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Devido ao seu pequeno tamanho e capacidade de montagem em placas de circuito impresso, microfones microeletro-mecânicos (MEMS) são amplamente utilizados em dispositivos como smartphones, laptops e aplicações IoT (Internet of Things). Recentemente, vêm ganhando espaço na indústria de instrumentação para acústica e áudio, tanto em aplicações com poucos sensores (um a quatro), quanto naquelas que envolvem um grande número de transdutores, como, por exemplo, no imageamento acústico (beamforming) e gravação imersiva (arranjo ambisonics). Sua vantagem consiste no preço e tamanho reduzidos, aliados a uma resposta em frequência adequada, relação sinal-ruído apropriada e alta padronização (de fabricação). Alguns modelos possuem saída digital, dispensando a necessidade de um conversor analógico-digital. Nesse caso, o sinal é transmitido por meio de um protocolo de comunicação e faz-se necessário um dispositivo capaz de se comunicar com o microfone e adquirir seus sinais. O presente trabalho tem como objetivo demonstrar os aspectos práticos acerca da aquisição dos sinais de um microfone MEMS digital por meio do microcontrolador Teensy. Ele é compatível com Arduino, possuindo a mesma lógica e linguagem de programação, facilitando a adaptação de projetos. Um breve histórico da tecnologia MEMS é apresentado, seguido por uma descrição dos protocolos de comunicação normalmente implementados nos microfones digitais. Na sequência, comenta-se sobre as características técnicas do Teensy 4.0, bem como as ferramentas de processamento de sinais de áudio presentes em sua biblioteca, apresentando um panorama dos tipos de objeto nela contidos. Por fim, é descrito o passo a passo de como configurar o Teensy 4.0 para realizar a aquisição de sinais de um microfone digital I2S (Inter-IC Sound) e transmiti-lo via USB para um computador. Com isso, pode-se plotar os dados ou tecer novos processamentos (como o cálculo do nível de pressão sonora, por exemplo).
Due to their small size and surface-mounting capability, micro-electrical-mechanical (MEMS) microphones are widely present in gadgets like smartphones, laptops, and IoT (internet of things) applications. Recently, they have been conquering space in the audio and acoustics instrumentation industry, both in applications involving a few sensors (one to four) and in those that require a great number of transducers, such as acoustic imaging (beamforming) and immersive recording (ambisonics arrays). Their advantages are a low-cost and small size, adequate frequency response, and high manufacturing standardization. Some models have a digital output, dispensing the use of external analog-to-digital converters (ADC). In this case, the microphone signal is transmitted through a digital communication protocol, requiring a controller device for the data acquisition. This work aims to show how to acquire data from a digital MEMS microphone using the Teensy 4.0 microcontroller, an Arduino-compatible board. A brief historical background of the MEMS technology is shown, followed by a description of the communication protocols found in digital models. In the following, Teensy’s technical characteristics are detailed, focusing on its library for audio signal processing and providing a quick overview of its available tools. Finally, a tutorial explains how to configure Teensy to acquire signals from an I2S digital MEMS microphone and transmit it through USB to a computer, making it possible to plot the results and do further processing (such as sound pressure level calculations).
