Cảm Biến Âm Thanh Là Gì? Cầu Tạo Và Ứng Dụng

Trong cuộc sống của con người hiện nay có những thiết bị như cảm biến anh sáng, cảm biến áp suất, cảm biến tiệm cận,…đều mang đến những ứng dụng hữu ích đối với con người và thiết bị cảm biến âm thanh cũng là một trong số đó.

Nhưng ít ai biết rõ về nguyên lý hoạt động của chúng. Chúng không những phổ biến mà còn được ứng dụng đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ các doanh nghiệp cho đến tổ chức hay các thiết bị trong gia đình.

Vậy cảm biến âm thanh là gì? 

Nguyên lý hoạt động của cảm biến âm thanh như thế nào? 

ứng dụng của chúng ra sao?

Hãy cùng tôi tìm hiểu ngay những thông tin cần biết về cảm biến âm thanh ngay qua bài viết dưới đây nhé.

Cảm Biến Âm Thanh Là Gì?

Cảm biến âm thanh là một thiết bị công nghệ được sử dụng để chuyển đổi âm thanh thành các tín hiệu điện. Nó giúp các thiết bị điện tử và máy móc có khả năng phản ứng và tương tác với mọi thứ xung quanh. 

Cảm biến âm thanh có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như điều khiển giọng nói, điều khiển từ xa, hệ thống giao thông thông minh. Với độ chính xác và độ nhạy rất cao của thiết bị, có thể thay đổi và điều chỉnh phù hợp cho việc sử dụng dễ dàng hơn.

Với thiết bị cảm biến âm thanh này còn có khả năng xác định mức độ nhiễu db (Decibel) với khoảng tần số từ 3kHz-6kHz xấp xỉ mức tần số mà tai người có thể nghe được.

Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động Của Cảm Biến Âm Thanh

Cấu tạo

Cảm biến âm thanh có cấu tạo phức tạp, tùy thuộc vào loại cảm biến và công nghệ được sử dụng. Dưới đây là một số cấu tạo cơ bản của một thiết bị cảm biến âm thanh:

• Màng cảm biến

Màng cảm biến là bộ phận quan trọng của cảm biến âm thanh và thường được làm từ các vật liệu nhạy với âm thanh như polymer, kim loại hoặc gốm. Màng này có tác dụng chịu tác động của âm thanh và biến đổi âm thanh thành chuyển động cơ học.

• Điện cực

Điện cực là bộ phần nằm ở trên màng cảm biến, thường được làm từ vật liệu có tác dụng dẫn điện như kim loại hoặc dẫn điện màng. Khi màng cảm biến chuyển động do áp suất âm thanh thì điện cực sẽ tạo ra một tín hiệu điện tương ứng.

• Điện tử chuyển đổi

Tín hiệu điện tử được chuyển đổi và xử lý với các linh kiện điện tử như amplifier (khuếch đại), filter (bộ lọc) và ADC (Analog to Digital Converter – bộ chuyển đổi tương tự số). Các linh kiện này giúp tăng cường tín hiệu và chuyển đổi nó thành dạng số để dễ dàng xử lý và phân tích.

Phần chân pin là nơi đóng vai trò quan trọng trong một thiết bị âm thanh. Tại đây sẽ có 3 phần chân pin khác nhau để giúp thực hiện hoạt động của cảm biến gồm:

• Chân pin 1 (VCC): 4V đến 6V.
• Chân pin 2 (GND): chân nối Mass.
• Chân pin 3 (OUT): chân đầu ra của tín hiệu số.

Nguyên lý hoạt động

Để hiểu rõ hơn về thiết bị này thì chúng ta không thể bỏ qua việc tìm hiểu nguyên lý hoạt động. Cụ thể hơn là dựa theo cơ chế làm việc của tai người. Cảm biến âm thanh sử dụng những rung động trong môi trường xung quanh để nhận diện và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện.

Khi có bất kỳ nguồn âm thanh nào phát ra trong không khí cũng sẽ khiến cho các phân tử trong không khí ở bề mặt bị rung động và cho những những phần tử trong không khí bên cạnh bị rung động theo. Việc này, tạo ra áp lực dao động và tần số dao động của âm thanh.

Với phần màng cảm biến được thiết kế cùng nhiều nam châm được xoắn bằng dây kim loại để tạo thành. Khi có tín hiệu âm thanh chạm vào màng cảm biến thì phâm nam châm trong cảm biến sẽ xảy ra sự rung động, từ cuộn dây kim loại kích thích tạo thành dòng điện .

