解決麥克風放大模組產生雜音

撰寫:2022/9/11

發佈:2022/9/18

連結測試MAX4466駐極體電容式麥克風放大器模組或MAX9814麥克風放大器模組與USB audio音效裝置時，並不是簡單的將模組輸出端接入USB audio音效裝置的麥克風輸入端就好了，實際上對於音頻電路不熟悉的就會遇到很多問題，例如無訊號、或出現嗡嗡聲、電流滋滋雜聲、或發出高頻的雜音，當出現上述問題該如何解決呢?

你可以用前一段測試麥克風聲音輸入章節中Raspberry Pi 上的回授測試命令公用程式來測試麥克風輸入。以下列命令進行一個回授測試，所以對麥克風說話，可以在喇叭中聽到剛才所說的話來進行測試。

arecord --format=S16_LE --rate=16000 | aplay --format=S16_LE --rate=16000

在此經過網路趴文及自我測試，分別以其後各節來說明問題及可能原因與解決方法，雖然不能像音響專家能夠專業的分析，但是對於簡易的麥克風放大器模組連結USB audio音效裝置的上述問題應該可以解決。

麥克風放大模組連結錯誤

麥克風放大器模組需要連接的主要pins有GND, Vdd, Out的三個腳位，對於MAX9814麥克風放大器模組額外的兩個pins: Gain and AR主要與變動放大倍率有關，在此可以採用初始位準(default)就足夠了。在此GND, Vdd, Out的三個腳位，對電路基本觀念不熟悉的我，開始會與USB audio音效裝置以及電源連接錯誤，常見造成無聲音或只有出現嗡嗡聲，這些都與接地有關，主要有以下兩種情況：

無聲音訊號

測試情況：連接好線路再利用回授測試命令來測試，結果連一點聲音都聽不到。

可能原因：電源未接地，麥克風放大器模組根本沒有放大，如圖所示：

無聲音訊號只有出現嗡嗡聲

測試情況：連接好線路再利用回授測試命令來測試，結果連一點聲音都聽不到。

可能原因：USB音效卡麥克風輸入端聲音未接地，所以並沒有聲音或說是沒有差動訊號輸入，嗡嗡聲主要麥克風放大器模組放大器供電後的背景浮動電源的聲音；錯誤的連接如圖所示：

電源GND與3.5mm立體聲音訊端子GND必須同時接到模組GND端口，缺一不可：或許你認為USB audio裝置的GND就是Raspberry Pi的GND，所以3.5mm立體聲音訊端子GND也應該是USB audio裝置及Raspberry Pi的GND，所以可以只接其中一個就夠了；但實際上電路GND是分開的，測試若沒有接電源GND而只有接USB audio裝置的3.5mm立體聲音訊端子GND，電位是浮動空接，所以麥克風模組並沒有放大聲音輸出。若反過來，沒有接3.5mm立體聲音訊端子GND，就只聽到放大背景嗡嗡聲，並沒有聲音訊號輸出。

正確麥克風放大模組測試架構

為了確認麥克風放大器模組連接線路是否有問題，必須接上USB audio音效裝置的麥克風輸入端來進行測試，另外USB audio音效裝置還需要再接上聲音輸出裝置來確認，為了避免聲音問題來至聲音輸出裝置而造成判斷混淆，建議USB audio音效裝置接上單純的耳機來判斷麥克風放大器模組連接線路是否出現問題。因此麥克風放大器模組測試架構如下圖：

其中USB音效卡麥克風輸入端為差動聲音訊號輸入，所以麥克風放大器模組需要提供麥克風本身輸出out以及麥克風本身輸出聲音的差動GND接地，所以不能忘了將此腳位與電源接地相接。

只發出高頻強烈的雜音

測試情況：已經正確的連接好線路再利用回授測試命令來測試，結果一接上USB音效卡麥克風輸入端就有非常強烈的高頻tone的刺耳聲音。

可能原因：主要是麥克風放大器模組電源來源的問題。

在上述正確麥克風放大模組測試連接架構並沒有特別提到麥克風放大器模組電源來源從何引入，一般的思考可能從電源模組或Raspberry Pi腳位pin 2&3 5V提供電源，若採用這種接線方式就會引起USB音效卡以及麥克風放大器模組電源浮動的災難；仔細觀察Raspberry Pi的USB接口與電源模組或Raspberry Pi之間是獨立隔絕的5V，一般的麥克風也是採用獨立隔絕的電源；所以若從電源模組或Raspberry Pi腳位pin 2&3 5V提供電源給麥克風放大器模組就會造成電源浮動回授影響聲音而出現非常強烈的高頻tone的刺耳聲音。

聽不見對麥克風說話的聲音，但只能聽到不明顯的吹氣及敲擊聲

測試情況：已經正確的連接好線路再利用回授測試命令來測試，也注意電源來源採用與USB音效卡同樣的USB電源，但是聽不見對麥克風說話的聲音，但只能聽到不明顯的吹氣及敲擊聲音。

可能原因：主要是後級音效模組放大過大過飽和。

麥克風放大模組將非常微弱的麥克風聲波訊號放大，這屬與第一級(或稱前級)放大，後端接入到USB音效卡後會經過第二級(或稱後級)放大；前級放大可視為固定放大值，從MAX9814麥克風放大器模組規格如下來看：

Three Gain Settings (40dB, 50dB, 60dB)
Internal Low-Noise Microphone Bias, 2V

它初始放大為50dB，而輸出為2V偏壓訊號，DC offset 1.25V，所以輸入到USB音效卡後級放大過大時，後方採樣聲音的範圍就會超出ADC的動態範圍；當你對麥克風說話採用一般的聲音大小，經過放大範圍就會超出ADC的動態範圍，因此不會有聲音變化輸出，所以在回授喇叭就聽不見(如下圖上方的範例)；相反的，對麥克風吹器或敲擊，會製造出變化非常大的突波音效出來，雖然經過放大後大部分的聲音範圍就會超出ADC的動態範圍而不見了，但是小部分下方的訊號會經過ADC，所以在回授喇叭就聽見不明顯的聲音了(如下圖下方的範例)。