Страница 1 из 29 1 2 3 11 ... Последняя
Показано с 1 по 20 из 580

Тема:

  1. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    567

    По умолчанию Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    В теме дается обзор схемотехнических решений, повышающих перегрузочную способность электретных микрофонов по допустимому звуковому давлению (SPL), и предлагается для опробования простая, но эффективная и неприхотливая схема предусилителя, снижающая (в симулировании) нелинейные искажения его электрической части до значений 0,003% и менее при амплитудном значении сигнала на затворе встроенного полевого транзистора до 6 Вольт (что формально соответствует более 140 дБ акустической мощности для типового электретного капсюля).
    Те, кто знаком с вопросом, могут перейти во второй раздел к описанию самой схемы, а для новичков в первой части поясняется суть проблемы и рассмотрены технические варианты ее решения, предлагавшиеся в период с 2005 года до настоящего времени. Проблема пока полностью не решена, поэтому материал будет полезен тем, кто хочет подключиться к ее решению.
    Я благодарен участникам форума: Alickkk, Andey Orloff, Bobby_ii, Carbon, Dzymytch, Fenyx, Kamikaze, mAxSpace, Mr-marlen, Nota Bene, Olvicgor и всем другим, кто в ветках: «выбираем измерительный микрофон» и «пред для электретного микрофона» рассказывали о своих изысканиях в данном вопросе, а также проделали колоссальную работу по поиску ценной информации из всевозможных источников и щедро делились ей в своих постах. Именно оттуда взяты все ссылки.

    Первая часть. Суть проблемы.

    Современные электретные микрофонные капсюли можно считать уникальными изделиями по соотношению цена/качество. Благодаря этому микрофоны на их основе вытеснили другие типы микрофонов почти во всех сферах применения.
    Тем не менее, у распространенных моделей капсюлей есть одно «слабое место»: встроенный в них полевой транзистор, работающий по схеме с общим истоком (ОИ), при типовом включении имеет «классическую» квадратичную вольтамперную характеристику (ВАХ), изображенную на рис. 1 .
    Рис.1. Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	2SK3372ВАХ.png 
Просмотров:	1274 
Размер:	13,3 Кб 
ID:	207911

    Естественно, такая квадратичная нелинейность незаметна лишь при небольших уровнях входных сигналов. Однако с увеличением входного напряжения неизбежно происходит рост нелинейных искажений вплоть до недопустимых значений.
    Для электретных микрофонов верхнюю границу акустического динамического диапазона условно принято определять величиной, при которой искажения достигают 0.5% (http://www.sengpielaudio.com/calcula...sferfactor.htm). У распространенных моделей капсюлей она обычно ограничена значением 100 дБ именно из-за квадратичности ВАХ. Тем не менее, это всех устраивает, поскольку в большинстве применений такие искажения вполне допустимы, а уровни в 100 дБ встречаются не часто. Поэтому производители капсюлей не заморачиваются проблемой устранения квадратичной нелинейности, тем более, что она немного нейтрализуется внутренней ООС за счет эффекта Миллера.
    Другое дело - измерение искажений высококачественной акустической аппаратуры, например, колонок, у которых они (искажения) иногда не превосходят нескольких десятых долей процента при создаваемых уровнях акустической мощности более 120 дБ. Значит надо иметь измерительный микрофон, дающий при такой громкости на порядок меньшие искажения, чем сам исследуемый объект. Вот тут-то и становится ясно, что электретный капсюль в стандартном включении для этих целей совершенно непригоден. Не поможет здесь и обычный линейный предусилитель - он не только не способен ослабить искажения капсюля (поскольку снимает с него уже искаженный сигнал), он вообще просто войдет в ограничение. Фирменные измерительные микрофоны для таких задач стоят очень дорого, ограничивая массовость подобных измерений, поэтому очень важно найти дешевое решение. Значит, если мы захотим попробовать использовать электретный капсюль, надо попытаться изменить его электрическую схему включения так, чтобы «выпрямить» или «обойти» квадратичность ВАХ полевика.
    Расчеты и эксперименты показали, что компенсация только лишь квадратичности ВАХ способна уменьшить нелинейные искажения в десятки раз. Это дает значительное увеличение верхней границы динамического диапазона капсюля. Сразу предупрежу: как только удается исключить влияние квадратичности и, тем самым, устранить главный источник искажений, обнаруживается, что существуют и другие источники нелинейности, поэтому желательно искать универсальный способ борьбы с ними.
    За последнее десятилетие было предложено несколько подходов к решению проблемы.

    Рассмотрим сначала решения, не требующие внесения изменений в конструкцию капсюля.

    Первое возможное решение состоит в существенном изменении режима работы полевого транзистора, а именно, понижении напряжения на его стоке до величины 0,2…0,3 В. При таких малых напряжениях, как известно, ток стока транзистора может зависеть относительно напряжения на затворе не квадратично, а линейно. Этот режим позволяет снизить КНИ при акустической мощности 100 дБ с 0,5% до примерно 0,05% (#151 и http://www.ant-audio.co.uk/Theory/Parametric_Rus2.htm). Но теперь уже при мощности 120 дБ искажения все равно увеличиваются до 0,2….0,5% . И, увы, крутизна транзистора в этом режиме намного меньше, что в итоге ухудшает чувствительность схемы.
    Другое решение состоит в замене обычного стокового резистора на элемент, вольтамперная характеристика которого нелинейна таким образом, чтобы компенсировать квадратичную ВАХ полевика. Лучше всего с этим справляется другой полевой транзистор, включенный в сток встроенного полевика (http://www.johncon.com/john/wm61a/ и http://home.comcast.net/~rc1618/WM61A). Причем, второй транзистор не обязательно должен быть идентичен первому! Но, увы, и в этом случае, резкое снижение искажений, получаемое на стандартном уровне мощности в 100 дБ, все равно, отодвигает предельную рабочую границу лишь до 120 дБ.
    Еще одно решение, рассмотренное здесь (#2480 и последующие посты от olvicgor), использует сразу два эффекта. Первый из них: эффект Миллера - это фактически внутренняя отрицательная обратная связь (ООС) транзистора за счет паразитной емкости сток-затвор, которая способствует снижению искажений. Второй эффект - это зависимость крутизны полевика от напряжения на его стоке, способная при удачном выборе режима, компенсировать основную нелинейность в ограниченном диапазоне звуковых мощностей. К тому же этот метод может в некоторой степени устранить не только искажения электрической части микрофона, но и скомпенсировать искажения всей связки мембрана - предусилитель.
    Увы, и в последенем случае границу, при которой искажения вырастают до десятых долей процента, удается отодвинуть лишь к 120 дБ. Это значение можно назвать общей границей для работы внутреннего транзистора в режиме ОИ. Чтобы понять причину этого перейдем от акустических дБ к напряжениям на его затворе. Можно показать расчетами, что при стандартном включении, для типичного встроенного в капсюль полевика, искажения в 0,5% за счет квадратичности достигаются уже при амплитуде входного сигнала, равного 10…20 мВ. Рассмотренные выше схемотехнические решения, компенсируя квадратичность, доводят допустимый уровень до 200…300 мВ при искажениях, составляющих в некоторых случаях менее десятой доли процента. Но при дальнейшем увеличении сигнала, искажения начинают стремительно расти в силу множества факторов уже другой природы. Вот лишь некоторые из них. Во-первых, напряжение отсечки встроенного полевика, как правило, составляет 0,3…0,4 В, и при приближении амплитуды сигнала к этому значению, транзистор попросту начинает закрываться, его ток меняется в разы; во-вторых, при этих уровнях сигнала p-n переход транзистора уже нельзя рассматривать как бесконечное сопротивление - он начинает приоткрываться; в-третьих, при таких больших колебаниях напряжений на затворе относительно истока и стока, существенную роль начинают играть нелинейности паразитных емкостей исток-затвор и сток-затвор. Это особенно сказывается из-за малой емкости источника сигнала (≈ 5 пФ).

