Выбираем измерительный микрофон...

[Stalin]

Напишите, пожалуйста, типы и по возможности характеристики используемых вами микрофонов для измерения параметров акустических систем.

Вот, что удалось найти:
Спасибо за кучу ссылок Ламеру со стажем,
Спасибо GREY за принесенный в жертву Behringer ECM8000,
Спасибо Ерофееву Ивану,
Спасибо Fenix-у за усилитель и Нингбо Йиньжоу зинглонг Электроникс ,
Новая схема микрофонного усилителя от Fenix-а,
Спасибо Ale за находку ,
Спасибо Randol,
EM9767 и вообще весь модельный ряд этой фирмы и подобной в ассортименте
Микрофоны DPA и их Reference microphone
Спасибо Yaroslaw за микрофоны фирмы "Брюль и Кьер"

Почему существуют вот такие микрофоны, если прктически фаворитами признаны капсули Panasonic WM60 и его "клоны", имеющие настолько ровную характеристику, стоящие около двух долларов?

[semimat]

Скорее всего "аппаратно" реализованы похожие сопротивления утечки, что и в ПТ типа 3372 в неск. ГОм. За счет этого входы не совсем болтаются в воздухе.

Я посмотрел даташит на этот операционник. У него входное сопротивление 10¹³ Ом! То есть десять тысяч гигом!! А сопротивление утечки загрязненной поверхности платы, думаю, меньше 100 ГОм, и может меняться в сотни раз от условий. Считаю, что рассчитывать на то, что эта утечка позволит создать воспроизводимый и стабильный пред, не стоит.

Так что с формулой шумов сопротивления? Логически - чем выше сопротивление - тем ниже д.б. шум (при КЗ его быть не должно и при отсутствии резистора сопр - бесконечность - тоже). Подозреваю, что в Ж-ФЕТ надо как-то источники шумов "приводить". Что-то там на что-то делится ... . . Извините за безграмотность.

У полевика в схеме ОИ с малой емкостью на входе (10 пФ) основную долю шумов на частотах ниже 5...10 кГц составляют шумы резистора утечки (чем ниже частота - тем больше их вклад). На частотах выше 10 кГц шумы резистора утечки шунтируются входной емкостью настолько, что становятся ниже шумов канала полевика, которые равны примерно 3...4 нВ/Гц^0.5 на всех частотах. Пока я так себе это представляю, но сам в этом и сомневаюсь, поскольку тогда расчет дает при сопротивлении утечки в 5 ГОм гораздо большие шумы в полосе 20 кГц, чем указано, например, в даташите на 2SK3719 (правда, я не учитывал, что там измерения приводятся с частотной коррекцией А). Так что эти мои мысли - только слабая помощь тем, кто хочет разобраться в шумах более детально.
Да, я еще предполагаю, что в микрофоне к этим шумам добавляются шумы тепловых колебаний мембраны. Вы наверное помните из физики о броуновском движении частиц - они хаотически колеблются под ударами молекул среды. Легкая мембрана должна в принципе так же колебаться под ударами молекул воздуха. Но вот оценить такого рода шумы я не знаю как...

---------- Сообщение добавлено 03:54 ---------- Предыдущее сообщение было 03:14 ----------

Если правильно понимаю, кривизна ПТ в ОИ несколько избыточна. Есть несколько путей ее снижения.

Мы пока толком не знаем, как соотносятся нелинейность мембраны и нелинейность (квадратичность) полевика. Если квадратичная нелинейность полевика "обратна" нелинейности мембраны, то можно говорить о ее избыточности в том смысле, что она излишне компенсирует искажения мембраны, и ее надо сделать меньше, чтобы они скомпенсировали друг друга полностью. Но если обе нелинейности работают "в одну сторону", то тут ни чего сделать нельзя - они никогда не скомпенсируют друг друга. И их надо компенсировать третьей нелинейностью сразу обе. Вот она-то и есть та нелинейность, о которой говорит olvicgor - нелинейность, связанная с зависимостью крутизны полевика от напряжения на стоке (в отличие от квадратичной нелинейности по напряжению на затворе).

Линеаризовать тр-р предлагаю не глубиной ОС со стороны стока, а со стороны истока - "подсовыванием" под исток резистора*. Плюсов масса:
1. Решается вопрос с насыщением/закрыванием/открыванием диода
2. В несколько раз уменьшается вх. емкость (соотв. вырастает уровень сигнала, в т.ч. относительно шумов схемы).
НО Возникает законный вопрос: а чем эта схема отличается от ИП?
Ничем кроме того, что с ИП снимается напряжение с резистора, в каскоде - ток с тр-ра. Резистор напаивается на капсюль, схема получается более устойчива к наводкам.

Это к тому, что суйте резистор под Исток и делайте напряжение-ток-напряжение (гибрид под названием Фиквиц) .