Tín hiệu điện sẽ được truyền qua các thiết bị lọc để loại bỏ nhiễu và những tín hiệu không mong muốn đảm bảo được chính xác dữ liệu thu được và chuyển thông tin tín hiệu thành dạng 0 và 1. Từ đó giúp sẽ giúp phát hiện và nhận biết được âm thanh.

Dựa trên những thông số được hiển thị ở chân pin 3 (OUT) mà ta có thể biết được âm thanh đang ở mức độ nào. Chân pin 3 biểu hiện thông số hiển thị 1 là mức bình thường cao. Khi có âm thanh vượt quá ngưỡng cài đặt thì sẽ kích hoạt báo hiệu âm thanh vượt quá ngưỡng, lúc này chân pin 3 sẽ hiện 0 là mức thấp nhất.

Phân Loại Cảm Biến Âm Thanh

Cảm biến âm thanh là thiết bị điện tử có khả năng nhận biết và phát hiện sóng âm thanh sau đó chuyển đổi thành tín hiệu điện để xử lý. Chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

Có nhiều cách để phân loại cảm biến âm thanh nhưng phổ biến nhất vẫn là dựa trên nguyên tắc hoạt động và ứng dụng.

Dựa trên nguyên tắc hoạt động

• Cảm biến điện từ

Cảm biến điện tử sử dụng một cuộn dây nam châm để chuyển đổi những chuyển động cơ học đến từ màng cảm biển thành tín hiệu điện. Loại cảm biến này được sử dụng nhiều trong micro và loa.

• Cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung sử dụng những thay đổi điện dung giữa hai cực để đo lường sử chuyển động của màng cảm biến. Cảm biến điện dung thường được sử dụng cho điện thoại di động thông minh và các loại tai nghe.

• Cảm biến áp điện

Cảm biến áp điện sử dụng hiệu ứng áp điện để chuyển đổi áp lực âm thanh thành tín hiệu điện. Cảm biến điện thường được sử dụng trong micro thu âm và cảm biến va đập.

• Cảm biến quang học

Cảm biến quang học sử dụng ánh sáng để đo lường chuyển động đến từ màng cảm biến. Cảm biến quang học thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao chẳng hạn như đo lường âm thanh trong phòng thu âm,…

Dựa trên ứng dụng sẽ có những loại cảm biến sau

• Micro

Micro là loại cảm biến âm thanh phổ biến nhất, chuyên được sử dụng để thu âm thanh và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Micro có rất nhiều loại khác nhau. Mỗi loại được thiết kế theo từng ứng dụng cụ thể như thu âm, karaoke, headset,…

• Cảm biến tiếng ồn

Cảm biến tiếng ồn được sử dụng để phát hiện và đo lường mức độ tiếng ồn trong không gian. Chúng thường được sử dụng trong an ninh và các ứng dụng kiểm soát tiếng ồn.

• Cảm biến âm thanh siêu âm

Cảm biến âm thanh siêu âm sử dụng sóng âm thanh tần số cao hơn 20kHz để phát hiện ra vật thể và đo lường khoảng cách. Chúng thường được sử dụng nhiều trong các ứng dụng sonar và cảm biến tiệm cận.

• Cảm biến nhịp tim

Cảm biến nhịp tim sử dụng sóng âm thanh để đo lường nhịp tim. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng đo lường sức khỏe và thể thao.

Ngoài ra, còn có rất nhiều loại cảm biến âm thanh chuyên dụng khác được sử dụng trong nhiều lĩnh vực cụ thể như y tế, cảm biến dưới nước,…

Lựa chọn loại cảm biến âm thanh phù hợp tùy thuộc vào nhu cầu của bạn, hãy cân nhắc các yếu tố về độ nhạy, dải tần số, kích thước và cả công nghệ khi lựa chọn sử dụng cảm biến.

Ưu Và Nhược Điểm Của Cảm Biến Âm Thanh

Dưới đây là những ưu điểm cũng như nhược điểm của cảm biến âm thanh:

Ưu Điểm:

• Khả năng phát hiện và đo lường âm thanh chính xác, nhạy bén.
• Có thể hoạt động đa dạng trong nhiều môi trường khác nhau.
• Kích thước nhỏ gọn, tiện lợi cho việc lắp đặt và sử dụng.
• Mức tiêu thụ điện năng thấp, giá cả hợp lý.
• Có thể kết nối với nhiều loại thiết bị điều khiển và nhiều loại thiết bị điện tử thông minh.

Nhược Điểm

• Một số loại cảm biến có độ nhạy cao, sẽ dễ bị ảnh hưởng bởi những tiếng ồn xung quanh.

• Khả năng phân biệt các loại âm thanh khác nhau còn bị hạn chế.

