Detetar som com MAX4466 e Arduino

Neste tutorial, vais aprender a detetar som com um microfone MAX4466 e um Arduino ou ESP32. Vamos usar o MAX4466 para medir o volume, ligar um LED se estiver muito alto e controlar um dispositivo, como uma lâmpada, com palmas.

Vamos começar com as peças necessárias.

Peças Necessárias

Vais precisar de um Arduino, ESP32, ESP8266 ou microcontrolador semelhante e do Módulo de Microfone MAX4466. Para construir os exemplos de aplicação, também vais precisar de um módulo de relé, alguns fios, resistores e LEDs.

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Características do Módulo de Microfone MAX4466

O módulo de microfone MAX4466 é uma placa breakout com um microfone eletreto de 20-20KHz e o MAX4466 circuito integrado pré-amplificador. Na parte de trás da placa há um pequeno trimmer que permite ajustar o ganho de 25x a 125x. A imagem abaixo mostra a frente e o verso da placa:

O módulo funciona com 2.4…5.5V com uma corrente de alimentação em repouso muito baixa, inferior a 24μA. Para um bom desempenho, usa a fonte de alimentação mais “silenciosa” disponível. Esta seria o pino de 3.3V de um Arduino ou ESP32.

Note que a tensão máxima de saída no pino OUT varia de 0 V a VCC. Se ligares a saída ao Conversor Analógico-Digital (ADC) do teu microcontrolador, certifica-te de que ele suporta a tensão máxima de saída! A saída terá um viés de VCC/2. Portanto, quando estiver completamente silencioso, a tensão de saída será VCC/2 V.

Para mais detalhes técnicos, consulta o Datasheet do MAX4466 que está ligado abaixo:

Ligação do MAX4466 ao Arduino/ESP32

Ligar o módulo MAX4466 a um Arduino UNO é fácil. Basta ligar GND a GND, VCC a 3.3V e o pino de saída OUT do MAX4466 à entrada analógica A0, como mostrado abaixo:

Também podes ligar o pino VCC do módulo MAX4466 a 5V para obteres melhor resolução na entrada analógica A0, mas a entrada ficará um pouco mais ruidosa.

Se usares um ESP32, deves alimentar o módulo MAX4466 com 3.3V, pois a saída máxima do módulo depende do VCC e com 5V a tensão na entrada analógica seria demasiado alta!

Exemplos de Código

Nas secções seguintes encontrarás três exemplos de código sobre como usar o MAX4466.

Código: Mostrar Medições do MAX4466

Neste primeiro exemplo mostramos as leituras do MAX4466 no Monitor Serial ou Plotter:

const byte micPin = A0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(micPin, INPUT);
}

void loop() {
  int value = analogRead(micPin);
  Serial.println(value);
  delay(100);  
}

O código é muito simples. Primeiro definimos o pino onde o microfone MAX4466 está ligado (micPin = A0).

Na função setup inicializamos a comunicação serial e declaramos o micPin como entrada. Na função loop lemos o sinal do microfone do micPin e imprimimos o valor medido no monitor serial.

O gráfico seguinte mostra a saída no Serial Plotter ao bater palmas três vezes. É possível ver claramente os três picos no sinal no gráfico:

Usei um ESP32 para este gráfico, que tem melhor resolução na entrada analógica. Se usares um Arduino UNO, verás valores entre 0 e 1024 no eixo y.

Note que o sinal em silêncio total está cerca de metade do máximo da entrada analógica. No caso do ESP32, onde a resolução da entrada analógica é 0…4095, o valor ronda os 2000. No Arduino UNO, o valor em silêncio será cerca de 500.

Se olhares novamente para o gráfico, vais notar que os picos podem ser positivos e negativos. Isto acontece porque o microfone MAX4466 mede essencialmente a variação da pressão do ar causada por um som. Dependendo do momento em que a medição é feita durante a onda sonora, pode ser pressão baixa ou alta.

Isto significa que, para medir o volume de um som, não podemos apenas usar o valor máximo, mas devemos calcular a diferença em relação à linha base (silêncio). E é isso que vamos fazer no próximo exemplo para controlar um LED.

