Il y a plus de 7 ans que je connais Léon Anavi et j’ai présenté de nombreuses réalisations de ce passionné. Dernièrement Léon m’a fait parvenir plusieurs de ses réalisations, toutes en opensource. Je vais vous les présenter en commençant par cette carte de développement DEV MIC qui intègre un microphone miniature et une carte Seeedstudio RP2040. Le signal est envoyé en USB vers le PC / Raspberry Pi qui va traiter le signal. Cet article vous en dit plus sur cette carte DEV MIC.
Au sommaire :
Micro omnidirectionnel USB Type-C ANAVI Dev Mic opensource avec RP2040
Traduction de l’article de Leon Anavi sur Crowdsupply.
Présentation
ANAVI Dev Mic est un microphone open-source compact, abordable et exceptionnellement adaptable, conçu avec l’apprentissage automatique à l’esprit. Son cœur est un module SeeedStudio XIAO RP2040 avec un microphone numérique omnidirectionnel (MK1) qui fonctionnent ensemble pour assurer une capture et un traitement du son de haute qualité.
Pour les applications vocales d’intelligence artificielle (IA) et d’apprentissage automatique (ML= Machine Learning), la fiabilité de la capture audio dépend de la clarté du microphone. Malgré leur grande disponibilité, les microphones USB abordables sont souvnt confrontés à certaines limites, telles que la tendance à capter des bruits environnementaux excessifs, un matériel peu flexible et un micrologiciel propriétaire qui ne peut pas être mis à jour ou amélioré.
ANAVI Dev Mic offre trois avantages clés
- Transparence : En tant que matériel ouvert, ANAVI Dev Mic facilite l’accessibilité, l’éducation et le droit à la réparation.
- Extensibilité : Avec neuf broches GPIO sur le PCB, ANAVI Dev Mic est capable d’une expansion matérielle étendue. Vous pouvez intégrer des boutons, des LEDs et des capteurs supplémentaires pour améliorer sa fonctionnalité et l’adapter à diverses applications.
- Personnalisation : Grâce à son firmware open-source, ANAVI peut être adapté à vos besoins et préférences spécifiques.
Ajustez votre microphone
Avec son connecteur USB Type-C, ANAVI Dev Mic se connecte de manière transparente à n’importe quel PC ou ordinateur monocarte (SBC) pour garantir une intégration plug-and-play.
Vous pouvez flasher votre propre firmware pour personnaliser Dev Mic pour des applications spécifiques ou utiliser ses broches d’E/S pour étendre ses fonctionnalités en connectant des composants supplémentaires tels que des indicateurs à LED, un commutateur de sourdine et d’autres boutons.
Que vous meniez des recherches, développiez un système de reconnaissance vocale ou créiez des expériences interactives, ANAVI Dev Mic est l’outil idéal pour vos projets.
Caractéristiques
- Module : SeeedStudio XIAO RP2040
- Microcontrôleur : Raspberry Pi RP2040
- Microphone : Microphone numérique omnidirectionnel STMicroelectronics MP23DB01HP PDM micro-electromechanical systems (MEMS)
- Connectivité : USB Type-C
- Firmware : Open source basé sur le Raspberry Pi Pico C/C++ SDK
- Compatibilité : Prise en charge de Windows, macOS et Linux
- Dimensions : 35,0 x 34,5 mm
Dans le cadre de notre engagement en faveur de la fabrication locale et du développement durable, toutes les unités sont produites et emballées à Plovdiv, en Bulgarie, à l’aide de boîtes en carton recyclables respectueuses de l’environnement.
Fièrement Open Source
ANAVI Dev Mic est un projet entièrement open-source qui combine du matériel ouvert avec des logiciels libres et open-source. Le circuit imprimé et son boîtier en acrylique ont été créés avec KiCad. Le micrologiciel est basé sur la bibliothèque Microphone Library for Pico, disponible sur GitHub sous la licence Apache-2.0, et sur le kit de développement logiciel Raspberry Pi Pico C/C++.
Le microphone MP23DB01HP PDM
Présentation
Le MP23DB01HP est un microphone MEMS numérique omnidirectionnel, ultra-compact, à faible consommation d’énergie, doté d’un élément sensible capacitif et d’une interface IC avec configuration stéréo en option. Sa notice est disponible en ligne. On retrouve ce genre de microphone dans les micro-casques ou dans les prothèses auditives, en raison de leur taille réduite
Principe du microphone MEMMS
Les microphones MEMS sont des microphones à condensateur, constitués d’un diaphragme suspendu de manière flexible et libre de se déplacer au-dessus d’une plaque arrière fixe, le tout fabriqué sur une plaquette de silicium. Cette structure forme un condensateur variable, avec une charge électrique fixe appliquée entre le diaphragme et la plaque arrière. Une onde de pression sonore entrante passant par les trous de la plaque arrière (backplate) fait bouger le diaphragme proportionnellement à l’amplitude des ondes de compression et de raréfaction. Ce mouvement fait varier la distance entre le diaphragme et la plaque arrière, ce qui fait varier la capacité, comme le montre la figure 1. À charge constante, cette variation de capacité est convertie en un signal électrique.
