Arduino Sensores

Sensor acústico

El sonido viaja a una velocidad de 343 m/s (1234km/h) en ondas acústicas que desplazan el aire. Los sensores acústicos, altavoces y micrófonos se han enfocado a analizar y procesar el sonido.

Las ondas acústicas se originan por variaciones de presión en relación a la presión atmosférica. La potencia acústica es la variable que determina si escuchamos un sonido más fuerte o no lo escuchamos. A mayor potencia acústica emitida, la longitud de onda es menor y la frecuencia mayor.

Un sensor acústico es sensible a las presiones que emiten las ondas acústicas, y las transforma en pulsos eléctricos. Estos pulsos eléctricos tienen una frequencia, que es la de las ondas acústicas. El oido humano percibe y distingue un rango de frequencia sonoras entre 20Hz y 20kHz.

 

Sensores acústicos


Los sensores acústicos son micrófonos pequeños que detectan o bien la presión de la onda de sonido (omnidireccional) o bien la velocidad de la onda de sonido (direccional). El más usado es el omnidireccional, ya que capta la información de las ondas en un ángulo de 70 grados.

En relación al mecanismo que transmite el cambio de presión de las ondas acústicas en vibraciones y posteriormente en frecuencia, se hallan los micrófonos piezoelectricos y los micrófonos capacitativos

  • Sensor piezoeléctrico: dispone de un diafragma que vibra con las ondas acústicas. En contacto con el diafragma está un material (cristal, cerámica…), que con las vibraciones se deforma y genera una tensión eléctrica. Esta tensión eléctrica va variando dependiendo de las ondas, y adquiere la frecuencia y amplitud. El precio es muy bajo y suele tener una sensibilidad de 1mV/µbar. La calidad del sensor disminuye con la humedad y la temperatura, y no es lineal. Solo es recomendable para la construcción de guitarras eléctricas y para detección de ultrasonidos.

Diagrama sensor de sonido piezoeléctrico  

  • Sensor capacitativo (electret): está formado por dos placas y en medio existe una carga eléctrica. Una de las dos placas es la membrana sensible a las ondas acústicas que con la vibración hacer variar la carga eléctrica y produciendo una onda de voltaje. Tiene como ventajas su buena linealidad, tamaño reducido, no es necesario alimentación y no le afecta la humedad y la temperatura. Con el uso y el polvo se deteriora. En los últimos años se han abaratado mucho este tipo de micrófonos y son los más usados.

Diagrama sensor capacitativo electret  

Amplificador acústico


En el micrófono capacitativo es necesario ajuntar una etapa pre-amplificadora debido al bajo voltaje de salida que proporciona este micrófono. Esta etapa es necesaria antes de integrarlo en un equipo de adquisición de datos. En el esquema siguiente se adjunta un ejemplo de etapa pre-amplificadora.

Circuito etapa de pre-amplificación de sonido  

Como utilizar el sensor


Existen muchas placas que engloban el sensor capacitativo con la etapa pre-amplificadora. Es necesario acoplar esta placa en un microcontrolador o placa de desarrollo, con el fin de adquirir los datos y procesarlos.

Para adquirir la señal de audio es necesario diseñar un software que muestreo a alta frecuencia, alrededor de los 50kHz, debido a que las frecuencias del oído humano es entre 20Hz y 20kHz. Seguidamente se puede realizar la transformada de Fourier para detectar que frecuencias está detectando el sensor y descubrir palabras, fuentes de sonido… Cabe destacar que el analisis de Fourier exige muchos recursos en el microcontrolador (procesamiento en tiempo real y gran cantidad de almacenaje).

Existen varios ejemplos en internet sobre aplicaciones con sensores de audio, tales como sistemas de control de voz o detección de ruidos de animales. Si eres fan del microcontrolador Arduino, encontrarás gran cantidad de ejemplos.

Adquisición de sonido mediante Arduino