    Решения, предполагающие внесение изменений в конструкцию капсюля.

    Из приведенных выше соображений следует, что дальнейшее увеличение диапазона допустимых акустических мощностей требует изменения схемы включения полевика, а, следовательно, внесения изменений в капсюль. К счастью, их изготовители в какой-то степени предусмотрели такую возможность. Капсюль конструктивно выполнен так, что исток транзистора легко отсоединить от корпуса (на TouTubе есть даже видеоролик: Linkwitz Mod of WM-61A Condenser Microphone), и, тем самым, возникает возможность использовать разные схемы включения. Впервые такая «операция» была предложена Линквицем (http://www.linkwitzlab.com/sys_test.htm#Mic). Он перевел транзистор в режим истокового повторителя (рис.2).
    Рис.2.Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	linkwitzlab.gif 
Просмотров:	3519 
Размер:	20,7 Кб 
ID:	207898
    Это стало революцией в направлении расширения допустимых входных напряжений. Данная схема при достаточно большом сопротивлении в истоке обеспечивает следующие преимущества (создающие условия для достижения малого КНИ): даже при значительных входных сигналах токовый режим полевика остается почти неизменным; напряжение затвор-исток почти не меняется (что также минимизирует влияние емкости исток-затвор на работу каскада); максимальное напряжение сигнала уже ограничивается не напряжением отсечки, а напряжением питания. Из недостатков можно выделить отсутствие усиления (что ухудшает пороговую чувствительность) и сохранение влияния паразитной емкости затвор-сток (которое можно уменьшить, повышая напряжение питания на стоке).
    Тем не менее, в различных вариациях, в том числе с заменой истокового резистора на источник тока, данная схема позволила в симуляторе получать искажения в сотые доли процента для входных напряжений около 1В при разумных напряжениях питания.
    Еще один вариант схемы включения транзистора промелькнул на форуме в теме "пред для электретного микрофона" (пост #259, Vlad Zhdanov) и, возможно, его также имел в виду другой участник (тема «выбираем измерительный микрофон», пост #1057, ANEK). К сожалению, этот вариант не был доведен до участников форума в более полной проработке, поэтому не получил развития в обсуждениях. Суть его состоит в том, что встроенный транзистор используется в обычном усилительном режиме, когда сигнал снимается со стока, но в исток тоже добавлен некоторый резистор. Хоть этот резистор уже сам по себе снижает искажения каскада, на него дополнительно подается сигнал ООС с выхода предусилителя. Получается типичный, охваченный ООС, УНЧ, в составе которого полевик капсюля выполняет роль входного каскада. Сначала была мысль продолжить этот путь, доведя его до рабочей схемы. Но потом родилось более простое и, как оказалось по результатам моделирования, более эффективное решение, о котором пойдет речь во второй части.

    Вторая часть. Предлагается схема..

    Итак, стало ясно, что при попытке расширить диапазон входных напряжений встроенного полевика до напряжений порядка одного Вольта и более, необходим отказ от схемы с ОИ и использование, как минимум, истокового повторителя с исполнением процедуры разрезания металлизации на задней контактной площадке капсюля. О замене полевика на принципиально другую электронику путем вскрытия капсюля речи не идет - слишком деликатная процедура, чтобы рекомендовать ее для массового повторения.
    Второе, что стало ясно - это необходимость вообще постараться заставить полевик работать так, чтобы все его режимы почти не менялись даже при больших напряжениях сигнала. Тогда, можно ожидать, что и все факторы, приводящие к нелинейностям, одновременно будут минимизированы.
    Один из возможных вариантов схемы, в которой реализованы эти принципы, представлен на рис.3.
    Рис.3.Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	ПУ semimat.png 
Просмотров:	5032 
Размер:	12,2 Кб 
ID:	207899
    Рассмотрим, как в этой схеме реализованы методы стабилизации режимов…
    В первую очередь надо стабилизировать ток полевика. Проще всего это делать истоковым повторителем. Однако обычный резистор в цепи истока должен быть очень большим (более 100 кОм), чтобы рассчитывать на максимальное снижение искажений. Но тогда при типичном токе полевика 0,2…0,4 мА потребуется напряжение питания до 40 Вольт и более. К тому же, схема будет иметь низкую температурную стабильность, поскольку у полевика температурный коэффициент тока составляет примерно 2 мкА/C° (см. температурную зависимость на рис. 1 ). В связи с этим, вместо резистора в цепи истока использована несложная схема на транзисторе Q2, дающая по постоянному току и на частотах ниже 0,25 Гц дифференциальное сопротивление менее 10 кОм, а на частотах выше 20 Гц, наоборот - более 250 кОм. Кроме того, резистор R4 подобран так, что температурный коэффициент тока схемы равен 2 мкА/C°. Таким образом, если конкретный экземпляр полевика будет действительно обладать указанным температурным коэффициентом тока, то каскад окажется стабилизирован в диапазоне температур ‑25...+75 C°.
    Это схемотехническое решение также практически полностью исключает влияние паразитной емкости затвор-исток одновременно и на работу схемы, и на входную емкость каскада, поскольку напряжение на истоке полностью повторяет напряжение на затворе.
    Осталось придумать схемное решение, чтобы и напряжение на стоке повторяло напряжение на затворе: тогда транзистор будет всегда находиться примерно в одном режиме. Для этого можно всего лишь немного изменить типичную цепочку R1-C2-R5 отрицательной обратной связи операционника (с привычной R-R-C на R-C-R) и замкнуть её не на землю, как обычно, а на плюс питания. Теперь, если сток полевика подключить к резистору R1 (в точку b), то задача оказывается решенной. Вот и вся схема… Настраивается она одним резистором R2 так, чтобы напряжение на выходе операционника (точка d) было примерно равно половине питания. Напряжения в точках a и c также автоматически станут равными этому значению.
    Согласующая цепочка R6‑C3‑R7 служит для отсекания постоянной составляющей с выхода операционника и снижения громкости щелчка при «горячем» подключении преда ко входу последующего усилителя, а также для уменьшения влияния емкостной нагрузки в виде длинного выходного соединительного кабеля на работу операционника.