Увы, я думаю, что получится тот же истоковый повторитель... И вот почему. Эти аргументы уже раньше приводил olvicgor (я просто не найду его поста). Смысл в том, что и в цепи истока, и в цепи стока, и в коллекторе каскодного транзистора течет один и тот же ток! Значит, снимать сигнал с резистора в коллекторе каскодного транзистора - абсолютно то же с точки зрения искажений, что снимать его с истокового резистора. Ну а по шумам будет выигрыш за счет усиления (если сопротивление в коллекторе больше сопротивления в истоке). Конечно, если говорить строже, то под истоковым повторителем обычно понимают схему в которой истоковый резистор имеет сопротивление много больше выходного сопротивления истока самого полевика (чтобы сигнал действительно "повторялся"). В варианте, который предлагаешь ты, это не обязательно. И возможно, что такой "неправильный" истоковый повторитель действительно скомпенсирует искажения мембраны. Но мне кажется, что Линквиц мог это все уже происследовать еще тогда, однако в итоге не нашел ни чего лучше, чем сделать этот резистор очень большим, как и положено в истоковом повторителе. Я думаю, что и эксперименты участников форума также подтверждают предпочтительность увеличения истокового резистора для снижения искажений. Значит искажения мембраны и квадратичность полевика работают "в одну сторону". Но тем не менее, идея подсунуть в схему olvicgor*a резистор еще и в исток (конечно без каскода), может дать еще одну "степень свободы" для настройки на минимум искажений.

[Bobby_ii]

Мы пока толком не знаем, как соотносятся нелинейность мембраны и нелинейность (квадратичность) полевика. Если квадратичная нелинейность полевика "обратна" нелинейности мембраны, то можно говорить о ее избыточности в том смысле, что она излишне компенсирует искажения мембраны, и ее надо сделать меньше, чтобы они скомпенсировали друг друга полностью. Но если обе нелинейности работают "в одну сторону", то тут ни чего сделать нельзя - они никогда не скомпенсируют друг друга. И их надо компенсировать третьей нелинейностью сразу обе. Вот она-то и есть та нелинейность, о которой говорит olvicgor - нелинейность, связанная с зависимостью крутизны полевика от напряжения на стоке (в отличие от квадратичной нелинейности по напряжению на затворе).

"кривизна" от изменения напряжения на стоке - не отдельная кривизна. Она уменьшает исходную кривизну (квадратичную) т.к. является ОС. Т.е. кривизна тр-ра в ОИ меньше чем в трансимпедансе. olvicgor вроде наглядно показал, что точка компенсации ЕСТЬ. Т.е. кривизна мембраны и тр-ра вычитаются, а не складываются (ну не дураки-же капсюли разрабатывали ) Надо ее искать, эту точку Гы!!! Найдя ее - косвенно получим данные о кривизне мембраны. Не надо множить сущности без необходимости .
К броуновскому шуму это тоже относится. К дробовому шуму электронов - тоже.

И возможно, что такой "неправильный" истоковый повторитель действительно скомпенсирует искажения мембраны.

Видимо из-за этой неправильности ИП и хочется его переименовать в правильный трансимпедансный каскад . Ну и сделать из него каскод для еще бОльшего Ку . Что против каскода????

Offтопик:
Мы тут все пообсуждать горазды. Опыт - критерий истинности. А опытами пока один человек занимается. Бум ждать. Но я почему-то уверен, что скомпенсировать трансимпедансным каскадом получится. Другое дело что если сопротивление в Истоке будет сравнимо с 1/S, то не получим такого выигрыша по входной емкости, как в варианте правильного ИП. В этом смысле может стоит делать повторитель, потом - отдельный "выпрямитель" . Но чтобы это было осмысленно, оптимальное R должно быть меньше 10/S - надо хоть примерно понять, порядок при котором будет компенсация

[semimat]

Мы тут все пообсуждать горазды. Опыт - критерий истинности. А опытами пока один человек занимается. Бум ждать. [/OFF]

Это правильное замечание. Я увлекся данной проблемой как "задачкой", и мне интересно найти ее решение "на кончике пера". У меня нет сил и возможности экспериментировать в реальности - я не связан с акустикой, тем более, высокого качества. Поэтому я пытаюсь решить задачу минимизации искажений только электрической части микрофона (в аналоговой схемотехнике я разбираюсь). А пока я нашел один из постов Dzymyth*а (#2074). Там важная информация об искажениях микрофонов B&K. Привожу выдержку из него со своими дорисовками:

Первый вывод из поста - чем меньше диаметр мембраны - тем меньше искажения. Микрофон WM-61 имеет диаметр 1/4". То есть с натяжкой можно надеяться , что при 120 дБ его вторая гармоника будет также, как у 4135, около 0.0125%, при 130 дБ около 0.038%, а при 140 дБ уже 0.125%. Мне кажется, что для нас допустимы общие искажения 0.05%, которые достигаются при 134 дБ. А это соответствует примерно 1.5 В амплитуды на входе полевика. Такое входное напряжение не выдержит схема с ОИ , тем более, не сможет скомпенсировать нелинейность. При таких радужных надеждах на мембранные искажения надо создавать пред на ОУ или с ИП и искажениями порядка 0.01% на таких амплитудах. Но если мембранные искажения MM-61 реально намного больше, чем у B&K, и уже на 120 дБ они становятся недопустимыми - вот тогда ОИ может сделать свое полезное дело и "обойти" ИП, поскольку 120 дБ ОИ еще может "обслужить". В общем, все дело за экспериментами.