• Một số loại cần phải lập trình mới có thể sử dụng một số chức năng cụ thể.

Ứng Dụng Của Cảm Biến Âm Thanh

Cảm biến âm thanh có rất nhiều ứng dụng trong đời sống hiện nay, từ đơn giản cho đến phức tạp. Dưới đây là một số ứng dụng của cảm biến âm thanh:

• Ứng dụng cho hệ thống bảo mật

Cảm biến âm thanh có thể sử dụng để phát hiện tiếng động, những tiếng ồn lớn, tiếng kính vỡ và những âm thanh bất thường khác trong một phạm vi nhất định. Từ đó, bắt đầu kích hoạt báo động cảnh báo những bất thường đến hệ thống hay các camera an ninh.

• Sử dụng để nhận diện giọng nói

Cảm biến âm thanh có thể sử dụng để thu thập thông tin và phân tích điểm nhận diện giọng nói. Từ đó nhận dạng và xác định giọng nói của con người. Ứng dụng điển hình là sự dụng trong công nghệ nhận dạng giọng nói và các hệ thống có thể điều khiển thông qua giọng nói.

• Sử dụng để ghi âm

Cảm biến âm thanh được sử dụng rất phổ biến trong các thiết bị ghi âm như máy thu âm, điện thoại di động thông minh và một số thiết bị ghi âm khác. Nó cho phép người sử dụng ghi lại những âm thanh đã nói và có thể lưu trữ để nghe lại vào sau này.

• Sử dụng cho định vì và đo lường khoảng cách

Cảm biến âm thanh có thể được sử dụng để định vị và đo lường khoảng cách thông qua radar âm thanh bằng cách phát ra sóng âm thanh siêu âm đến vật và phản xạ ngược lại về cảm biến từ đó có thể đo lường khoảng cách một cách chính xác.

Ngoài ra, nó còn có thể sử dụng để định vị trong môi trường có nhiều sương mù hay hệ thống đo khoảng cách cho các ứng dụng công nghệ robot.

• Sử dụng để tạo nên ngôi nhà thông minh

Cảm biến âm thanh có thể sử dụng đến nhận dạng các lệnh, câu thoại. Cảm biến này đóng một vai trò thiết yếu giúp chúng ta có thể điều khiển các thiết bị điện tử trong nhà như đèn, tivi, tủ lạnh, quạt, điều hòa trong nhà bằng cách phát âm câu lệnh qua giọng nói hoặc là tiếng vỗ tay tùy vào lập trình.

Ngoài ra, cảm biến âm thanh cũng có thể sử dụng để kích hoạt tự động các thiết bị điện tử dựa trên âm thanh như tự động bật đèn khi có người ra vào hoặc tự động tắt ti vi khi không có người xem.

• Một số ứng dụng khác

Cảm biến âm thanh còn có thể sử dụng để nhận dạng âm thanh để phân biệt các loại âm thanh khác nhau như tiếng xe cộ, tiếng nhạc…Hay sử dụng trong các ứng dụng giáo dục để giúp học sinh học cách phát âm, luyện giọng,…

Ngoài ra, còn được sử dụng trong các ứng dụng ý tế như đo nhịp tim, nhịp thở, tiếng ho,…Và còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nữa.

Hướng Dẫn Sử Dụng Cảm Biến Âm Thanh

Việc sử dụng cảm biến âm thanh phải phụ thuộc vào từng loại cảm biến. Tuy nhiên, vẫn có cách sử dụng chung gồm những bước sau:

• Kết nối cảm biến âm thanh với nguồn điện: vì cảm biến thường cần phải có nguồn điện cung cấp mới có thể sử dụng được. Có thể kết nối cảm biến với dây dẫn đến nguồn điện hoặc có thể sử dụng pin.
• Kết nối cảm biến âm thanh với vi điều khiển nếu có: Nếu bạn muốn sử dụng cảm biến âm thanh với vi điều khiển thì có thể sử dụng dây dẫn để kết nối.
• Lập trình vi điều khiển trước khi sử dụng: Nếu sử dụng vi điều khiển bạn phải lập trình trước khi cho cảm biến hoạt động để vi điều khiển có thể xử lý các tín hiệu từ cảm biến âm thanh một cách chính xác nhất.
• Thử nghiệm: Sau khi hoàn thành nhưng quy trình trên, nên thử nghiệm trước khi đưa vào hoạt động chính thức để đảm bảo cảm biến vận hành đúng, có thể điều chỉnh độ nhạy của cảm biến nếu cần thiết.