    Чтобы проиллюстрировать способность данной схемы работать с большими уровнями входных сигналов, на рис. 4а представлен ее вариант с двуполярным питанием, где операционник использует +/- 15 В (чтобы не было ограничения по выходу), а основной каскад питается лишь от +/- 6 В. Как видно из моделирования, при амплитуде входного сигнала в 6 В искажения составляют 0,002%. Если же не предвидится таких больших входных сигналов, полное питание этого каскада можно снизить вообще до 6 В.
    Рис.4. а)Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	макс сигн схема.png 
Просмотров:	3209 
Размер:	15,1 Кб 
ID:	207900 б)Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	макс сигн АЧХ.png 
Просмотров:	1145 
Размер:	4,7 Кб 
ID:	207901 в)Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	макс сигн КНИ.png 
Просмотров:	888 
Размер:	3,8 Кб 
ID:	207902
    На рисунках 3 и 4 были представлены самые простые варианты схемы для знакомства с принципом ее работы и возможностями. На практике еще надо позаботиться о том, чтобы пульсации и шумы источника питания не попали на инвертирующий вход операционника через цепь R1-C2, а затем на его выход. Поэтому в рабочем варианте схемы надо поставить фильтрующую цепочку R8‑C4 (или две), как показано на рис. 5а).
    Рис.5. а)Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	питание 12В схема.png 
Просмотров:	4197 
Размер:	16,0 Кб 
ID:	207904 б)Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	питание 12В АЧХ.png 
Просмотров:	1009 
Размер:	4,7 Кб 
ID:	207905 в)Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	питание 12В КНИ.png 
Просмотров:	758 
Размер:	3,9 Кб 
ID:	207906
    Также, если операционник в силу своих особенностей дает подъем АЧХ на своих предельных частотах, может быть полезной корректирующая емкость Cк. Как видно из рис. 4б, там имеется небольшой подъем АЧХ на 6 МГц, а в схеме на рис. 5б его уже нет благодаря этой емкости.
    Чтобы другие могли самостоятельно повторить симулирование, я привожу используемую модель полевика (рис. 6). Естественно, могут вызвать вопросы значения некоторых параметров. Я принял их такими на основе анализа разных моделей, использовавшихся участниками форума, усреднив и округлив их (ведь это лишь типовые значения, которые меняются от экземпляра к экземпляру). Некоторые спорные значения, которые приводили к противоречивым результатам (например, не давали правильной величины реального тока транзистора), я заменил на значения по умолчанию для симулятора «Multisim 12» или старался подобрать их так, чтобы такие стандартные характеристики, как напряжение отсечки, начальный ток и удельная крутизна остались соответствовать реальности, определяемой формой графика на рис. 1. Ваше право изменить их.
    Рис.6.Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	спайс.png 
Просмотров:	1183 
Размер:	13,8 Кб 
ID:	207907
    В заключение сделаю несколько итоговых замечаний по представленному материалу.
    1. Предолженная схема преда нужна для работы с большими уровнями звуковых мощностей, которые используются в некоторых акустических измерениях. Пороговая чувствительность у неё несколько хуже, чем у обычных схем предусилителей, поскольку внутренний полевой транзистор используется в режиме истокового повторителя, а не как усилитель напряжения. Поэтому, чем более малошумящий ОУ вы используете, тем шумы будут меньше. Я рекомендую ОУ с биполярными транзисторами на входе, схема это допускает, а шумы напряжения у них меньше. Надо только, чтобы токовые входные шумы не превосходили 2…3 пА/√Гц. Например, AD8671, он очень дешевый и имеет шумы напряжения 2,8 нВ/√Гц, в этом случае ухудшения по шумах практически не произойдет. Моделирование на нем (как видно из рисунков) дает отличные результаты.
    2. Пред не устраняет искажения, возникающие из-за акусто-механических нелинейностей мембраны капсюля. Я рассчитываю, лишь на минимизацию электрических искажений до уровня, когда они становятся пренебрежимо малы по сравнению с мембранными, что позволит подойти к вопросу изучения этих искажений.
    3. Лучше всего использовать данную схему совместно с капсюлем WM-61. У него маленький диаметр, благодаря чему он обладает широким частотным диапазоном и одновременно уже сам по себе допускает повышенные входные уровни акустической мощности по сравнению с капсюлями большего диаметра.
    4. Снова повторю: чтобы исключить проникновение пульсаций источника питания надо хорошо зафильтровать напряжение в точке подключения R1 к источнику. Питание операционника этого не требует.
    5. При симулировании схемы с вариацией параметров в очень широких пределах иногда может наблюдаться интересный эффект - небольшой подъем АЧХ на частоте около 1 Гц. Он легко устраняется изменением номиналов любого из конденсаторов С1 в пределах 10…20 мкФ или С2 в пределах 50….100 мкФ. Или снижением емкости C3 так, чтобы частоты ниже 10…20 Гц не проходили на выход.
    6. Верхняя граница рабочих частот схемы в моделировании определяется частотными свойствами операционника. Для современных ОУ она намного шире звукового диапазона. Это может быть недостатком с точки зрения увеличения шумов, если используемая система оцифровки сигнала не имеет хорошего фильтра, отрезающего шумы выше половины частоты дискретизации. И на нормальном осциллографе, конечно, это визуально увеличит шумовую дорожку. Тогда можно дополнить схему еще одним каскадом-фильтром.
    7. Лучше всего иметь усиление схемы 6 дБ (при R5=2кОм) или 10 дБ (при R5=4,3кОм). Вряд ли мембрана сможет реально выдать напряжения, которые приводились в моделировании. Поэтому на практике даже с таким усилением выходной сигнал будет не больше 5 Вольт амплитуды. Если операционник запитать напряжением 15 Вольт (или +/- 9…12 В при двуполярном питании), то он без проблем выдаст такой сигнал в нагрузку. Зато это позволит использовать меньшее усиление в звуковой карте и, тем самым, уменьшить ее собственную шумовую дорожку. Использование коэффициента усиления, равного единице (при R5=0), снижает требования по борьбе с пульсациями питания, но в симуляторе несколько увеличивает искажения на больших уровнях. В этом случае надо также внимательно смотреть, допускает ли ваш операционник работу на нагрузку 2 кОм. Если нет, то R1 надо будет соответственно увеличивать.

    Прямо признаюсь, я не проверял эту схему даже в макете, а только моделировал в Мультисиме-12. При моделировании схема оказалась удивительно устойчива к изменению номиналов деталей, параметров модели полевика и операционника. Проверить полученные результаты в «железе» у меня нет ни возможности, ни времени (я не связан с акустикой, мне просто интересно было «решить задачку»). Но как же после этих трудов все-таки хочется сравнить теорию с реальностью! Поэтому я очень заинтересован, если бы кто‑то это воплотил в жизнь.

    В общем, друзья, все кто хочет и может поэкспериментировать со схемой, пожалуйста, расскажите, как она у вас заработала, на каких операционниках, какие были проблемы. В случае успеха будет здорово, если вы поделитесь с другими конструкцией и разводкой платы. Обратите внимание, как она будет работать на длинный кабель с большой емкостью. Ведь не все операционники способны устойчиво работать на емкостную нагрузку. В этом случае может понадобиться еще буферный каскад. Может также оказаться, что в реальности существуют неожиданные проблемы, и вы придумаете, как усовершенствовать схему, чтобы устранить их.

    P.S. Пока писались последние строки и проходило финальное обсуждение идеи обратной связи по стоку, появились посты, где люди стали делиться своими практическими наработками именно в этом вопросе. Даю ссылку уже на опробованное решение #2696 . Радует, что процесс пошел!
    Последний раз редактировалось semimat; 22.04.2014 в 00:05. Причина: опечатка

  2. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    567

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Друзья, я узнал о существовании проблемы борьбы с искажениями электретного микрофона месяц назад, когда наткнулся на ветку "выбираем измерительный микрофон..." Она тянется аж с 2005 года... За это время ветка стала кладезью полезнейшей информации. Участники обсуждают проблему искажений с разных сторон, дают дельные советы, медленно улучшают показатели...
    Месяц я эту ветку штудировал и пришел, как мне казалось, к лучшему решению из всех, которые были предложены за все годы её существования, поскольку даже в иностранных публикациях, которые приводились на форуме, этого не предлагалось...
    И мне наивно показалось, что я сейчас всех осчастливлю...
    Увы, как я ошибся... Я всё испортил, по крайней мере, для некоторых участников.
    Оказывается, они уже давно додумались до правильного решения! Причем, честно признаю, еще более оригинального, чем моё! Там следящая обратная связь идет сразу и по стоку и по истоку! Но они не выкладывали свои решения, а спокойно наблюдали, как бурлит мысль у других участников. И только, когда главная идея все-таки прозвучала в постах, и появилась эта новая тема, были "раскрыты карты"...
    Значит, хотя бы в этом я вижу пользу своего труда и участия. Ведь для тех кто не играл в "многолетний сериал", а искал так необходимое для своих нужд решение, оно лишь теперь стало доступным! Но это значит также, что вряд ли вот эта новая тема получит продолжение, поскольку люди привыкают к своим сериалам, особенно, если сами их создали, и с ветки "выбираем измерительный микрофон..." уже не уйдут.
    А эта тема скорее всего будет нужна новичкам, кто впервые сталкивается с данной проблемой и ищет ответ в Интернете. Она в названии содержит свою суть. Останется только приводить здесь ссылки на новые варианты схем из других мест.
    Вот одно из лучших решений проблемы #2706 .
    Последний раз редактировалось semimat; 22.04.2014 в 15:32.