[olvicgor]

За недостатком времени коротко.
Bobby_ii, ты был прав. Твои капсюли и капсюль из моего ЕСМ8000 разные. разбираясь в старье, выяснил, что этот микрофон куплен в 2003г. Поэтому в нем наверняка стоит не 61-й , а 60-й капсюль. отсюда и разница в чутье. Так что твой капсюль на 99% 61-й.
По поводу прямых измерений емкости с помощью Е7-8.
У меня есть этот прибор, но с транзистором финт не пройдет. Он измеряет напряжением с размахом 6В. Поэтому при измерении р-n переходов приходится давать обратное смещение около 3,5-4 В, иначе мост не балансируется. Так что для нашего случая такое измерение бессмысленно, т.к. Сзи интересна только при нулевом смещении, а для Сзс получится средняя температура по больнице.
По поводу оценки чувствительности отдельно микрофона.
По моим измерениям не менее 15дБ/Па для WM-61.
По поводу теплового шума и его влияния на общий шум.
И.А. Алдошина в своем цикле статей для журнала Звукорежиссер писала, что тепловой акустический шум воздуха при комнатной температуре лежит, кажется, на 5-10дБ ниже (точно ниже, но цифру могу немного спутать) порога слухового восприятия человека, в акустических дБ это минус 5-10дБ. Так что, примерно, пара порядков у нас в запасе есть
По поводу знаков кривизны разных составляющих.
Тут, примерно, так: при положительном звуковом давлении мембрана идет внутрь - емкость растет - напряжение падает - на транзистор идет отрицательное напряжение - транзистор подзапирается. Квадратичная составляющая микрофона в этом случае увеличивает отрицательную амплитуду сигнала (емкость при сближении обкладок растет быстрее, чем при расхождении на то же расстояние) транзистор же наоборот - при запирании его крутизна снижается, т.е. квадратичная поправка уменьшает отрицательную амплитуду.
Сзи при запирании транзистора снижается, что увеличивает отрицательную амплитуду, т.к. уменьшается ответвление тока микрофона в эту емкость.

Микрофон WM-61 имеет диаметр 1/4". То есть с натяжкой можно надеяться , что при 120 дБ его вторая гармоника будет также, как у 4135, около 0.0125%, при 130 дБ около 0.038%, а при 140 дБ уже 0.125%.

Кроме диаметра важна еще и гибкость мембраны. Она может радикально различаться для разных микрофонов, поэтому проведение подобных параллелей здесь не прокатит. По моим оценкам нелинейность микрофона в WM61 не менее 0,07% по второй гармонике на SPL=115дБ (см. пост #2564).
И еще одно замечание по поводу предела по SPL схемы ОИ. Нельзя говорить о какой-то фиксированной величине, т.к. она зависит от Ку каскада. Чем выше Ку, тем выше и допустимый SPL Влияние ООС на напряжение затвор-исток через емкость Сзс еще никто не отменял. А эта ООС существенно повышает перегрузочную способность каскада по входу даже с обычными резисторами в стоке, а если поставить в сток, например, динамическую нагрузку и разогнать усиление... Но если говорить о практических схемах, то, действительно, выше 120дБ со схемой ОИ лучше даже не пытаться лезть. Если очень надо, то лучше Линквитц, который при прочих равных всегда будет иметь +15дБ по ограничению (величина определяется отношением Сзи/Сзс).
И еще. Никакой схемы olvicgorа в природе не существует. Это стандартный ОИ. Просто, если уж делать ОИ (ну, например, не хочется курочить капсюль) то почему бы не подобрать оптимальный по искажениям режим работы. Да, он не будет слишком стабилен при глубокой компенсации, но в любом случае будет работать в разы лучше, чем при выбранных наугад номиналах.

[Bobby_ii]

По поводу знаков кривизны разных составляющих.
Тут, примерно, так: ....

Зависит от полярности электрета. Но видимо, ОНИ всё правильно сделали .

[olvicgor]

Зависит от полярности электрета. Но видимо, ОНИ всё правильно сделали

А кто эти ОНИ? Пришельцы?
Мне, все-таки, кажется, что не зависит и вот почему:
dU/dt=d(Q*C)/dt=Q*dC/dt + C*dQ/dt=k*Q*dr/dt + C*i
r - расстояние между обкладками, i - ток.
если устремить ток к нулю (холостой ход), то
dU/dt=k*Q*dr/dt
Т.е. при уменьшении расстояния между обкладками (dr<0) напряжение должно идти в минус.
Или по-другому.
- В состоянии равновесия напряжение на обкладках микрофона нулевое? Да.
- Как может изменяться разность потенциалов на обкладках при смещении мембраны внутрь?
Может только уменьшаться, т.к. уменьшается расстояние между обкладками, а разность потенциалов равна произведению встроенной напряженности поля, образуемой электретом, на расстояние между обкладками.
Получается, что как ни крути, а направление поля внутри микрофона, вроде как и не при чем.
Хотя стопроцентной уверенности у меня все же нет

[Bobby_ii]

Хотя стопроцентной уверенности у меня все же нет

И правильно, что нет. В зависимости от того в какую сторону поляризован электрет, зависит + будет на пуговице или - при приближении мембраны разность потенциалов полюбому уменьшается, но вот если пуговица +, то ее потенциал уменьшается (т.е. -), если пуговица -, то уменьшение - это +) .
ОНИ - это супостаты!!!! Которые капсюли производят.

