Problema de acople de audio (parlante y micrófono) en gabinete cerrado

[Mauro Moreyra]

Estimados,

Ante una solución a un proyecto, debo integrar un parlante 8 ohm y un micrófono electret en un mismo gabinete cerrado. El audio es comandado por un módulo GSM de Quectel, a través de un codec específico (NAU8814).

El problema con el que me encuentro, y que me está dando serios dolores de cabeza, es que existe acople desde el parlante hacia el micrófono, por lo que al efectuar una llamada, desde "el otro lado" se escuchan asimismo.

En cierto sentido, descarté por completo que el acople sea eléctrico, dado que al separar -en distancia- el micrófono y el parlante, el acople desaparece. Más allá de eso, coloqué capacitores de filtrado por varios lados, de acuerdo a las recomendaciones del fabricante del codec y del módulo GSM, sin éxito.

Luego, trabajando en cuestiones "físicas", logré mejorar el acople, poniendo espuma acústica dentro del gabinete, cosa que no me gusta, pero algo mejoró... sin embargo sigue existiendo. También probé bajando la ganancia del mic, pero aquí lo que sucede es lo obvio: la bajo a tal punto que el acople desaparece, pero se escucha poco y nada lo que uno habla hacia el mic (tampoco encuentro un "Punto intermedio" de compromiso que sea conveniente...).

Ante este "breve" panorama de la situación en la que me encuentro, y no siendo un experto en acústica pero habiendo probado varias "soluciones", recurro a la comunidad para escuchar opiniones y consejos de quienes se hayan topado con el mismo problema y le hayan dado solución, ya sea total o parcial...

En todo caso, si desean contactarse en privado conmigo, son libres de hacerlo, estoy abierto a recibir asesoramiento profesional y "no como un favor". Realmente necesito darle una solución a este problema.

Gracias a todos.

Saludos.

[Ariel Perez]

Hola Mauro,

Hasta donde entiendo es omnidireccional ese tipo de mic. Si fuera así, no podrías usar alguno más direccional? Quizás eso sumado a orientar el parlante permitan que no tengas que bajarle la ganancia al micrófono.

Hilando más fino, entiendo que se puede hacer un barrido en frecuencia con tonos y detectar cuáles son los críticos. Luego deberías filtrar esas frecuencias. Pero eso es un laburo tremendamente complejo.

Mis dos centavos, sin experiencia en el tema.

Saludos cordiales,

Ariel P.

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[Pablo Nobati]

Buenas Mauro

Mi pequeñisino aporte: yo abordaría el problema intentando cancelar electricamente el acople. 

La problematica que tenes que abordar es similar a la que resuelve un híbrido telefónico, aparato usado en estudios de radio para la interconexión entre consola de estudio y una linea telefónica. La función del híbrido, siendo que la recepción y la transmisión se realizan sobre una misma línea, la telefónica, es de cancelar la reproducción de la señal transmitida sobre el canal de recepción.

Te digo esto no para que pongas un híbrido telefónico ahí, sino para darte una punta de donde podés empezar a buscar la implementación de una cancelación eléctrica del acople.

Hay hibridos telefónicos pasivos que funcionan con transformadores en configuraciones específicas, y hay híbridos adaptativos por DSP. Todo depende de que tan variables sean las condiciones acústicas que determinan el grado de acople.

La dificultad del problema de la cancelación electrica del acople radica en que la curva de transferencia entre la salida que excita el parlante y lo que recoge el microfono no es plana ni en amplitud ni en fase, por lo tanto no suele alcanzar con restarlas y ya.

Capaz que estoy diciendo una boludez cerebral supina, pero yo antes de pegarle una vuelta loca al asunto, arrancaría por hacer una cancelación simple con un restador con operacional, con un pote que te permita ajustar el nivel de cancelación, lo armas en un proto y ensayás. O sea, a la salida del pre de microfono le restas una porcion ajustable de lo que mandás al parlante. Capaz que con eso te alcanza. Tené en cuenta por lo que te decía antes que cuanto más grande es el ancho de banda de audio, mas dificil de resolver el problema.

Espero sea de ayuda, slds

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[Hellowen]

Una vez un tema de acople (por el aire) lo arreglé dando vuelta los cables del parlante. Por tu descripción el acople parece ser por el gabinete, se me ocurre que montes el parlante en algo que atenúe este acople (un pilar de goma) cosa que quede flotando y luego una junta de una goma al gabinete y lo pegaría para no usar un tornillo que le da algo rígido para transmitir el sonido por ahí y un trabajo parecido con el micrófono.

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Saludos
Martin

[Miguel Grassi]

En mi experiencia, siempre ha sido más fácil solucionar el tema acople de audio desde lo físico que desde lo eléctrico. ¿Podés subir un croquis de cómo están dispuestos parlante y micrófono en el gabinete? 