  3. Завсегдатай Аватар для Fenyx
    Регистрация
    21.12.2004
    Адрес
    г.Саратов
    Возраст
    40
    Сообщений
    1.977

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    semimat, большое спасибо за проделанную работу. И хоть Вы не проверяли схему в железе, принципы ее работы вполне понятны и должны работать, хотя бы и не так идеально как в симуляторе. Что касается у помянутых "участников", которые (некоторые) участвовали только в виде ехидных замечаний по поводу чужих схем, то будь их решения хоть трижды золотыми, заслуги их признать никак нельзя, т.к. не обнародованная информация все равно что не найденная. Пусть тешат свое самолюбие и далее сознанием того что у них все круче и они никому ничего не скажут. Но им я спасибо не скажу, как и многие другие, а вот Вам - еще раз спасибо. Было интересно еще раз вспомнить про эту тему и увидеть действительно стОящее решение.
    Делай хорошо, а хреново и само получится!

  4. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    567

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Со дня открытия темы прошло три с половиной месяца.
    За это время получены важные результаты, достойные популяризации. Правда, «ковались» и «оттачивались» они на другой ветке: «выбираем измерительный микрофон». За этот короткий срок именно она удлинилась больше чем на 600 постов.
    Понятно, что перелопатить все посты той ветки, чтобы найти в них главное, достаточно трудоемко. Поэтому, даже неплохо, что вот эта параллельная тема не разрастается в виде долгих обсуждений, споров и сырых промежуточных идей, а может быть использована для изложения итоговых результатов в сжатом виде.

    Итак, в какой-то степени благодаря появлению этой темы, более широкому кругу людей оказалась доступна ключевая идея схемы включения полевого транзистора, в которой его параметры перестают оказывать какое либо существенное влияние на входной импеданс каскада и нелинейные искажения (т.н. схема со следящими обратными связями).
    Сама идея схемы (рис.1), как оказалось, уже полвека применяется для уменьшения входной емкости усилителей ( http://zpostbox.ru/fet_based_ac_amplifiers.html ; надо было лучше изучать литературу, чтобы не изобретать велосипед!):
    Рис.1.Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	усил с мал вх емк.png 
Просмотров:	1377 
Размер:	38,4 Кб 
ID:	215284
    Использование же операционного усилителя в режиме Ку=1 вместо простого эмиттерного повторителя (рис. 2) позволяет существенно повысить все ключевые характеристики схемы:
    - практически полностью обнулить входную емкость, определяемую полевым транзистором;
    - в минимальной степени ослабить сигнал, создаваемый мембраной микрофона.
    - максимально увеличить диапазон допустимых входных напряжений при минимальных искажениях;
    - получить очень малое выходное сопротивление схемы;
    Рис.2.Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	Тр-ОУ.png 
Просмотров:	1631 
Размер:	18,5 Кб 
ID:	215285
    Схема предусилителя со следящими обратными связями и повторителем на ОУ очень неприхотлива и может быть повторена на различных операционниках, способных работать в режиме Ку=1 (имеющих внутреннюю частотную коррекцию или выводы для подключения такой коррекции).
    Чтобы не произошло ухудшение пороговой чувствительности микрофона, собственные входные шумы операционника не должны превышать 15 нВ/Гц0.5 на частотах выше 1 кГц. Эта рекомендация сделана на основе исследований коллеги begemot61 ( http://www.audio-perfection.com/foru...8.html#pid1328 ). Спасибо ему за проделанный труд.

    Для тех же, кому неинтересно проектирование своего варианта предусилителя, рекомендую вариант схемы, выложенный тут http://www.audio-perfection.com/foru...9.html#pid1619 (пост), тут http://www.audio-perfection.com/foru...nt.php?aid=346 (схема), и тут https://www.oshpark.com/shared_projects/oeeemQNT (плата) . Автор довел предлагаемый вариант до возможности простого повторения, приложив чертежи печатной платы. Схема интересна использованием сдвоенного ОУ OPA2209, обладающего очень хорошими характеристиками, особенно - малыми шумами – 2,2 нВ/Гц0.5.

    А вот ссылки на чисто транзисторный вариант ПУ, построенный из самых доступных деталей, в котором также реализованы следящие ОС: http://www.audio-perfection.com/foru...6.html#pid1516 или http://forum.vegalab.ru/showthread.p...=1#post1926210 (автор begemot61). Интересной особенностью схемы является ее работа от стандартного фантомного источника питания.
    По собственным искажениям схема существенно превосходит ставшие эталонными фирменный предусилитель из микрофона Беринжер и схему ПУ от Линквица, но уступает вариантам, использующим ОУ. Однако она проста, и при этом ее искажения таковы, что они на порядок меньше искажений, возникающих в акустоэлектрическом преобразователе микрофона – колеблющейся мембране (мембранных искажений).

    На основании вышеизложенного, казалось бы, можно сделать вывод о закрытии темы в связи с созданием «идеального» предусилителя: ведь его искажения уже пренебрежимо малы по сравнению с остающимися мембранными искажениями, которые, увы, нам неподвластны. Действительно, если мембранные искажения составляют при определенном звуковом давлении величину 0,2%, то какая принципиальная разница между предусилителями, дающими в этих условиях искажения в 0,02% или 0,002%?...
    Словом, всем осталось теперь только модифицировать рассмотренные выше варианты схем под конкретные свои имеющиеся детали и источники питания…

    Однако, забегая вперед, могу сказать, что это не совсем так, если посмотреть на задачу по-другому. Как уже упоминалось в главном посте темы, искажения могут компенсировать друг друга, и это было использовано в одной из схем для успешной компенсации искажений полевика. Значит, существует принципиальная возможность аналогичной компенсации (до некоторой степени) и мембранных искажений!
    Но это уже совсем другая проблема, которая будет рассмотрена здесь обязательно. И вот её постановку я считаю главным итогом последних трех месяцев. Первые подходы к её решению, предложенные в ветке «выбираем измерительный микрофон», дали обнадеживающие результаты, и не только теоретически, а уже в реальных экспериментах …

    Продолжение следует…

    P.S. для отображения содержимого некоторых важных ссылок требуется регистрация на соответствующем сайте.

  5. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    567

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Итак, открывается "вторая серия" данной темы, посвященная дальнейшим шагам по превращению WM-61a в любительский измерительный микрофон.



    Краткое содержание предыдущей серии...

    Многолетняя напряженная работа по созданию предварительного усилителя, обладающего совместно с встроенным полевым транзистором ничтожно малыми электрическими искажениями (менее 0,001%) при уровнях выходных сигналов с мембраны более 3 Вольт р-р (что примерно соответствует 130 дБ SPL), успешно завершилась. Теперь каждый может собрать его из недорогих деталей, и будет ему счастье... Так ли это?....

    Да, результат очень неплохой и надежный - почти ни чего не надо настраивать - всё заработает сразу и даст заявленные малые искажения.




    Однако за долгие годы обсуждений проблемы снижения искажений произошла подмена одной задачи на другую. Ведь перед нами стоит конечная цель создать МИКРОФОН с малыми искажениями, а не УСИЛИТЕЛЬ. В чем же разница? А в том, что в микрофоне кроме искажений усилителя существуют и другие виды искажений, с которыми тоже надо как-то бороться.

    Кто-то скажет: но мы же устранили главные искажения, а те, что остались, во-первых, уже несущественны, а, во-вторых, нам неподвластны. Думаю, что это вопросы спорные...

    В связи с ограниченностью времени, начну пока с вопроса о величине "прочих" искажений.
    Как только появился "идеальный" предусилитель, возникла реальная возможность измерить эти "прочие" искажения, что и было сделано участником форума olvicgor*ом (пост #2733 ). И вот тут оказалось, что искажения капсюля WM-61a, определяемые нелинейными свойствами акусто-электрического преобразователя (колеблющейся проводящей мембраны в поле электрета), не очень-то и маленькие. Для наглядности я объединил графики искажений фирменных микрофонов, которые привел Dzymytch в посте #2074, добавив туда графики уровней гармоник для WM-61a, построенные на основе данных из поста #2733.