[olvicgor]

И правильно, что нет. В зависимости от того в какую сторону поляризован электрет, зависит + будет на пуговице или - при приближении мембраны разность потенциалов полюбому уменьшается, но вот если пуговица +, то ее потенциал уменьшается (т.е. -), если пуговица -, то уменьшение - это +) .

Наверное, ты прав Я ведь сначала тоже так думал, но потом Carbon меня засомневал, и я как-то себя переубедил, но теперь вижу, что зря

[semimat]

По поводу прямых измерений емкости с помощью Е7-8.
У меня есть этот прибор, но с транзистором финт не пройдет. Он измеряет напряжением с размахом 6В. Поэтому при измерении р-n переходов приходится давать обратное смещение около 3,5-4 В, иначе мост не балансируется. Так что для нашего случая такое измерение бессмысленно, т.к. Сзи интересна только при нулевом смещении, а для Сзс получится средняя температура по больнице.

Идея измерения с Е7-8 состоит в том, что мы подаем сигнал с генератора на вход через подстроечную емкость и при работающей схеме подстраиваем её так, чтобы напряжение выходного сигнала упало вдвое. Это значит, что подстроечная емкость стала точно равна входной (работаем на максимально возможной частоте схемы, чтобы минимизировать влияние ее активного входного сопротивления). А затем мы ее выпаиваем и уже отдельно измеряем ее емкость на Е7-8. Так удавалось лет двадцать пять назад измерять входные емкости примерно до 10 пФ.

Но мне теперь идея измерять входную емкость по верхней частоте завала АЧХ на 3 дБ (подавая сигнал через резистор 3-5 МОм) кажется более привлекательной, поскольку есть программное обеспечение позволяющее на ПК прописывать АЧХ. Это позволит вживую контролировать изменение входной емкости при изменении номиналов резисторов схемы и напряжения питания по смещению частоты среза АЧХ.

[olvicgor]

А затем мы ее выпаиваем и уже отдельно измеряем ее емкость на Е7-8.

Понятно. Слишком бегло просматривал и не понял сначала.

Но мне теперь идея измерять входную емкость по верхней частоте завала АЧХ на 3 дБ (подавая сигнал через резистор 3-5 МОм) кажется более привлекательной, поскольку есть программное обеспечение позволяющее на ПК прописывать АЧХ. Это позволит вживую контролировать изменение входной емкости при изменении номиналов резисторов схемы и напряжения питания по смещению частоты среза АЧХ.

Можно еще придумать штук несколько методов Например, подать относительно высокую частоту, порядка 200- 300 кГц на вход повторителя через колбасу из десятка мегомных резисторов и просто измерять напряжение на выходе повторителя обычным милливольтметром. Боюсь, только, что надежных измерений емкости порядка 1пФ так не получить. Но, может, если уж мне совсем нечем будет заняться, то попробую померить
А теперь еще некоторые сравнительные измерения, которые могут быть полезными для тех, кто хочет сделать микрофон из капсюля WM-61.
Измерения проводились методом Марлена, детали - в моем посте #2506. Измерительные частоты 5000Гц и 5625Гц.
Схемы:
- истоковый повторитель (дальше ИП): схема Линквитца в реализации из моего поста #2550, но с увеличенным со 100кОм до 750кОм резистором R1. Измерения проводились при двух значениях R5: 15кОм при Епит=9В (как бы случай питания от кроны) и 22кОм при Епит=15В
- схема с общим истоком (дальше ОИ) в реализации из поста #2506, но так же с увеличенным до 750кОм резистором R1. Измерения также проводились при двух значениях Rс: 15кОм при Епит=9В и 22кОм при Епит=15В
Капсюль любезно предоставлен Bobby_ii
Ниже приведены полученные спектры сигналов и искажений при разных уровнях SPL.
Слева на всех спектрах ИП, справа - ОИ.
Второй гармонике (К2) соответствует гармоника на частоте 625Гц, третьей гармонике (К3) - гармоника на частоте 4375Гц.
Для тех, кто хочет перевести интермодуляционные искажения в величины К2 и К3:
Чтобы по уровню интермодуляционной гармоники на 625Гц определить коэффициент второй гармоники (К2) надо ее уровень поделить на среднеквадратичное значение напряжения сигнала (RMS) и вычесть 3дБ.
Чтобы по уровню интермодуляционной гармоники на 4375Гц определить коэффициент третьей гармоники (К3) надо ее уровень поделить на среднеквадратичное значение напряжения сигнала (RMS) и вычесть 7дБ.

