ภาพรวมโปรเจกต์

Raspberry Pi Pico นำเสนอชุดคุณสมบัติที่น่าสนใจสำหรับการอัดเสียง แม้ว่าจะเป็นบอร์ด microcontroller ที่เล็ก และราคาประหยัด แต่มันมี RP2040 ที่มีประสิทธิภาพ สามารถใช้เป็น USB Audio Device ได้โดยตรง ไม่จำเป็นต้องใช้บอร์ดเพิ่มเติมอื่น ๆ

โปรเจกต์นี้เหมาะสำหรับผู้ที่ต้องการ:

• → สร้างไมโครโฟนราคาต่ำสำหรับการบันทึกเสียง
• → เรียนรู้เกี่ยวกับการประมวลผลเสียงดิจิตอล
• → ทำความเข้าใจเทคนิค PDM (Pulse Density Modulation)
• → พัฒนาโปรเจกต์ IoT เกี่ยวกับเสียง

USB Microphone คืออะไร

USB Microphone เป็นอุปกรณ์ที่สามารถเชื่อมต่อเข้ากับคอมพิวเตอร์ผ่านสาย USB ได้โดยตรง ไม่จำเป็นต้องมีการ์ดเสียง (Sound Card) เพิ่มเติม คอมพิวเตอร์จะจำได้จดจำและรู้ว่าเป็นอุปกรณ์เสียง หลังจากเชื่อมต่อ และสามารถใช้งานได้ทันที

ใน Raspberry Pi Pico ที่มี RP2040 สามารถทำหน้าที่เป็น USB Audio Device ได้เอง! กล่าวคือเมื่อเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ Pico จะประกาศตัวเองว่า "ฉันคือ Microphone" แล้วคอมพิวเตอร์ก็จะอ่านเสียงจาก Pico ได้ทันที

การเลือกไมโครโฟน

ไมโครโฟนที่เหมาะสำหรับโปรเจกต์นี้คือ MEMS PDM Microphone โดยเฉพาะ ไมค์กล้อง INMP441 หรือ MP34DT01TR ซึ่งมีคุณสมบัติ:

• ขนาดเล็ก (MEMS):

  เป็น Microelectromechanical Systems ทำให้ขนาดเล็กมากและประหยัดพื้นที่

• ใช้ Protocol PDM:

  เป็นการส่งข้อมูลเสียงรูปแบบหนึ่งที่ต่างจากแบบปกติ (ดูรายละเอียดด้านล่าง)

• สายไฟน้อย:

  ต้องเพียง 3-4 สายสำหรับสาย CLK, DATA, VDD, GND ขณะที่ไมค์กล้องอื่นอาจต้องสายมากกว่า

• คุณภาพเสียงดี:

  เหมาะสำหรับบันทึกเสียงสาย ห้องประชุม และการพูดอย่างทั่วไป

คุณสามารถหา MEMS PDM Microphone ได้จากจำหน่ายออนไลน์ราคาประมาณ 50-150 บาท

หลักการ PDM (Pulse Density Modulation)

PDM เป็นวิธีการส่งสัญญาณเสียงรูปแบบหนึ่งที่อาจดูซับซ้อนแต่แนวความคิดพื้นฐานนั้นง่ายมาก

Raspberry Pi Pico ได้รับลำดับ bits นี้จากไมโครโฟน แล้วคำนวณความหนาแน่นของ 1 และ 0 เพื่อสร้างค่าเสียงที่แท้จริง เป็นกระบวนการทางคณิตศาสตร์ที่ถูกทำขึ้นอัตโนมัติ

Processing Pipeline

เมื่อ Pico รับข้อมูลเสียง PDM มันจะต้องประมวลผลมันให้เป็นรูปแบบ USB Audio ก่อน ที่เรียกว่า PCM (Pulse Code Modulation) ซึ่งเป็นมาตรฐาน

โชคดีที่มี Library ชื่อ pico-microphone ที่จัดการขั้นตอนนี้ให้เราแล้ว เราแค่เรียกใช้ Function พื้น ๆ ได้

Hardware Setup

การต่อสายนั้นง่ายมาก เพียงแค่ 4 สายเท่านั้น:

เพียงเท่านี้! ไม่จำเป็นต้องสร้าง Breadboard ที่ซับซ้อน Pico จะสอบสัญญาณเสียงจากไมโครโฟนและส่งออกผ่าน USB ได้ทันที

อุปกรณ์ที่ต้องใช้

ราคาประมาณ: 200-400 บาท (ขึ้นอยู่กับที่ซื้อ)

การตั้งค่าสภาพแวดล้อมการพัฒนา

ต้องติดตั้งเครื่องมือ Pico SDK สำหรับการเขียน compile โค้ด ตามขั้นตอนนี้:

หลังจากสำเร็จ ไฟล์ .uf2 จะถูก Generate ขึ้นมา ไฟล์นี้จะถูก Upload เข้าไปใน Pico

โค้ด Example

ด้านล่างคือตัวอย่างโค้ด C ที่ใช้กับ Pico SDK:

#include <stdio.h>
#include "pico/stdlib.h"
#include "pico/audio_i2s.h"

const uint MICROPHONE_CLK = 0;
const uint MICROPHONE_DATA = 1;

int main() {
    stdio_init_all();
    
    // ตั้งค่า PDM Microphone
    audio_i2s_config_t audio_config = {
        .sample_rate = 16000,  // 16 kHz
        .bit_width = 16,
        .stereo = false,
        .gpio_clk = MICROPHONE_CLK,
        .gpio_data = MICROPHONE_DATA,
    };
    
    audio_i2s_init(&audio_config);
    
    // Allocate buffer
    int16_t buffer[512];
    
    while (1) {
        // อ่านข้อมูลเสียงจากไมโครโฟน
        int samples_read = audio_i2s_read(buffer, 512);
        
        if (samples_read > 0) {
            // ส่งออกผ่าน USB Audio Device
            for (int i = 0; i < samples_read; i++) {
                printf("%d,", buffer[i]);
            }
            printf("\n");
        }
    }
    
    return 0;
}

โค้ดนี้เป็นตัวอย่างพื้นฐาน โปรเจกต์จริงจะมีรายละเอียดมากกว่านี้ เช่น USB Audio Class Implementation

Recording Audio Data

หลังจากที่ Pico ประมวลผลเสียง และส่งออกเป็น USB Audio Device แล้ว คอมพิวเตอร์จะจำได้จดจำว่ามี Microphone ใหม่เชื่อมต่ออยู่

ขณะนี้ คุณสามารถใช้ Pico Microphone ได้กับโปรแกรมใดก็ได้ที่ต้องการใช้ Microphone เช่น:

• ✓ Audacity: โปรแกรมบันทึกและตัดต่อเสียงฟรี
• ✓ Discord/Teams/Zoom: สำหรับวิดีโอคอล
• ✓ OBS Studio: สำหรับ Streaming
• ✓ โปรแกรมอื่น ๆ: ที่ต้องการใช้ Microphone

เคล็ดลับและการแก้ไขปัญหา