    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	mic distortion WM-61a.png 
Просмотров:	765 
Размер:	17,8 Кб 
ID:	221530

    Из графиков видно, что искажения WM-61a существенно (в 10 раз!) больше искажений фирменного микрофона B&K того же диаметра (1/4 дюйма). При 120 дБ SPL вторая гармоника составляет 0,13%. При бОльших уровнях искажения еще больше. Я считаю эти искажения неудовлетворительными. Смириться с ними можно только от безысходности.

    Но такой безысходности, к счастью, нет. И об этом пойдет речь в следующих постах.

    дополнение от 17 ноября 2014

    Почти три месяца прошло со дня написания первых строк данного поста, в том числе, месяц моего вынужденного отсутствия... Стало очевидно, что такой творческой активности, которая бурлила в предыдущие месяцы на ветке "выбираем измерительный микрофон", нет и в помине. Энтузиазма вкладываться в продолжение своей темы это, конечно, не прибавляет... Но раз уж я "прокукарекал" о том, что существуют способы борьбы с мембранными искажениями, надо довести дело до конца. Только теперь оговорюсь: то, что будет излагаться в следующих постах, предназначено для энтузиастов. Я же постараюсь изложить все идеи за несколько недель по мере появления времени.
    В первую очередь обсудим (обобщим) то, что сейчас достигнуто в существующих многократно проверенных схемах предусилителей. Это поможет читателю определиться, нужно ли ему делать еще шаг вперед, или того, что есть, уже вполне достаточно.
    Затем, аналогично первой "серии" этой темы, я проведу обзор имеющихся в настоящее время (главным образом, предложенных в ветке "выбираем измерительный микрофон") способов подавления уже мембранных искажений (в отличие от первой серии, где уменьшались электрические искажения).
    И наконец, я собираюсь предложить концепцию построения (и конкретное схемотехническое решение) "народного" измерительного микрофона на базе дешевого электретного капсюля. Расчеты и симулирование показывают, что для получения очень хороших параметров по искажениям, вполне достаточно популярного капсюля WM-61 . Если кто-то добудет более качественный капсюль - это только упростит ему решение задачи. Как и в первой серии скажу, что все результаты получены "на кончике пера", поэтому требуют экспериментальной проверки. Если в первой серии я, как оказалось, изобрел велосипед (схема со следящими связями, оказывается, используется десятилетиями), то на этот раз, боюсь, то, что будет предложено, может и не дать хорошего результата, поскольку на практике вряд ли применялось и проверялось. В частности, может потребоваться решение вопроса температурной стабилизации. Я им толком не занимался.

    Словом, кому пока еще интересно, предлагаю начать путь... Следующий пост ветки, являющийся последовательным продолжением того, о чем я сейчас написал: #39 .
    Последний раз редактировалось semimat; 19.11.2014 в 04:26.

  6. Частый гость Аватар для Dzymytch
    Регистрация
    01.01.2006
    Адрес
    Вильнюс
    Возраст
    34
    Сообщений
    274

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    semimat,

    если имеются следующие параметры для wm61, могу попробовать смоделировать его искажения, много времени это не займет.

    Нужны следующие параметры:


    ClearAll;
    E0 = 200 ; "(napriazenie poliarizacii V)";

    "B&K 4144 1 inch";
    S0 = 50 ; "(chiuvstvitelnost*, mV/Pa)";
    Rd = 9.1 ; "(radius diafragmy, mm)";
    Rb = 6.65 ; "(radius zadnego elektroda, mm)";
    D0 = 23.5 ; "(rasstojanie mezhdu zadnim elektrodom i membranoj, um)";
    Ah = 20.3; "(plosciad overstij v zadnem elektrode,mm2)";
    Cp = 4.3; "(parazitnaja emkost, Cp=Ce+Ch+Cl, pF)";

    "B&K 4135 1/4 inch";
    S01 = 4 ; "(chiuvstvitelnost*, mV/Pa)";
    Rd1 = 2.1 ; "(radius diafragmy, mm)";
    Rb1 = 1.75 ; "(radius zadnego elektroda, mm)";
    D01 = 18 ; "(rasstojanie mezhdu zadnim elektrodom i membranoj, um)";
    Ah1 = 0; "(plosciad overstij v zadnem elektrode,mm2)";
    Cp1 = 2; "(parazitnaja emkost, Cp=Ce+Ch+Cl, pF)";




    Правда, чтобы оценить напряжение пояризации E0, надо бы хотя бы примерно знать плотность заряда у электретной пленки...
    Вот тут
    http://books.google.lt/books?id=exF0...ensity&f=false
    Пушут, что плотность заряда от 10 до 20 nC/cm2 , нужны другие параметры.
    Последний раз редактировалось Dzymytch; 25.08.2014 в 06:12.
    Понимание некоторых тенденций освобождает от знания многих фактов

  7. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    567

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Цитата Сообщение от Dzymytch Посмотреть сообщение
    semimat,
    если имеются следующие параметры для wm61, могу попробовать смоделировать его искажения, много времени это не займет.
    У меня, к сожалению, нет WM-61a. Я черпаю данные из постов и пытаюсь их обрабатывать. За основу электромеханических параметров капсюля я взял данные begemot*a с сайта http://www.audio-perfection.com/foru...8.html#pid1218 . Там есть отличное фото деталей капсюля и оценка емкости эквивалентного источника сигнала. К сожалению, чтобы там посмотреть картинки надо зарегистрироваться. Приведу оттуда только текстовый вывод автора:
    "Сигнал на затвор полевика подаётся через ёмкость 7pF, имитирующую ёмкость капсюля. Почему именно 7pF? Диаметр центрального электрода примерно 4.53мм. Зазор между центральным электродом и электретом (подвижной мембраной) определяется толщиной пластиковой шайбы и равен 0.02мм. Отсюда рассчитывается ёмкость которая приблизительно равна 7pF."
    Я на основе той фотографии сделал свои оценки размеров деталей и сравнил с измерениями на основе другой, имевшейся у меня фотографии:

    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	детали капсюля.jpg 
Просмотров:	523 
Размер:	8,4 Кб 
ID:	216110 (сейчас не могу найти, из какого поста я сделал эту вырезку).

    В результате я согласился с оценкой begemot*a, но обратил внимание, что не вся площадь заднего электрода, образующая с мембраной конденсатор, является активной и предложил разделить её на активную, имеющую емкость 5пФ (там, где мембрана подвижна) и пассивную, отделяемую от мембраны прокладкой, имеющую емкость 2пФ (тот самый рисунок, который я привел в теме "выбираем измерительный микрофон"):
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	капсюль.png 
Просмотров:	717 
Размер:	5,6 Кб 
ID:	216111
    К этой последней емкости, чтобы получить полую паразитную емкость лучше бы ещё добавить емкость "задний электрод-корпус", которую я оцениваю (наугад) в 1 пФ. Итого, паразитная емкость - 3 пФ.

    Правда, при моделировании своих схем я эту емкость отбрасываю чтобы ужесточить условия по искажениям (эта емкость ослабляет сигнал и одновременно увеличивает эквивалентную емкость его источника: и то и другое уменьшает искажения). Это "идеологически" не критично, поскольку у меня в модели входные искажения возникают не за счет переменной емкости (она фиксирована - 5пФ), а синтезируются схемотехнически на нелинейном каскаде.

    Данные по чувствительности преобразователя (сигнал на затворе полевика в "идеальном" включении со следящими ОС) я взял из постов olvicgor*a. Поскольку этот параметр определен приближенно и вообще имеет разброс, я округлил его до величины в 1 Вольт р-р при SPL=120 дБ (теперь я использую именно это значение при моделировании предусилителей, компенсирующих мембранные искажения). Это соответствует 17,68 мВ(rms)/Pa(rms).
    Вот, пожалуй, все данные по WM-61a, которыми я располагаю. Их не хватает для оценки искажений... Но искажения WM-61a, приведенные в предыдущем посте, - они получены в корректном эксперименте, им можно доверять. Может тогда попробовать выполнить обратную задачу - по этим искажениям оценить плотность поверхностного заряда и сравнить с теми значениями, которые ты нашел в книге?
    Последний раз редактировалось semimat; 26.08.2014 в 00:44.