Những Lưu Ý Khi Sử Dụng Cảm Biến Âm Thanh

1/ Lựa chọn cảm biến phù hợp

• Việc xác định loại cảm biến phù hợp với nhu cầu của mình rất quan trọng vì mỗi loại cảm biến sẽ có những ứng dụng khác nhau.
• Xem xét về độ nhạy, tần số hoạt động, kích thước của cảm biến trước khi mua

2/ Lắp đặt cảm biến

• Lắp đặt cảm biến ở vị trí phù hợp để có thể thu nhận thông tin âm thanh chuẩn xác nhất và tránh được các nguồn gây nhiễu âm thanh.
• Trong quá trình lắp đặt phải luôn đảm bảo cảm biến được kết nối đúng với nguồn điện và vi điều khiển nếu có.

3/ Sử dụng và điều chỉnh

• Cung cấp nguồn điện phù hợp cho cảm biến để đảm bảo thiết bị có thể hoạt động, và tuổi thọ được kéo dài.
• Lập trình vi điều khiển (nếu có) để xử lý thông tin được thu nhận về.
• Bảo dưỡng và bảo trì định kỳ thiết bị cảm biến để đảm bảo nó luôn hoạt động một cách chính xác.

4/ Một vài lưu ý khác

• Tránh để cảm biến tiếp xúc với nước hay các loại hóa chất khác.
• Bảo vệ cảm biến khỏi bụi bẩn và tránh tình trạng bị va đập.
• Sử dụng cảm biến trong môi trường có nhiệt độ phù hợp.
• Nên tham khảo kỹ hướng dẫn từ nhà sản xuất để đảm bảo vận hành thiết bị đúng cách.

Ngoài ra, cũng còn một số điểm sau mà bạn cần lưu ý:

• Cảm biến âm thanh có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều loại tiếng ồn xung quanh, do đó cần lắp đặt ở những vị trí phù hợp để giảm thiểu tối đa tính trạng này.
• Cảm biến âm thanh sẽ bị ảnh hưởng bởi các thiết bị điện tử khác, vì vậy cần để tránh xa các thiết bị này.

Giải Đáp Những Thắc Mắc Về Cảm Biến Âm Thanh

• Cảm biến âm thanh là gì?

Cảm biến âm thanh là thiết bị điện tử có thể chuyển đổi sóng âm thanh thành tín hiệu điện. Hoạt động bằng việc thu nhận rung động của âm thanh và biến chúng thành điện áp. Điện áp dùng để đo mức độ âm thanh, tần số hoặc các đặc điểm khác của âm thanh.

• Độ nhạy của cảm biến âm thanh là gì?

Độ nhạy của cảm biến âm thanh hay còn gọi là micro, là chỉ số dùng để đo lường khả năng thu nhận tín hiệu âm thanh của cảm biến. Được biểu thị bằng đơn vị db (Decibel) và cho biết mức độ điện áp đầu ra của cảm biến khi tiếp xúc với một mức độ âm thanh nhất định.

• Loại cảm biến âm thanh nào tốt nhất ?

Không có câu trả lời cho câu hỏi này vì loại cảm biến tốt sẽ phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể, vì mỗi loại cảm biến sẽ có ưu điểm khác nhau. 

• Có thể Lập trình cảm biến âm thanh không?

Một số loại cảm biến âm thanh có thể lập trình để thực hiện những tính năng cụ thể mà bạn mong muốn, nhưng không hoàn toàn là chức năng nào cũng có thể lập trình được.

• Loại cảm biến âm thanh nào phù hợp với tôi?

Loại cảm biến âm thanh phù hợp với bạn phải tùy thuộc vào nhu cầu của bạn, nếu bạn cần đo lường âm thanh thì cảm biến âm thanh điện từ rất phù hợp còn nếu bạn cần đo tần số thì cảm biến âm thanh áp suất là lựa chọn tốt nhất.

Kết luận

Tóm lại, cảm biến âm thanh đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và đời sống thường ngày. Nhờ những ứng dụng đa dạng và lợi ích thiết thực mà nó đem lại, cảm biến âm thanh ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến.

Với sự phát triển không ngừng nghỉ của khoa học kỵ thuật hiện đại, các công nghệ mới đang được ứng dụng cảm biến âm thanh sẽ mang lại những đột phá và cải tiến trong tương lai.

Bài viết trên đã cung cấp những thông tin mà tôi biết về cảm biến âm thanh từ khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng,…nhiều kiến thức bổ ích để bản hiểu thêm về thiết bị này. Hiểu được những tiến bộ công nghệ mang đến những thay đổi lớn cho cuộc sống con người ra sao. Cảm ơn vì đã đọc bài viết này.

xem thêm bài viết về các loại van công nghiệp.