Напряжение питания Епит=9В, Rc для ОИ и Rи для ИП равны 15кОм

SPL=105дБ, измеренные значения гармоник:
ИП: К2=0,027%, К3<0,001%
ОИ: К2=0,025%, К3=0,0045%

SPL=110дБ, измеренные значения гармоник:
ИП: К2=0,047%, К3<0,001%
ОИ: К2=0,034%, К3=0,011%

SPL=115дБ, измеренные значения гармоник:
ИП: К2=0,082%, К3<0,001%
ОИ: К2=0,014%, К3=0,035%

SPL=120дБ, измеренные значения гармоник:
ИП: К2=0,142%, К3<0,001%
ОИ: К2=0,25%, К3=0,12%

SPL=125дБ, измеренные значения гармоник:
ИП: К2=0,24%, К3=0,002%
ОИ: К2=1,4%, К3=0,5%

Напряжение питания Епит=15В, Rc для ОИ и Rи для ИП равны 22кОм

SPL=105дБ, измеренные значения гармоник:
ИП: К2=0,025%, К3<0,001%
ОИ: К2=0,0034%, К3=0,002%

SPL=110дБ, измеренные значения гармоник:
ИП: К2=0,0475%, К3<0,001%
ОИ: К2=0,0065%, К3=0,005%

SPL=115дБ, измеренные значения гармоник:
ИП: К2=0,078%, К3<0,001%
ОИ: К2=0,012%, К3=0,019%

SPL=120дБ, измеренные значения гармоник:
ИП: К2=0,13%, К3<0,001%
ОИ: К2=0,10%, К3=0,057%

SPL=125дБ, измеренные значения гармоник:
ИП: К2=0,24%, К3=0,002%
ОИ: К2=0,53%, К3=0,17%

И общие графики для К2 и К3

Результаты прдсказуемые по предыдущим измерениям, но нужно отметить одну важную вещь:
В схеме ОИ увеличение резистора в стоке с 15к до 22к приводит не к увеличению усиления каскада, а к увеличению глубины ООС.
Обратная связь через емкость Сзи уменьшает напряжение сигнала на затворе транзистора, что приводит снижению искажений или, что тоже самое, к расширению динамического диапазона микрофона. Т.е. разгоняя усиление в схеме ОИ и дальше можно еще снизить искажения в этом включении капсюля.
Что касается схемы ИП, то увеличение резистора не приводит к каким-либо изменениям в искажениях, т.к. мы упираемся в искажения самого микрофона.
Одно чисто практическое замечание. Напряжение сток-исток транзистора при измерениях было в районе 4,5-4,8В, что при реализации в железе, в принципе, позволяет упростить схемы включения, убрав переходной конденсатор и резисторы делителя.

[Bobby_ii]

Циферок много, суть не особо ясна. Подозреваю, что времени и сил было положено немало ... .
Чего хотим? Мне кажется, хотим найти точку компенсации кривизны и посмотреть, сохранится ли она при разных давлениях, питании схемы, итп.
3я гармоника - откуда она? Она уже не удавится квадратичностью полевика.
Радует то, что в ИП она сильно меньше чем в ОИ. Т.е. скорее всего 3я гармоника является следствием кривизны полевика в ОИ.
Вторая гармоника примерно одинакова что в ИП что в ОИ, что косвенно говорит о том, что такова она у мембраны.

Что говорит теория о ИП:
выхсопр полевика в ИП порядка 1кОм,
при сопротивлении нагрузки >> этой величины кривизна полевика почти не проявляется.
т.е. в первом приближении можно считать, что в ИП мы видим искажения мембраны.

Кривизна тр-ра будет проявляться при величине резистора в истоке, сравнимом с выхсопр, т.е. 1кОм+-порядок . Там и надо искать компенсацию.

ВАХ 3372 при смещении 0 и напряжении 4-5В дает ток порядка 0,4мА
что в натуре? 15к 4,5В = 0,3мА , 22к 10В = 0,45мА +- попадаем.
И то и другое в "пентодной области" т.е. области ВАХ, где ток мало зависит от Uси.

Квадратичную компенсацию надо подбирать хотя бы по 2м параметрам:
- величина ОС (косвенно изменяет величину вх. сигнала) Мне кажется, что лучше бы эта ОС не была емкостной. Тем более очевидно, что эта ОС нелинейна (видать она и "плодит" более высокие гармоники. В трансимпедансном каскаде ОС более "прямая".
- режим транзистора "гоняет" нулевую точку по параболе.

По-моему, пора отказываться от ОИ и переходить на трансимпеданс???

[olvicgor]

Циферок много, суть не особо ясна.

Главная задача этих измерений как бы подвести некую черту: показать тем, кто все-таки хочет СДЕЛАТЬ микрофон, что можно и чего нельзя получить от двух традиционных схем включения. Отсюда и выбор для измерений напряжения 9В. Возможно, в первую очередь из-за меня, возможности обычной схемы ОИ с компенсационной подстройкой слишком переоценили. Поэтому я специально свел результаты попарно, чтобы показать, что компенсация работает только на второй гармонике. А в остальном все не так радужно. Я и раньше про это писал, но это как-то прошло незамеченным. Тем не менее, считаю схему ОИ с подстройкой вполне достаточной для абсолютного большинства задач, включая измерение искажений. Просто надо четко представлять ее ограничения. Для того и выложил результат при 125дБ.
Второе, что хотел показать, что в схеме ОИ очень важную роль играет ООС. Парадоксально, но я пишу про ее влияние не первый раз, но этот механизм снижения искажений полностью игнорируется в обсуждениях. Поэтому я специально показал, что увеличение нагрузочного резистора в схеме ОИ существенно влияет на динамический диапазон, т.к. углубляя ООС, снижает напряжение затвор-исток.

3я гармоника - откуда она? Она уже не удавится квадратичностью полевика.