  8. Частый гость Аватар для Dzymytch
    Регистрация
    01.01.2006
    Адрес
    Вильнюс
    Возраст
    34
    Сообщений
    274

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Итого меем:

    "Panasonic wm61";
    напряжение поляризации........................................E0 = примерно ~400-460 В (нужен точный радиус диафрагмы)";
    чувствитель............................................................S0 = 17.7 mV/Pa,
    Радиус диафрагмы(движущейся части) ...................Rd = ?? mm,
    радиус заднего электрода.......................................Rb = 2.565 mm,
    расстояние между электродом и мембраной............D0 = 20 um,
    Площадь отверстий в заднем электроде .................Ah = ?? mm2,
    Паразитная емкость...............................................Cp = 2-3 пФ.


    Так что не хватает радиуса движущейся части диафрагмы и площадь отверстий в заднем электроде.

    Насколько помню, вроде как Боббы_ИИ (Bobby_ii) разбирал капсюль. Мож отпишется. А потность заряда, зная все остальные пареметры, можно подобрать по наилучшему соответствию.
    Понимание некоторых тенденций освобождает от знания многих фактов

  9. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    567

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Цитата Сообщение от Dzymytch Посмотреть сообщение
    Итого меем:

    "Panasonic wm61";
    напряжение поляризации........................................E0 = примерно ~400-460 В (нужен точный радиус диафрагмы)";
    чувствитель............................................................S0 = 17.7 mV/Pa,
    Радиус диафрагмы(движущейся части) ...................Rd = ?? mm,
    радиус заднего электрода.......................................Rb = 2.565 mm,
    расстояние между электродом и мембраной............D0 = 20 um,
    Площадь отверстий в заднем электроде .................Ah = ?? mm2,
    Паразитная емкость...............................................Cp = 2-3 пФ.
    Воспользовавшись фотографией от begemot*a, я чисто геометрически сравнил относительные диаметры заднего электрода, внутреннего диаметра изолирующей шайбы и отверстий в заднем электроде и, используя реальное значение диаметра заднего электрода - 4,53 мм получил реальные значения для внутреннего диаметра разделительной шайбы - 3,9...4,0 мм , а для диаметров отверстий в заднем электроде - 0,69...0,7мм. Значит площадь 4 отверстий будет 4*pi*0,695^2/4=1,52 мм2
    итого:
    "Panasonic wm61";
    напряжение поляризации........................................E0 = примерно ~400-460 В (нужен точный радиус диафрагмы)";
    чувствитель............................................................S0 = 17.7 mV/Pa,
    Радиус диафрагмы(движущейся части) ...................Rd = 1,95 mm,
    радиус заднего электрода.......................................Rb = 2.265 mm,
    расстояние между электродом и мембраной............D0 = 20 um,
    Площадь отверстий в заднем электроде .................Ah = 1,52 mm2,
    Паразитная емкость...............................................Cp = 2-3 пФ.
    Я пока положил, что диаметр подвижной части мембраны совпадает с внутренним диаметром изолирующей шайбы. Надо бы еще оценить и внутренний диаметр металлического кольца, на котором укреплена мембрана (вдруг он меньше), но на фотогорафии begemot*a изображена другая сторона мембраны, где это кольцо не видно.

  10. Старый знакомый Аватар для Bobby_ii
    Регистрация
    16.03.2011
    Адрес
    Spb
    Сообщений
    757

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Я искал, но не нашел, где приводил данные ( в ветке про изм. микрофон - столько там наплодили). Мембрана почила при измерениях. Пуговицу скорее всего найду. На память отверстия порядка 0.6мм диаметром. Ширина дистанционногокольца - прим. 1.2мм. Поищу - померю-отредактирую.

  11. Частый гость Аватар для Dzymytch
    Регистрация
    01.01.2006
    Адрес
    Вильнюс
    Возраст
    34
    Сообщений
    274

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Цитата Сообщение от Bobby_ii Посмотреть сообщение
    Я искал, но не нашел, где приводил данные ( в ветке про изм. микрофон - столько там наплодили). Мембрана почила при измерениях. Пуговицу скорее всего найду. На память отверстия порядка 0.6мм диаметром. Ширина дистанционногокольца - прим. 1.2мм. Поищу - померю-отредактирую.
    Усе, уже не надо. Наконец-то нашел у себя разобранный WM61. Осталось микрометр найт ))

    Sent from my U8800Pro using Tapatalk 2
    Понимание некоторых тенденций освобождает от знания многих фактов

  12. Старый знакомый Аватар для Bobby_ii
    Регистрация
    16.03.2011
    Адрес
    Spb
    Сообщений
    757

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.


    Offтопик:
    Гы ... я тоже нашел разобранный ВМ-61, но потерял микрометр со штангелем ....
    Но потом нашел штангель (старого образца), который внутренний диаметр от 10мм мерит и пару микрометров: один - от 25мм, другой - от 50 .
    Всего-то 3 часа поисков и нашел нужный штангель и микрометр от 0.

    Внутренний диаметр корпуса 5.5мм
    нар. диаметр кольца 5.4мм
    внутр. диаметр кольца 3,4мм
    ширина кольца 0,9-1,1мм (не ровное оно) (для проверки - вроде сходится)
    дистанционное кольцо совпадает с шайбой, хотя визуально кажется уже.
    диаметр отверстий в пуговице - 0,5 - 0.6мм (измерено иголкой + штангель - суешь иголку до застревания, меришь диаметр в месте застревания, микрометр иголку мерит от 0.7 до 1.1мм - контры у микрометра с иголкой т.к. глазометр кажет, что отверстие не больше 0.6 )
    толщина дист. кольца прим. 0,02мм
    толщина мембраны чуть меньше 0,01мм, пару раз показало в р-не 0,005.

  13. Частый гость Аватар для Dzymytch
    Регистрация
    01.01.2006
    Адрес
    Вильнюс
    Возраст
    34
    Сообщений
    274

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Вот что получилось.

    Параметры капсюля (WM61A) следующие:
    "Panasonic wm61";
    напряжение поляризации........................................E0 = 335 В (при плотности заряда- 10 nC/cm2)
    чувствитель............................................................S0 = 17.7 mV/Pa,
    Радиус диафрагмы(движущейся части) ...................Rd = 1.8 mm,
    радиус заднего электрода.......................................Rb = 2.275 mm,
    расстояние между электродом и мембраной............D0 = 25 um,
    Площадь отверстий в заднем электроде .................Ah = 1.33 mm2,
    Паразитная емкость...............................................Cp = 2 пФ.

    Четыре серые верхние точки- измеренная 2-ая гармоника (то, что нашел в данной теме, пост 2733 Olvicgor), серая нижняя точка- 3-ая гармоника.



    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	wm61jpg.JPG 
Просмотров:	415 
Размер:	53,4 Кб 
ID:	216387
    тоже самое, но для удобства в меньшем дБ интервале.
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	wm61jpg 60-146dB.JPG 
Просмотров:	372 
Размер:	50,4 Кб 
ID:	216388




    Благодарю semimat за ценное замечание. Немного подкорректировал Математическую модель микрофона(для электрета панасоник радиус мембраны надо приравнять радиусу заднего электрода, тогда результаты получаются корректными).
    После корретировки- теоретическая модель очень хорошо совпадает с измеренными КНИ. Так, согласно теории, максимальный для WM61A SPL, при величине КНИ в 3%,- 146 дБ, и в основном определется второй гармоникой.
    Свобода варьирования параметров небольшая- в основном это плотность заряда в приделе 5-20 nC/cm2. Немного можно покрутить емкости капсюля, что координально не влияет на КНИ. А вот от чувствительности микрофона- уровень КНИ зависит очень сильно. Чем выше чувствительность- тем выше КНИ (видимо, связанно с большим смещением мембраны). Потому измерение искажение с помощью WM61A- не самое лучшее решение в принцпе. Тот же Monacor mce4000 для этих целей должен быть куда более подходящим капсюлём. Monacor mce2000 бул бы самым оптимальным выбором, он и полинейнее, и чувствительность подходящая для более корректного измерения КНИ в сравнении с WM61A , но найти его будет проблематично, т.к. его не выпускают.