Saludos,

Miguel

[Alejo Garcia Bondarenko]

Hola Mauro!

La lana de vidrio en el gabinete es una buena solucion, no arregla nada por si sola, pero siempre suma.

Estaría bueno como dijeron, si podes pasar tu diseño y contar cual es la finalidad para encontrar una solución mas acertada.

Hay algo que tenes que hacer seguro: Desacoplar el gabinete del parlante del gabinete del micrófono, la cara posterior del parlante no puede estar irradiando a la cara posterior de tu electret.

Lo segundo es trabajar sobre el circuito acústico del condenser para mejorar su directividad:

O bien compras otro electret directivo (no se que costos manejas pero suelen ser muy caros).

o se puede diseñar un encapsulado para mejorar su directividad generando cancelaciones entre la energía que absorbe en sus dos caras. Esto lo podes hacer con una impresora 3D (o en internet vas a encontrar de gente que perfora la parte posterior  del encapsulado de fabrica y obtiene ciertos resultados, capaz es lo mas fácil, comprar electrets de 10 pesos y ir probando como afecta). Una introducción al diseño de estos encapsulados la podes encontrar en el libro de Leo Beranek acoustics: sound fields and transducers en el capitulo de micrófonos.

Por último una solución electrónica es pasar la entrada por un filtro pasabanda entre 250 y 4K (como el de telefonía) que sin dudas va a bajar mucho el acople, pero sacrificas calidad de audio, que capaz no es de tanto interés para tu proyecto. Entre 250 y 4K te alcanza y para inteligibilidad de palabra.

Saludos!!

[Hellowen]

Acá está don Leo:

https://monoskop.org/images/7/7d/Beranek_Leo_L_Acustica_Spanish.pdf  

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Saludos
Martin

[Pablo Nobati]

Buenas Mauro

Un comentario al respecto, hay dos caminos acústicos de acople entre mic y parlante, uno es el que se da dentro del gabinete (abordable con los tratamientos acusticos que comentaban y que habías empezado a abordar con la espuma) y el otro se da por el ambiente. La cancelación eléctrica va orientada a resolver el segundo. Slds

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[Mauro Moreyra]

Bueno, luego de leer y releer todas las respuestas, respondo uno por uno los comentarios:

Hasta donde entiendo es omnidireccional ese tipo de mic.

Ariel: los hay del tipo omnidireccionales, unidireccionales y cancelación de ruido. Hasta ahora probé con omnidireccional y cancelación de ruido (supuestamente, según lo que me dijeron vendedores...). No probé con unidireccional, o si lo hice, no supe que lo era... La verdad, el hecho de que los mics no vengan marcados, es muy molesto...

Hilando más fino, entiendo que se puede hacer un barrido en frecuencia con tonos y detectar cuáles son los críticos. Luego deberías filtrar esas frecuencias. Pero eso es un laburo tremendamente complejo.

Ariel: si, bastante complejo y por lo pronto fuera de mi alcance!

Capaz que estoy diciendo una boludez cerebral supina, pero yo antes de pegarle una vuelta loca al asunto, arrancaría por hacer una cancelación simple con un restador con operacional, con un pote que te permita ajustar el nivel de cancelación, lo armas en un proto y ensayás. O sea, a la salida del pre de microfono le restas una porcion ajustable de lo que mandás al parlante. Capaz que con eso te alcanza. Tené en cuenta por lo que te decía antes que cuanto más grande es el ancho de banda de audio, mas dificil de resolver el problema.

Pablo: la verdad a simple vista no parece una "boludez cerebral supina" jaja, la idea me convence así que voy a probar en cancelar eléctricamente. Gracias por la idea!

Una vez un tema de acople (por el aire) lo arreglé dando vuelta los cables del parlante. Por tu descripción el acople parece ser por el gabinete, se me ocurre que montes el parlante en algo que atenúe este acople (un pilar de goma) cosa que quede flotando y luego una junta de una goma al gabinete y lo pegaría para no usar un tornillo que le da algo rígido para transmitir el sonido por ahí y un trabajo parecido con el micrófono.

Martin: no lo mencioné, pero actualmente tengo el parlante dentro de un "subgabinete", el cual tiene una goma que hace apoyo contra el gabinete "principal"... Al principio probé con parlante "desnudo", con peores resultados. El mic he probado dejándolo "suelto", o sea, no pegado al gabinete, pero no mejoró la situación. Aparte, es necesario que el mic esté fijado contra el gabinete, para asegurar su direccionalidad y recepción. O sea, debo diseñar para un producto final confiable, y las partes no puedo dejarlas "sueltas" dentro del gabinete.

