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理論?派・自作ローコストオーディオをやってますが、実はハイエンドやオカルトも好きだったりします。よろしくお願いします。

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日記

ラズパイでDSD録音!

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2021年10月30日

スミマセン、タイトル詐欺です。
正確にいうとDSDではなくて「DSDと同じPDM録音」です。
PCMではなくてPDM(Pulse Density Modulation)で録音するにはDSD対応のオーディオインターフェイスを使うかDSD対応のハンディレコーダーを使うのが、まあ「普通」でしょう。
でも普通じゃ面白くないのでもっと安価な方法を試してみます。

調べてみると、世の中には「デジタルマイク」と言うのがあってマイク自体がデジタル出力します。
USBやSPDIFなどのインターフェースが内蔵されているものではなくて、マイク素子自体がI2SやPDMのデジタル出力を行うものです。

memsマイクという超小型の半導体マイクで、アナログ出力、デジタル出力(I2S、SPI、PDM)などいろいろな種類があります。
その米粒よりも小さいmemsマイクのなかでPDM出力のものをラズパイに繋いで録音してみます。

私が買ったのは超音波対応のこれ

SPH0641LU4H-1-8

あまりにも小さく、単体で買ってもはんだ付けできそうにないので基板に実装されたものにしました。
秋月電子で税込み350円
スピーカーの調整には20kHzまで録音できれば十分なのですが、ハイレゾ対応のほうが気分が良いですね。
ちなみに周波数特性はフラットでは無いのであとで補正する必要があります。
周波数範囲は100-80kHzとなっていますが、感度が低下するだけで100Hz以下も録音できます。
SN比は64.3dBなので「まあまあ」。
音楽録音には物足りなそうですが測定用には十分です。
ただし120dB SPLで10% THD なので大音量には弱いです。
近接・大音量での測定には向きません。


今回の目的は測定用なのでモノラルですが、2個並列に接続すれば2chまで録音できます。
データ線1本に2つのmemsマイクを並列に接続してなぜ2chの録音が可能なのか?
memsマイクのジャンパー設定でクロックの「立ち上がり」「立ち下がり」の何方かでデータを出力するか選べるようになっています。
したがって立ち上がりと立ち下がりに設定した2つのmemsマイクを並列に接続すれば1本のデータ線で2chの信号が分離できるのです。

接続は4本、+3.3V、GND、CLOCK、DATA。
対応クロックは4.8MHzまで。残念ながら5.6MHzには対応していません。
オーディオインターフェイスの必要はなく、「ラズパイのピンに直接」につなぎます。

ここでまたまたタイトル詐欺。
4.8MHzのPDMデータは即座にPCMに変換してしまいます。
だってそうしないとイコライザで補正できないし。

変換にはラズパイ内蔵のPCMモージュルをPDMモードにして使います。
ラズパイは最初に発売された無印の頃からPDMデータを入力するためのモジュールが内蔵されているのです。
ただし、検索した範囲ではPDMマイクを直接接続するためのソフトが見つからなかったので適当に自作することにしました。

内蔵モジュールによって4.8MHzの1bitデータはCICフィルタを通って300kHz16bitのPCMデータに変換されます。
これをさらにソフトウェア(soxを使用)で96kHz24bitのflacに変換します。

録音したデータを手持ちの測定用コンデンサマイク(30kHzまで対応)と比較して補正データを作ってみました。

こんな感じ。


マイクスタンドにくくりつけてみた。(Pi3A+)

これでラズパイのHDMIから8chの測定信号を再生して一気に3way全部のユニットの測定を「時間軸を合わせて」できます。

つまりラズパイ+350円マイク+AVアンプで、測定からチャンデバ・イコライザ・再生までローコストで可能になったのです。

こんなことしなくてちゃんとした測定用マイクを使えよと言う意見もあるでしょうが、単に「やってみたかった」ということで。

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