L’élément capteur du microphone est construit sur une plaquette de silicium à l’aide de procédés de fabrication similaires à ceux des autres circuits intégrés (CI). Chaque élément de microphone MEMS fabriqué sur une plaquette fonctionnera comme tous les autres éléments de cette plaquette et comme tous les éléments des différentes plaquettes produites au cours des nombreuses années de la durée de vie du produit. Ceci garantit la répétabilité des captations sonores.
Courbe de réponse du micro MP23DB01HP PDM
Les géométries impliquées dans la construction des microphones MEMS sont de l’ordre du micron (µm). Les trous de la plaque arrière par lesquels passent les ondes sonores peuvent avoir un diamètre inférieur à 10 µm et l’épaisseur du diaphragme peut être de l’ordre de 1 µm. L’espace entre le diaphragme et la plaque arrière est de l’ordre de quelques microns. La figure 2ci-dessus montre un élément transducteur de microphone MEMS typique, vu du côté supérieur (diaphragme) ; l’image 3 montre la coupe transversale au milieu de cet élément de microphone. (D’après Analog.com)
Le micro MP23DB01HP PDM
L’élément sensible, capable de détecter les ondes acoustiques, est fabriqué à l’aide d’un processus de micro-usinage de silicium spécialisé dans la production de capteurs audio.
L’interface du circuit est fabriquée en CMOS, ce qui permet de concevoir un circuit dédié capable de fournir un signal numérique au format PDM (Pulse Density Modulation).
Source Upload Bot (Rich Smith)
Le MP23DB01HP offre de multiples modes de performance (faible consommation d’énergie et bonne performance). Le dispositif utilise un AOP (Ampli Opérationnel) très performant, il possède une plage de sensibilité de ±1 dB et un SNR (Rapport Signal / Bruit) élevé en toute circonstance.
DEV MIC est livré avec la visserie et les plaquettes en acrylique pour réaliser un boîtier de protection
Le microphone identifié MK1 sur la carte DEV MIC
Le son arrive sur le microphone par le dessous de la carte, via ce petite trou.
La partie inférieur de la carte ne comporte aucun composant, les pastilles permettent de souder des pins pour connecter des capteurs/actionneurs et les piloter avec la carte XIAO RP2040. 9 pastilles donnent accès à des GPIO, 3 pastilles transportent l’alimentation 5v et 3,3v, ainsi que la masse.
Le MP23DB01HP est disponible dans un boîtier comportant des pastilles sur la face inférieure, conforme à la norme SMD, blindé contre les interférences électromagnétiques, et son fonctionnement est garanti sur une plage de température étendue allant de -40 °C à +85 °C.
Les caractéristiques du micro MP23DB01HP PDM
- Microphone numérique omnidirectionnel
- Distorsion très faible
- Point de surcharge acoustique très élevé à 135 dBSPL
- Sensibilité : -41 dBFS ±1dB
- Adaptation de la sensibilité
- Consommation de courant typique2 μA (mode veille)
- 285 µA (mode faible consommation)
- 800 µA (mode performance)
- Sortie PDM à un bit avec option de configuration stéréo
A la mise sous tension, les deux diodes situées à droite le prise USB-C s’allument. J’ai utilisé Audacity sur PC pour tester la qualité du micro :
Le niveau d’enregistrement est correct et le signal est bien symétrique.
J’ai enregistré quelques secondes puis exporté avec ces paramètres :
je vous laisse écouter ce premier enregistrement :
La qualité est au rendez vous, comme sur un micro « classique » il faudrait un filtre anti-pop (vous savez cette espèce de chaussette qu’on place devant le micro) car on entend un peu les explosives (b, p…).
Puis Audacity sur Raspberry Pi 5
Un lsusb montre que la carte est reconnue comme cafe:4010 ANAVI Dev Mic
Le micro a été automatiquement reconnu et sélectionné (la Tronsmart Force 2 est l’enceinte Bluetooth que j’utilise avec le Pi5).
Cette fois j’ai mis le micro à l’extérieur et enregistré les bruits ambiants. La sensibilité est très bonne, on entend des bruits émis par des personnes qui sont à plusieurs dizaines de mètres.
Conclusion
Un bel exemple de carte opensource qui pourra servir à de nombreuses application, je pense à de la commande vocale pour la domotique ou la robotique mais aussi à des audio conférences ou des enregistrements audio avec un microphone abordable dont on peut modifier les paramètres à la demande.
J’imagine également ce micro au centre d’une parabole de captation de son pour des enregistrements en milieu naturel… Un Pi zero, une carte SD un pack batterie et vous voici prêt(e)s à allez chasser le geai, la pie ou encore le merle… Après, si vous imprimez votre parabole en 3D et en PLA, elle sera beaucoup moins transparente 😀 mais tout aussi efficace !
La carte DEV MIC de Anavi Technology sera bientôt disponible en crowfunding. Vous pouvez vous inscrire sur le site pour recevoir l’information de lancement de la campagne.
La notice de cette carte est disponible en ligne, bien entendu.
Sources
https://www.crowdsupply.com/anavi-technology/anavi-dev-mic
https://github.com/AnaviTechnology/anavi-dev-mic
https://github.com/AnaviTechnology/microphone-library-for-pico
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