    Описание математической модели- в прилагаемом пдф.
    Вложения Вложения
    Последний раз редактировалось Dzymytch; 30.08.2014 в 23:13.
    Понимание некоторых тенденций освобождает от знания многих фактов

  14. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    567

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Цитата Сообщение от Dzymytch Посмотреть сообщение
    После корретировки- теоретическая модель очень хорошо совпадает с измеренными КНИ. Так, согласно теории, максимальный для WM61A, при величине КНИ в 3%- 146 дБ, и в основном определется второй гармоникой.
    Потому измерение искажение с помощью WM61A- не самое лучшее решение в принцпе.
    Dzymytch, спасибо за результаты! Для меня это как раз то, что нужно - совпадение теории с практикой.

    Теперь остается только рассмотреть несколько электрических схем, уменьшающих искажения капсюля в целом (а не одного ПУ) до величины менее 0,015% на акустических мощностях более 120 дБ SPL.
    Olvicgor уже на практике предложил и опробовал один из возможных вариантов, дающий такие результаты для WM61A именно на этих уровнях мощностей и искажений. Но есть и другие варианты схем, обладающие некоторыми преимуществами. О них также следует рассказать и в целом провести некоторое обобщение исследований.

    Если вместо WM61A будет использован капсюль с лучшими характеристиками - это только облегчит подавление искажений. Но и капсюля WM61А в принципе уже достаточно для изготовления неплохого любительского измерительного микрофона. Капсюль же с малой чувствительностью будет требовать ПУ с малыми входными шумами, и это может стать проблемой.
    Последний раз редактировалось semimat; 31.08.2014 в 01:18.

  15. Частый гость Аватар для Dzymytch
    Регистрация
    01.01.2006
    Адрес
    Вильнюс
    Возраст
    34
    Сообщений
    274

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    ПУ с малыми шумами как раз не проблема(по крайней мере в России). КП303А, КП303В, КП303Г- Наше все. Да и при уровне в 120 дБ, и чувствительности в 5 мВ\Па, выходное напряжение на капсюле будет равным ~100 мВ. Что при напряжение шумов ~15 мкВ(в основном из-за низкочастотного шума), эквивалентно динамическому диапазону в 77 дБ на НЧ. , т.е. как раз те самые заветные 0.015% на НЧ. При том, уровень искажений будет сопостовим с шумами. А ограничить шум в транзисторе не сложно- уменьшать полосу пропускания. до 50 кГц и найти сам КП КП303А, КП303В, КП303Г и запараллелить их до 2-3 шт. Как мне видится, это более простое решение, чем компенсировать искажения мембраны отрицательной емкостью в электрической цепи предусилителя. Или, по крайней мере, надо компенсировать искажения мембраны капсюля с более низкой чувствительностью- так будет полегче, ибо их изначально будет меньше.
    Понимание некоторых тенденций освобождает от знания многих фактов

  16. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    567

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Цитата Сообщение от Dzymytch Посмотреть сообщение
    ПУ с малыми шумами как раз не проблема(по крайней мере в России). КП303А, КП303В, КП303Г- Наше все. Да и при уровне в 120 дБ, и чувствительности в 5 мВ\Па, выходное напряжение на капсюле будет равным ~100 мВ. Что при напряжение шумов ~15 мкВ(в основном из-за низкочастотного шума), эквивалентно динамическому диапазону в 77 дБ на НЧ. , т.е. как раз те самые заветные 0.015% на НЧ. При том, уровень искажений будет сопостовим с шумами. А ограничить шум в транзисторе не сложно- уменьшать полосу пропускания. до 50 кГц и найти сам КП КП303А, КП303В, КП303Г и запараллелить их до 2-3 шт. Как мне видится, это более простое решение, чем компенсировать искажения мембраны отрицательной емкостью в электрической цепи предусилителя. Или, по крайней мере, надо компенсировать искажения мембраны капсюля с более низкой чувствительностью- так будет полегче, ибо их изначально будет меньше.
    Да, это тоже возможный путь создания измерительного микрофона. И наверное я зациклился на WM61A благодаря ветке "выбираем измерительный микрофон", где уже 9 лет обсуждается проблема создания измерительного микрофона именно на базе этого капсюля.

    Но тот факт, что существует электретный капсюль с диаметром 6мм, обладающий чувствительностью всего 5 мВ/Па (если такого же диаметра капсюль запросто может дать 20 мВ/Па), требует некоторого осмысления. Почему или зачем у этого микрофона такая маленькая чувствительность? Если это из-за того, что мембрана более жесткая и поэтому её смещение меньше, или, если у этого капсюля воздушный зазор больше - тогда можно рассчитывать на меньшие искажения. Но тогда выходные шумы капсюля должны быть такими же как и у WM61A, если не больше. И это естественно означает, что его динамический диапазон 58дБ (то есть, меньше, чем у WM61A -62дБ) попросту смещён в сторону более высоких SPL по сравнению с WM61A. Да, он будет работать с бОльшими SPL, но слабые сигналы и гармоники могут уйти под шумы.
    А вот если схемотехнически подавить искажения WM61A на высоких уровнях SPL, сохранив нижний порог чувствительности, то можно реально расширить его полный динамический диапазон с 62 дБ до 80...90 дБ, и тогда он будет предпочтительнее в качестве измерительного микрофона. За это стоит побороться.

    Я пытался искать другие подходы к созданию дешевого измерительного микрофона и наткнулся вот на такую информацию lmv1012.pdf . И мне показалось, что скоро даже в дешевых капсюлях уже будет не найти простого полевого транзистора - там будут стоять подобные микросхемы - они решают сразу много проблем: усиления сигнала, подавления помех, проникающих по питанию, и малого выходного сопротивления ПУ, позволяющего уменьшить влияние наводок через кабель. Однако, по искажениям и динамическому диапазону это решение не дотягивает до того, что можно получить от доработанного WM61A.
    Последний раз редактировалось semimat; 31.08.2014 в 02:10.

  17. Частый гость Аватар для Dzymytch
    Регистрация
    01.01.2006
    Адрес
    Вильнюс
    Возраст
    34
    Сообщений
    274

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Цитата Сообщение от semimat Посмотреть сообщение
    Но тот факт, что существует электретный капсюль с диаметром 6мм, обладающий чувствительностью всего 5 мВ/Па (если такого же диаметра капсюль запросто может дать 20 мВ/Па), требует некоторого осмысления. Почему или зачем у этого микрофона такая маленькая чувствительность? Если это из-за того, что мембрана более жесткая и поэтому её смещение меньше, или, если у этого капсюля воздушный зазор больше - тогда можно рассчитывать на меньшие искажения.
    Возможно- более маленький задний электрод. А более маленький электрод означает более малую активную емкость, меньшую чувствительность, меньшие КНИ, больший уровень шума (все из-за той же более малой емкости капсюля).