Мне казалось, что это совершенно очевидно. Это диодный ограничитель в затворе. Очень хорошо видно по графику К3 для ОИ - углубили ООС, упало входное напряжение затвор-исток и снизилась К3.

Радует то, что в ИП она сильно меньше чем в ОИ. Т.е. скорее всего 3я гармоника является следствием кривизны полевика в ОИ.

Как видишь, полевик как таковой, здесь совершенно не при чем.

Вторая гармоника примерно одинакова что в ИП что в ОИ, что косвенно говорит о том, что такова она у мембраны.

Совершенно не согласен. В схеме ИП действительно чистая кривизна микрофона, в ОИ все намного цветастее и никакой одинаковостью там и не пахнет.

т.е. в первом приближении можно считать, что в ИП мы видим искажения мембраны.

Ну, а я о чем. Только это верно для относительно высоких напряжений Uси, когда минимизируются изменения крутизны и емкости Сзс. Это хорошо видно на графике из поста #2550.

Кривизна тр-ра будет проявляться при величине резистора в истоке, сравнимом с выхсопр, т.е. 1кОм+-порядок . Там и надо искать компенсацию.

Если мы начнем снижать истоковый резистор в Линквитце, то:
- вылезет третья гармоника
- пропадет главное преимущество схемы - отсутствие подстройки.

- величина ОС (косвенно изменяет величину вх. сигнала)

Почему же косвенно Очень даже непосредственно.

Мне кажется, что лучше бы эта ОС не была емкостной. Тем более очевидно, что эта ОС нелинейна

Точно.

видать она и "плодит" более высокие гармоники

Совершенно неверно. Степень нелинейности очень невысокая, о чем я тебе уже писал.

По-моему, пора отказываться от ОИ и переходить на трансимпеданс???

Ага, точно: трансимпеданс уничтожает ООС и компенсацию. Самое оно для снижения искажений

[semimat]

По-моему, пора отказываться от ОИ и переходить на трансимпеданс???

Но тогда мы получим Феникса, который хорош по шумам, но не лечит квадратичность... Или я не понял о каком трансимпедансе идет речь? У Феникса сток как раз нагружен на трансимпедансный усилитель на ОУ.

[semimat]

В схеме ОИ увеличение резистора в стоке с 15к до 22к приводит не к увеличению усиления каскада, а к увеличению глубины ООС.
Обратная связь через емкость Сзи уменьшает напряжение сигнала на затворе транзистора, что приводит снижению искажений или, что тоже самое, к расширению динамического диапазона микрофона. Т.е. разгоняя усиление в схеме ОИ и дальше можно еще снизить искажения в этом включении капсюля.

Спасибо за очень важные эксперименты. Наверное из простого резистора в стоке ты сумел выжать максимум. Может теперь попробовать вернуться к упоминавшейся ранее идее о нелинейной нагрузке в стоке. Еще в 2010 году в теме "пред для электретного микрофона" пост #397 #397 появилась ссылка http://www.johncon.com/john/wm61a/ на интересную идею абсолютно точной (теоретически) компенсации квадратичности с помощью второго полевика в качестве стоковой нагрузки (ее потом снова нашел Bobby_ii ,пост #2291). Причем, там показано, что полевики не обязательно должны быть одинаковыми! Наоборот, как мне кажется, второй полевик должен иметь меньшую крутизну - тогда каскад даже даст некоторое усиление. Не так давно новую информацию по этой схеме нарыл Dzymytch (пост #2102 #2102 ). Там даже для одинаковых полевиков получились хорошие результаты. Я же надеюсь, что при использовании второго полевика с малой крутизной на токе 0.3мА и большим напряжением отсечки мы получим усиление и, соответственно, еще и ООС через паразитную емкость. Может попробовать примерно такое, чтобы сравнить все варианты для ОИ:

У меня нет возможностей и сил это проверить... Вся надежда на тебя. Возможно у тебя появятся свежие мысли, как еще доработать эту схему.

По поводу разгона усиления в схеме ОИ, там есть граница, определяемая выходным сопротивление истока. Оно, как можно оценить из характеристик, при малых напряжениях на стоке, составляет 50...100кОм.(прошу прощения - описка, правильно - стока)
Но есть еще одна тонкость, требующая исследования. Ты правильно утверждаешь, что снижение искажений происходит не только из-за компенсации кривизны, но и за счет ООС. Она приводит к линеаризации полевика, как и всякая ООС, но в нашем случае она приводит еще и к увеличению входной емкости, что, в свою очередь, ослабляет входной сигнал емкостным делителем, что тоже способствует снижению искажений. В истоковом повторителе, наоборот, обратная связь посредством истокового резистора, линеаризует транзистор, но не увеличивает, а снижает входную емкость, не ослабляя, тем самым сигнала. Вот тут и кроется проблема. Как показано в одной из статей B&K, паразитная емкость, параллельная емкости мембраны, увеличивает мембранные искажения! Они утверждают, что ее надо делать меньше. Получается, что наша ООС через паразитную емкость сток-затвор увеличивает входную емкость и тем самым увеличивает мембранные искажения, но одновременно снижает искажения транзистора. Интересно, наверное есть "золотая середина" для этой ООС...

[olvicgor]

Я же надеюсь, что при использовании второго полевика с малой крутизной на токе 0.3мА и большим напряжением отсечки мы получим усиление и, соответственно, еще и ООС через паразитную емкость.