En mi experiencia, siempre ha sido más fácil solucionar el tema acople de audio desde lo físico que desde lo eléctrico. ¿Podés subir un croquis de cómo están dispuestos parlante y micrófono en el gabinete? 

Miguel: mañana con un poco de tiempo intento subirlo, si puedo pasar fotos mejor...

Estaría bueno como dijeron, si podes pasar tu diseño y contar cual es la finalidad para encontrar una solución mas acertada.

Alejo: dale, mañana intento subir más data del diseño. Respecto a la finalidad, amplio el concepto de la solución: el gabinete (equipo) se instala en una cabina de vehículo, básicamente sobre el torpedo, y desde allí el conductor puede tener una comunicación de voz (tipo manos libres), mediante el parlante y mic, los cuales deben estar dentro del gabinete. En otras cuestiones, el equipo se encuentra a una distancia aprox. de 0.5m del conductor, y el ambiente es ruidoso. La calidad de audio que sale del parlante es buena, y a buen volumen. Falta resolver el tema del mic y acople.

Hay algo que tenes que hacer seguro: Desacoplar el gabinete del parlante del gabinete del micrófono, la cara posterior del parlante no puede estar irradiando a la cara posterior de tu electret.

Alejo: no, no están "enfrentados" el mic y el parlante, si a eso te referís... pero sí están colocadas en el mismo "plano" del gabinete (cara frontal), o sea, apuntando al conductor del vehículo. Seguramente un "parte" del acople esté dado por que el sonido que sale del parlante va en forma directa (desde el costado) hacia el mic. Ahora que me pongo a pensar, algo que no probé es poniendo el parlante en la cara trasera del gabinete (podría aumentar el volumen del mismo si es que baja considerablemente...).

Lo segundo es trabajar sobre el circuito acústico del condenser para mejorar su directividad:
O bien compras otro electret directivo (no se que costos manejas pero suelen ser muy caros).
o se puede diseñar un encapsulado para mejorar su directividad generando cancelaciones entre la energía que absorbe en sus dos caras. Esto lo podes hacer con una impresora 3D (o en internet vas a encontrar de gente que perfora la parte posterior  del encapsulado de fabrica y obtiene ciertos resultados, capaz es lo mas fácil, comprar electrets de 10 pesos y ir probando como afecta). Una introducción al diseño de estos encapsulados la podes encontrar en el libro de Leo Beranek acoustics: sound fields and transducers en el capitulo de micrófonos.

Alejo: la idea es que la solución no sea costosa, considerando para la producción... Realmente no se los costos de esos mics. Y aparte, es necesario mantener la homogeneidad de la solución, y que no dependa de tener que hacer agujeros sobre los mics. Entiendo que eso sería una solución para un prototipo, pero para escala realmente no lo veo viable ni confiable. Por otro lado, gracias por la data del libro, con tiempo le voy a pegar un vistazo, pero ahora necesito ser práctico con encontrarle una solución al tema, sé que no estoy lejos!

Por último una solución electrónica es pasar la entrada por un filtro pasabanda entre 250 y 4K (como el de telefonía) que sin dudas va a bajar mucho el acople, pero sacrificas calidad de audio, que capaz no es de tanto interés para tu proyecto. Entre 250 y 4K te alcanza y para inteligibilidad de palabra.

Alejo: buena data, volviendo a decir que no soy un experimentado en el tema y que no se me caen muchas ideas más que cosas básicas, seguramente lo probaré!.

Un comentario al respecto, hay dos caminos acústicos de acople entre mic y parlante, uno es el que se da dentro del gabinete (abordable con los tratamientos acusticos que comentaban y que habías empezado a abordar con la espuma) y el otro se da por el ambiente. La cancelación eléctrica va orientada a resolver el segundo. Slds

Pablo: dale, lo tengo en cuenta, es justamente donde creo que está el origen de todo este drama: que se acopla acústicamente a través del mismo ambiente. Pongo mis fichas en solucionarlo por ese lado!

Bueno, voy a seguir varias de las cosas que comentaron y les comento resultados. La verdad agradezco el interés y el aporte a todos!

Saludos!

Mauro.

[Pablo Nobati]

Un comentario más, Mauro: cuando vayas a implementar la cancelación, tené en cuenta la fase de la señal, te conviene eliminar toda fuente de distorsión de fase del trayecto de la señal a cancelar. 

Por ejemplo, si vas a limitar el ancho de banda de la señal de microfono, te conviene poner el filtro pasa banda después de la cancelación, para que no te compliquen los desfasajes introducidos por el filtro.

Por otra parte, tenés una forma relativamente sencilla de medir tanto la situación actual de acople como las mejoras que introducís, para saber si vas por el camino correcto. Hacé que el parlante saque tonos puros de audio dentro del ancho de banda util, tono de prueba de audio por excelencia: 1kHz. Luego, en el ambiente de instalación final y con el mayor silencio que puedas lograr para que el ruido ambiente no te contamine la medición, medís con el osciloscopio la salida de la cancelación. 