Código: Ligar LED se estiver muito alto

Neste exemplo vamos ligar um LED se o microfone detetar um som alto. Abaixo está a ligação. É igual à anterior, com a adição de um LED ligado ao pino 11. Nota que precisas de um resistor de 220 Ω para o LED para limitar a corrente.

O código seguinte lê o sinal do microfone, calcula um valor de volume e, se o volume for maior que um determinado limiar, liga o LED durante um segundo:

const byte micPin = A0;
const byte ledPin = 11;
const int threshold = 100;

void setup() {
  pinMode(micPin, INPUT);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  static int last = 0;

  int value = analogRead(micPin);
  int loudness = abs(last-value);

  if (last && loudness > threshold) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    delay(1000);
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
  last = value;
  delay(1);  
}

O código começa por definir os pinos do microfone e do LED, e o limiar de volume. Na função setup declaramos o pino do microfone como entrada e o do LED como saída.

Na função setup declaramos uma variável estática last que guarda o valor last (anterior) que o microfone registou. Calculando a diferença absoluta abs entre o last e o valor atual value, obtemos uma medida do volume:

int loudness = abs(last-value);

Se tivermos um valor last e o loudness for maior que o threshold, ligamos o LED durante um segundo e depois desligamos:

  if (last && loudness > threshold) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    delay(1000);
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }

Podes ajustar o quão alto o som precisa de ser para ativar o LED alterando o limiar. Um limiar mais baixo torna a deteção mais sensível. De igual forma, podes alterar o tempo que o LED fica ligado.

Este circuito é adequado como um sistema simples de luz ou alarme sem toque que ativa uma lâmpada quando um som é detetado.

Código: Controlar Relé/Luz com Palmas

Neste exemplo ligamos um relé quando uma primeira palma é detetada e desligamos quando uma segunda palma é detetada. Abaixo está a ligação para este exemplo. Basicamente substitui o LED do exemplo anterior por um relé.

O pino DC+ (VCC) do relé está ligado a 5V e o pino DC- (GND) está ligado a GND. O pino de entrada IN está ligado ao pino 11 do Arduino.

O relé pode ser usado para ligar dispositivos de alta tensão e corrente, como uma lâmpada, conforme mostrado no circuito. Tem muito cuidado ao trabalhar com tensões de 110 ou 220 volts! Também certifica-te de que o teu relé tem a classificação adequada para os dispositivos que queres controlar.

Se quiseres aprender mais sobre relés, dá uma vista de olhos ao nosso How To Use A Relay With Arduino ou ao tutorial Interfacing a Relay Module With ESP32. O tutorial sobre How To Control a Fan using Arduino também pode ser útil.

Abaixo está o código para este exemplo. Como antes, mede o volume, mas também guarda o estado state do relé (HIGH ou LOW). Se o loudnes ultrapassar o threshold, o state do relé é alterado. Isto significa que bater palmas duas vezes, por exemplo, liga o relé na primeira e desliga na segunda. Não há tempo fixo ligado, como no exemplo anterior.

const byte micPin = A0;
const byte relayPin = 11;
const int threshold = 100;

void setup() {
  pinMode(micPin, INPUT);
  pinMode(relayPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  static uint8_t state = LOW;
  static int last = 0;

  int value = analogRead(micPin);
  int loudness = abs(last-value);

  if (last && loudness > threshold) {
    state = state == HIGH ? LOW : HIGH;
    digitalWrite(relayPin, state);
    value = 0;
    delay(100);
  }

  last = value;
  delay(1);
}

De resto, o código é praticamente igual ao exemplo anterior. A única diferença é o tratamento do evento quando o volume ultrapassa o limiar. Neste caso, o estado do relé é invertido e o novo estado é escrito na saída digital:

  if (last && loudness > threshold) {
    state = state == HIGH ? LOW : HIGH;
    digitalWrite(relayPin, state);
    value = 0;
    delay(100);
  }

Como antes, podes alterar o nível de som necessário para ativar o relé ajustando o parâmetro threshold.

Conclusões

Este artigo apresentou o módulo de microfone MAX4466 para detetar som com um Arduino, ESP32 ou microcontroladores semelhantes.

Usámos o MAX4466 para medir o volume do som, ligar um LED por um período fixo se o som ultrapassar um certo limiar, e controlar um relé com palmas. Se tiveres alguma dúvida, deixa nos comentários.

Boas experiências ; )