Усиление будет очень маленькое, глубина ООС ничтожная, и свалимся уже при 110дБ в ограничение по входу. По-хорошему, надо иметь усиление каскада не менее двадцатки, чтобы хоть 115 дБ выжать при приемлемой третьей гармонике. Поэтому при любом разумном соотношении параметров транзисторов в лоб эту схему не получится использовать. К тому же к уже имеющимся трем нелинейностям добавить еще четвертую это не будет чересчур?

По поводу разгона усиления в схеме ОИ, там есть граница, определяемая выходным сопротивление истока. Оно, как можно оценить из характеристик, при малых напряжениях на стоке, составляет 50...100кОм

Да, я это прекрасно понимаю, но это в в пределе может добавить к динамическому диапазону еще 10дБ. Это закроет вообще все задачи в любительском аудио. Тут нас давлениями в про-аудио пугают, но не надо забывать, что болевой порог слуховых ощущений - 120 дБ, 130 дБ длительно приводит к полной глухоте, как у клепальщиков котлов -"глухарей", 140дБ - повреждение внутреннего уха.

Как показано в одной из статей B&K, паразитная емкость, параллельная емкости мембраны, увеличивает мембранные искажения! Они утверждают, что ее надо делать меньше.

А вот это интересно и довольно не очевидно. Где это можно прочитать?

[semimat]

А вот это интересно и довольно не очевидно. Где это можно прочитать?

Эти материалы нарыл Dzymytch (пост #2390 #2390 ), статья: bv0048 buel kjaer distortion in microphone THD.pdf. Там приводятся теоретические модели образования искажений при плоском смещении мембраны (это для большей части звукового диапазона) - в этом случае, вообще, искажения возникают только если есть паразитная емкость. А вторая модель, когда мембрана испытывает параболический прогиб (это в низкочастотной области в пределах 0.2...0.5 значений НЧ - резонанса мембраны). В этом случае искажения зависят и от диаметра заднего электрода (пуговицы) относительно диаметра мембраны. Правда, там мембрана все-таки металлическая, довольно жесткая и тяжелая по сравнению с полимерной пленкой электретного микрофона. Так что, какая из моделей больше подходит в нашем случае и подходит ли вообще, трудно сказать. Но все равно, там показано, что с помощью компенсации этой паразитной емкости можно уменьшить искажения на больших уровнях примерно в 5 раз. Некоторые выдержки из статьи я привел в посте #2636. Статья, правда, очень древняя. В ней описан фактически патент на новый тип экспериментального преда для конденсаторнго микрофона. Я не знаю, реализована ли данная идея на практике самой B&K, поскольку такой пред может в реальности быть неустойчивым и не допускает смены капсюлей.

[Bobby_ii]

Ага, точно: трансимпеданс уничтожает ООС и компенсацию. Самое оно для снижения искажений

Считаю, что подбором сопротивления в истоке можно добиться лучшей компенсации и ДД чем в ОИ (трансимпеданс с резистором под истоком!!!, или неправильный ИП).
Но вообще схема "вырисовывается" такая:
- правильный ИП
- буфер c высоким входным и низким выходным, Ку скорее всего порядка 1, но может надо будет другое для подстройки. Больше-меньше пока не знаю. Может, надо регулируемый. Если Ку=1 подойдет или максимальной компенсации можно добиться параметрами "распрямлятора", то можно буфер выкинуть.
- распрямлятор на ПТ (неправильный ИП или трансимпеданс с резистором).

Преимущества такого усложнения перед тем, что есть сейчас:
- меньшая входная емкость честного ИП - соотв. бОльший полезный сигнал (бОльше С/Ш и ДД).
- меньше нелинейность, вносимая емкостной ОС - от нее бы вообще избавиться, н-р подавать напряжение с выхода буфера на сток ПТ капсюля (тогда не будет переменки затвор-сток и емкость З-С будет "нейтрализована"). Емкость З-И нейтрализуется большим сопротивлением или ГСТ в Истоке.
- более точная и многосторонняя регулировка компенсатора - можно более точно попасть.

Грубо говоря, нам надо параболу мембраны наложить на параболу ПТ линейными преобразованиями - смещением и масштабированием. Что происходит при изменении сопротивления и питания в ОИ я пока ясно не осознаю. Да и никто похоже не осознает.
С неправильным ИП - чуть легче.

[Bobby_ii]

Но тогда мы получим Феникса, который хорош по шумам, но не лечит квадратичность...

скорее всего он ее "перелечивает" т.к. имеет минимум ОС и максимум кривизны.
Я говорю о каскаде с резистором под истоком (введение ОС, но др. способом чем в ОИ).
А как снимать сигнал - с резистора или током - вопрос экранирования, шумов, ... . неправильный ИП тоже будет чувствителен к неосновным х-кам резистора, но менее чем ток. Т.е. резистор д.б. хороший.

Может теперь попробовать вернуться к упоминавшейся ранее идее о нелинейной нагрузке в стоке. ....Возможно у тебя появятся свежие мысли, как еще доработать эту схему.