Podés calibrar la cancelación óptima para ese tono y corroborar si la cancelación se mantiene razonablemente efectiva para el resto del ancho de banda pasante.

Slds

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[superhamradio .]

Mauro: probaste de girar 90 grados el parlante ???

Leo.

[Mauro Moreyra]

Bueno, sigo agradeciendo los aportes, aún no pude ponerme a revisar todo lo que me dijeron. Pero tengo una consulta rápida: en qué casa de electrónica y/o de audio puedo conseguir micrófonos electret unidireccionales? más allá del acople, creo que me ayudaría mucho usar un mic unidireccional. Hasta el momento pude probar con omnidireccional y de cancelación de ruidos (bidireccional), pero ambos patrones no me ayudan mucho, ya que necesito captar el sonido desde el frente unicamente... al captar "únicamente" del frente, reduciría en buena medida el sonido proveniente de otras direcciones... Sé que una opción es traer de afuera, pero tal vez en capital y alrededores alguien los vende, aunque en las casas que visité no conseguí (las que están sobre Paraná, en el centro).

Mauro: probaste de girar 90 grados el parlante ???

Leo: si, probé y no cambia nada prácticamente. Seguramente el tema del tipo de mic electret que estoy usando tenga que ver con que esto que me indicas no esté sirviendo...

Por otra parte, tenés una forma relativamente sencilla de medir tanto la situación actual de acople como las mejoras que introducís, para saber si vas por el camino correcto. Hacé que el parlante saque tonos puros de audio dentro del ancho de banda util, tono de prueba de audio por excelencia: 1kHz. Luego, en el ambiente de instalación final y con el mayor silencio que puedas lograr para que el ruido ambiente no te contamine la medición, medís con el osciloscopio la salida de la cancelación. 

Pablo: lamentablemente no tengo tan a mano un osciloscopio, creo que el finde que viene voy a poder disponer de uno.

[Alejo Garcia Bondarenko]

Buenas Mauro,

Con respecto a la directividad del microfono es como te comenté arriba, dudo mucho que consigas capsulas electret direccionales en casas de electrónica acá, vas a tener que pedirlo afuera, y si los hay, son bastante caros.

Para cambiar esta directividad a un omnidireccional, tenes que modificarle la capsula como te comenté arriba. 

Fijate en este fabricante: https://www.cui.com/catalog/audio/microphones/electret-condenser-microphones?pg=3

las capsulas de los direccionales comparadas con los omni, tienen agujeros en la parte de atras. 

En un mic omnidireccional la unica cara sensible está en el frente, osea que por detras la cápsula está cerrada, no importa la dirección del sonido el microfono tiene la misma sensibilidad.

Ahora si el mic tiene la parte de atras de la capsula abierta, el sonido que esté a 90 grados del frente del diafragma, llega al frente y a la cara posterior al mismo tiempo pero invertido de fase, entonces se cancela completamente. Estos son los bidireccionales o figura de 8.

Entonces si la parte posterior no esta cerrada ni abierta, y tiene un diseño tal que se generen cancelaciones a una dirección de interes, estamos hablando de un mic direccional. Acá un ejemplo:

Idealmente hay que comprar alguno ya diseñado, pero si buscas en google mas de uno encontro soluciones caseras modificando la capsula.

Saludos, suerte con el proyecto!

[Mc GRATH Carlos]

Hola espero que aporte para la solución 

Muchas gracias

Saludos cordiales

Mc Grath Carlos
mcgrath...@gmail.com

+5491132698193
   

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[Mauro Moreyra]

Entonces si la parte posterior no esta cerrada ni abierta, y tiene un diseño tal que se generen cancelaciones a una dirección de interes, estamos hablando de un mic direccional. Acá un ejemplo:

Alejo: si, buscando encontré eso que decís, artilugios caseros modificando cápsulas de mics; ví todos los videos de EEVblog referidos a micrófonos https://www.youtube.com/playlist?list=PLHoGZ7nuFTo8VmQBhzZxl-qDEIN7T5Vt8 (ya que estábamos...); leí mucha información en general. En realidad pongo todo mi esfuerzo en lograr un diseño "estandar" y que no dependa de tener que andar modificando cápsulas... Y con la calentura que ya vengo llevando con este tema, me adelanté a tu comentario jaja, y justo ayer hice una compra por Digikey de varios micrófonos de ese mismo fabricante CUI. No son tan caros después de todo (depende del modelo, entre 0.6 a 3 dólares cada uno). Por el momento me voy a sentar a esperar a que lleguen (próx semana).

Hola espero que aporte para la solución.

Carlos: voy a revisar el diseño, gracias por la información!