(2) 在 Pico / Micropython shell 上从 ADC 采样

当我现在将前置放大器输出连接到

V_0 = 1.58(10)V

并在 Thonny micropython shell 中运行以下代码时

ADC0 (GPIO 31 == Pin 26)

考虑到具有最大值的 16 位 ADC，我得到了一些合理的读数值

>>> from machine import Pin, ADC
>>> mic = ADC(Pin(26))
>>> mic.read_u16()
32551
>>> mic.read_u16()
31911
>>> mic.read_u16()
31815

。

(3) 在 Pico / Micropython 主代码上将样本保存到 .wav 文件中

然后，我编写了一段代码来创建

2^16=65536

标头并将其写入 Pico 闪存中的

.wav

（基于

Mike Teachman 的 I2S 示例

），将二进制样本读入缓冲区并通过该缓冲附加 test.wav价值观。test.wav

我知道运行 micropython 固件会占用大量资源，并且由于时序问题，声音应该会很不稳定（找到了一些使用 C++ 和 DMA 来防止这种情况的建议）。不过，我希望至少能在 

from machine import Pin
import time

micPin = machine.ADC(Pin(26)) 
FILE_NAME = 'test17.wav'

sampleRate      = 44100 # 44.1 kHz - CD quality
bitsPerSample   = 16 
num_channels    = 1 # 1 - MONO, 2 -  STEREO

duration        = 3 # in seconds
bufferSize      = duration * sampleRate # 1/s * s

num_samples     = bufferSize

def create_wav_header(sampleRate, bitsPerSample, num_channels, num_samples):
    datasize = num_samples * num_channels * bitsPerSample // 8
    o = bytes("RIFF", "ascii")  # 1-4 (4byte) Marks file as RIFF
    o += (datasize + 36).to_bytes(
        4, "little"
    )  # 5-8 (4byte) File size in bytes excluding this and RIFF marker
    o += bytes("WAVE", "ascii")  # 9-12 (4bytes) File type
    o += bytes("fmt ", "ascii")  # 13-16 (4bytes) Format Chunk Marker, trailing 0
    o += (16).to_bytes(4, "little")  # 17-20 (4bytes) Length of above format data
    o += (1).to_bytes(2, "little")  # 21-22 (2bytes) Format type (1 - PCM)
    o += (num_channels).to_bytes(2, "little")  # 23-24 (2bytes)
    o += (sampleRate).to_bytes(4, "little")  # 25-28 (4bytes)
    o += (sampleRate * num_channels * bitsPerSample // 8).to_bytes(4, "little")  # 29-32 (4bytes)
    o += (num_channels * bitsPerSample // 8).to_bytes(2, "little")  # 33-34 (2bytes)
    o += (bitsPerSample).to_bytes(2, "little")  # 35-36 (2bytes)
    o += bytes("data", "ascii")  # 37-40 (4bytes) Data Chunk Marker
    o += (datasize).to_bytes(4, "little")  # 41-44 (4bytes) Data size in bytes
    return o


try:
    with open('/'+FILE_NAME, 'wb') as recFile:
        
        wav_header = create_wav_header(
            sampleRate,
            bitsPerSample,
            num_channels,
            num_samples
            )
        recFile.write(wav_header)
    
    with open('/'+FILE_NAME, 'ab') as recFile:    
        
        buffer = bytearray(bufferSize)

        for i in range(bufferSize):
            buffer[i] = micPin.read_u16()
#            print(buffer[i])
            time.sleep(1/sampleRate) 
    
        recFile.write(buffer)
        
except (KeyboardInterrupt, Exception) as e:
    print("caught exception {} {}".format(type(e).__name__, e))

中听到一些东西，但我发现的只是白噪音......

.wav

显示类似

 的内容

hexdump -C test.wav

（摘录）

此外，当我取消注释

00000000  52 49 46 46 bc 09 04 00  57 41 56 45 66 6d 74 20  |RIFF....WAVEfmt |
00000010  10 00 00 00 01 00 01 00  44 ac 00 00 88 58 01 00  |........D....X..|
00000020  02 00 10 00 64 61 74 61  98 09 04 00 a8 88 88 f8  |....data........|
00000030  c8 28 18 98 88 98 d8 18  28 38 d8 b8 c8 88 a8 08  |.(......(8......|
00000040  e8 38 78 98 b8 c8 e8 08  18 28 18 c8 b8 58 38 e8  |.8x......(...X8.|
00000050  58 38 48 18 48 88 d8 38  b8 f8 08 28 28 58 68 88  |X8H.H..8...((Xh.|
00000060  a8 88 58 98 a8 a8 88 08  08 28 58 68 68 58 68 98  |..X......(XhhXh.|
00000070  88 c8 e8 e8 08 38 48 38  28 28 18 68 18 28 38 48  |.....8H8((.h.(8H|
00000080  58 68 88 98 88 68 58 48  38 18 28 38 e8 e8 08 48  |Xh...hXH8.(8...H|
00000090  98 c8 e8 28 18 58 08 48  28 08 68 a8 c8 b8 d8 e8  |...(.X.H(.h.....|
000000a0  18 08 f8 e8 b8 e8 e8 38  88 78 88 58 e8 68 e8 28  |.......8.x.X.h.(|
000000b0  28 48 38 48 88 c8 08 08  28 58 d8 18 48 88 a8 98  |(H8H....(X..H...|
000000c0  b8 a8 c8 a8 b8 b8 b8 d8  d8 18 28 f8 08 28 18 28  |..........(..(.(|

循环中的

print(buffer[i])

命令时，会出现如下所示的值：

for

这些解释了白噪声。但我不明白为什么

84
8
88
200
184
152

似乎在这里失败，而它在 shell 中工作......

关于我做错了什么和/或如何改进这个项目有什么想法吗？

提前谢谢您！

祝一切顺利， 修补匠Toadie

您尝试将 16 位数字存储到一个字节中，即 8 位：

Answer 1

micPin.read_u16()

当然，样本的前 8 位将被截掉，留下低 8 位，这绝对不是您想要的。更适合缓冲区的数据类型是带有类型代码

buffer = bytearray(bufferSize)
...
buffer[i] = micPin.read_u16()

（16 位有符号）的

array。

此外，为了帮助排除故障，您不应尝试在文件中记录真实的 ADC 读数。只需生成一个正弦波，这样我们就可以确保您的文件系统和 WAV 编码核心正在工作，然后您再担心尝试将真正的麦克风硬件集成到系统中。

我通常预计 MicroPython 的垃圾收集器和缓慢的速度会让这个项目无法完成。