Если правильно помню, это - идея о том, как правильно построить пред (изначально - для гитары) на полевиках без ОООС и минимизировать искажения.
Я на подсознании предлагал следующую схему (с бОльшим Ку) Каскод-СРПП

Но есть некоторые подозрения, что таким образом мы вносим еще пяток неконтролируемых параметров и схема напрочь потеряет повторяемость и какую-либо возможность долговременной настройки.
Ну и повторюсь: кривизну лучше контролировать за счет местной ОС (резистора под истоком), чем за счет компенсации по типу "попали - не попали".
Про емкости - 100% согласён. Даешь "неправильный" ИП!!!

К тому же к уже имеющимся трем нелинейностям добавить еще четвертую это не будет чересчур?

5 баллов!!!

По поводу разгона усиления в схеме ОИ, там есть граница, определяемая выходным сопротивление истока. Оно, как можно оценить из характеристик, при малых напряжениях на стоке, составляет 50...100кОм.

Наверное все-таки сопротивление Стока? Сопротивление Истока прим. 1/S, т.е. 0,6-1,5кОм

---------- Сообщение добавлено 20:08 ---------- Предыдущее сообщение было 20:05 ----------

Некоторые выдержки из статьи я привел в посте #2636. Статья, правда, очень древняя. В ней описан фактически патент на новый тип экспериментального преда для конденсаторнго микрофона. Я не знаю, реализована ли данная идея на практике самой B&K, поскольку такой пред может в реальности быть неустойчивым и не допускает смены капсюлей.

Т.к. я с английским уже на Вы, не могли бы вы привести тут схему? Может, обсудим, что можно из нее "надергать"?

---------- Сообщение добавлено 20:39 ---------- Предыдущее сообщение было 20:08 ----------

ссылки на пост со статьями БиК
bv0048 buel kjaer distortion in microphone THD .pdf Мембранные искажения начиная со страницы 22
Ultralow noise preamp for condenser mic.pdf Думали-думали и придумали-таки такую схему:
На стр.3/5 имеется шумовая модель.
Microphone system for extremely low sound levels.pdf
кроме модели сонденсаторного картриджа ничего не нашел

Microphones for ultralow sound levels bv0015.pdf
Ничего не понял, кроме конца - "УаУ!!! Сделали!!!! Налетай!!!".

[semimat]

Я на подсознании предлагал следующую схему (с бОльшим Ку) Каскод-СРПП

Схема очень сложная и сразу не очевидно, даст ли она какие-либо преимущества. Ответить может только эксперимент. Но мне кажется, что диод в истоке лишь ухудшит линейность.

Наверное все-таки сопротивление Стока? Сопротивление Истока прим. 1/S, т.е. 0,6-1,5кОм

Да, конечно, это описка. Спасибо.

Т.к. я с английским уже на Вы, не могли бы вы привести тут схему? Может, обсудим, что можно из нее "надергать"?

Там предложена только идея компенсации паразитной емкости с помощью положительной емкостной обратной связи. Реальной схемы там нет. И боюсь, что она осталась в виде идеи и экспериментального макета, поскольку такие конструкции склонны к самовозбуждению и требуют индивидуальной подгонки, не допуская дальнейших изменений. А у B&K традиционно сам микрофонный капсюль (мембрана с колпачком и резьбой) и предусилитель выпускаются отдельно, допуская смену капсюлей.

Ultralow noise preamp for condenser mic.pdf Думали-думали и придумали-таки такую схему:

Ничего не понял, кроме конца - "УаУ!!! Сделали!!!! Налетай!!!".

Увы, для нас такой вариант наверное слишком сложен, да и нам не нужен. Идея его состоит в том (перевожу основные тезисы текста), что шумы микрофона на низких частотах определяются в основном сопротивлением утечки - чем оно больше - тем меньше шумы. Это сопротивление у B&K составляет от 10 до 50 ГОм, обычно 15...25. Больше делать и трудно и неоправданно, так как тогда время выхода микрофона "на режим" после включения составляет более 40 секунд. В данной схеме предлагается сначала включать микрофон с замкнутыми ключами. В этом случае он выходит на режим быстро. А затем ключи размыкаются на время измерений. Тогда шумов резистора утечки вообще нет. Но естественно, время измерений ограничено разрядом емкости мембраны через паразитные утечки конструкции. Они очень велики, поскольку встроенный в пред нагреватель поддерживает все поверхности сухими, значит, скорее всего, в запасе будет несколько минут или более для измерений.
P.S. Я не отслеживаю состояние дел в измерительной технике B&K, но мне кажется, что все эти предложения - это только их идеи, которые они публикуют, патентуют, но не обязательно затем воплощают в жизнь.
P.S.2 Я пишу по инерции о сопротивлении утечки, хотя, конечно, здесь этот резистор выполняет другую роль - через него на мембрану подается напряжение поляризации.

[Bobby_ii]

Там предложена только идея компенсации паразитной емкости с помощью положительной емкостной обратной связи.

типа полевик_ИП_ГСТ+повторитель(буфер) + конденсатор в сток полевика? Не должон особо возбуждаться. А от емкости вообще ничего не должно остаться. Конденсатор только должен быть ну ОЧЕНЬ хорошим. Можно стабилизатор питания вместо конденсатора.
А зарядные переключатели нам не нужны - в электрете всё заряжено и отключено до нас .
Разряд заряженного БиК думаю - часы, а не минуты.