    Цитата Сообщение от semimat Посмотреть сообщение
    Но тогда выходные шумы капсюля должны быть такими же как и у WM61A, если не больше. И это естественно означает, что его динамический диапазон 58дБ (то есть, меньше, чем у WM61A -62дБ) попросту смещён в сторону более высоких SPL по сравнению с WM61A. Да, он будет работать с бОльшими SPL, но слабые сигналы и гармоники могут уйти под шумы.
    А вот если схемотехнически подавить искажения WM61A на высоких уровнях SPL, сохранив нижний порог чувствительности, то можно реально расширить его полный динамический диапазон с 62 дБ до 80...90 дБ, и тогда он будет предпочтительнее в качестве измерительного микрофона. За это стоит побороться.
    Шумы у монакора будут поболее. Насколько я понимаю, отношение сигнал шум дается для капсюля относительно 94 дБ, т.е. нижний предел SPL WM61A - 94-62=32 дБ(А), у монакора на 4 дБ выше. Всего скорее это будет взвешенный С/Ш. При подаче сигнала в 120 дБ, у ВМ61 динамический диапазон получается равным тем самым 88 дБ(А), а у монакор на 4 дБ меньше, т.е. 88 дБ vs. 84 дБ. Надо смотреть насколько дБ получаем выигрыш по КНИ. При 120 дБ НИ у WM61A получаются ~0.2%, -54 дБ. У монакора попробывал прикинуть с разными вариантами параметров(похожими на ВМ61А, но чувствительностью 5 мВ/Па)- больше 0.05% на 120дБ не получаю, т.е. -66дБ, при условии,что в монакоре встроеные полевик аналогичен вм61.

    Я пытался искать другие подходы к созданию дешевого измерительного микрофона и наткнулся вот на такую информацию lmv1012.pdf . И мне показалось, что скоро даже в дешевых капсюлях уже будет не найти простого полевого транзистора - там будут стоять подобные микросхемы - они решают сразу много проблем: усиления сигнала, подавления помех, проникающих по питанию, и малого выходного сопротивления ПУ, позволяющего уменьшить влияние наводок через кабель. Однако, по искажениям и динамическому диапазону это решение не дотягивает до того, что можно получить от доработанного WM61A.
    Да, для измерений- "так себе".
    Понимание некоторых тенденций освобождает от знания многих фактов

  18. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    567

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Цитата Сообщение от Dzymytch Посмотреть сообщение
    Возможно- более маленький задний электрод. А более маленький электрод означает более малую активную емкость, меньшую чувствительность, меньшие КНИ, больший уровень шума (все из-за той же более малой емкости капсюля).
    Как мне кажется, все ширпотребовские капсюли конструктивно устроены одинаково и очень просто: чтобы обеспечить "дешёвый" и надежный малый зазор между мембраной и задним электродом, необходимо, чтобы задний электрод прижимался своими краями к изолирующей шайбе (см. рисунок).
    Это означает, что диаметр заднего электрода всегда чуть больше диаметра подвижной части мембраны. Я думаю, что попытка сделать задний электрод маленького диаметра сильно усложнит конструкцию. Думаю, что низкая чувствительность может быть связана либо с тем, что толщина прокладки больше, либо электрет похуже и расположен на мембране а не на заднем электроде, либо воздушный объем внутри капсюля меньше и, соответственно, упругость воздуха выше - и смещение мембраны меньше.
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	капсюль констр.png 
Просмотров:	589 
Размер:	2,2 Кб 
ID:	216528

    Цитата Сообщение от Dzymytch Посмотреть сообщение
    Шумы у монакора будут поболее. Насколько я понимаю, отношение сигнал шум дается для капсюля относительно 94 дБ, т.е. нижний предел SPL WM61A - 94-62=32 дБ(А), у монакора на 4 дБ выше.
    Вопрос, как определяется динамический диапазон или отношение сигнал/шум для ширпотребовских электретных капсюлей, для меня до конца не ясен. Вот интерактивная ссылка http://www.sengpielaudio.com/calcula...sferfactor.htm , где можно по введенным значениям maxSPL и self noise получить как величину динамического диапазона "Dynamic range", так и "s/n ratio re 94dB" - и это два разных параметра.
    И вот тут я не понимаю, как капсюль, имеющий в 4 раза (на 12 дБ) меньшую чувствительность мембраны, может иметь примерно то же самое отношение "s/n ratio re 94dB".
    Попытаюсь объяснить причину своего сомнения... Логично предположить, что у всех транзисторов, используемых в ширпотребовских капсюлях, шумовые свойства примерно одинаковы (если бы это было в корне не так, то рано или поздно все фирмы-производители капсюлей оставили бы самый лучший из транзисторов). Из этого можно сделать вывод, что при типовом включении выходные шумы капсюлей примерно одинаковы (с поправкой на то, что транзистор дает шумы тем больше, чем меньше емкость источника сигнала - мембраны). Тогда очевидно, что капсюль, у которого по какой-то причине чувствительность мембраны (мВ/Па) окажется в 4 раза меньше, будет иметь и на 12 дБ меньшее "s/n ratio re 94dB". Действительно, если при SPL=94 дБ такой микрофон даёт сигнал в 4 раза (на 12 дБ) меньше, а выходные шумы, как я сказал ранее, у него остаются такими же (а то и больше, если емкость мембраны меньше), то значит и отношение сигнал/шум будет меньше в 4 раза (на 12 дБ), а не на 4дБ.
    Я могу это объяснить лишь тем, что в даташитах указываются лишь худшие возможные значения, а на практике микрофоны с большей чувствительностью все-таки имеют и на столько же лучшее "s/n ratio re 94dB"

    В общем, мысль использовать менее чувствительный капсюль для создания измерительного микрофона очень логична, но нужна экспериментальная проверка из-за возможных проблем, связанных с неполнотой наших знаний о точных характеристиках того или иного капсюля. По крайней мере надо знать, из-за чего чувствительность так снижена.
    Последний раз редактировалось semimat; 31.08.2014 в 23:41.

  19. Старый знакомый Аватар для Bobby_ii
    Регистрация
    16.03.2011
    Адрес
    Spb
    Сообщений
    757

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Dzymytch, отличное совпадение модели с измерениями.
    чем и как измерял размеры в частности отверстий?
    - не ожидал, что предположительное напряжение поляризации электрета столь высокое. Говорю честно - я сомневаюсь.
    Поляризация вычислялась по чувствительности и остальным параметрам?
    Если подставить в модель сл. данные:
    Радиус диафрагмы(движущейся части) ...................Rd = 1.7 mm,
    радиус заднего электрода.......................................Rb = 2.25 (1.7) mm*
    расстояние между электродом и мембраной............D0 = 20 um,
    Площадь отверстий в заднем электроде .................Ah = 0.8 - 1.13 mm2,
    Паразитная емкость...............................................Cp = 2 пФ**
    *) подозреваю, что площадь заднего электрода надо указывать РАВНОЙ площади мембраны. У БК в модели нет совсем неподвижных частей мембраны.
    **) паразитная емкость - это емкость электрод-корпус? Т.е. включает емкость мембрана-электрод той части мембраны, которая совсем неподвижна (под дистанционным кольцом)? Тогда тем более (*).

    Основной вопрос: не мог бы ты расписать передаточную кривую в полиномиальном или ином виде? Там есть фазосдвигающие члены?
    И какие факторы сколько вкладывают в нелинейность? Н-р на уровне 120дБ.
    Что с частотной зависимостью у модели?

  20. Частый гость Аватар для Dzymytch
    Регистрация
    01.01.2006
    Адрес
    Вильнюс
    Возраст
    34
    Сообщений
    274

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

    Bobby_ii,
    отверстия измерял советским микрометром (цена деления 10 мкм). Пришлось хитрить. Из бумаги вырезал конусообразную полосочку и легонечько сунул её в дырочку до тех, пока упералась. Затем аккуратно загабал полоску и в месте перегиба иэмерял диаметр. По другому там замерить у меня не вышло.

    А завышенное напряжение поляризации (хотя, не факт что оно-завышенное)может быть связанно с тем, что диэлектрическую постоянную электретной пленки я принял равным за 2 (так, чтобы конечная расчетная активная емкость равнялась 5пФ), хотя, может она и поболее будет, тогда напряжение поляризации будет поменее(U=q/C). Там это надо учесть.
    Все формулы имеются в прилагаемом файле от BK. Их можно даже вбить а excel. Нет, там фазоздигающих компонент нету, ровно как и частотных. Только значение амплитуды. Могу выложить фаил вольфрам математики, правда, он слегка сумбурный, но разобраться можно). Сейчас, к сожалению, сам немогу много времени уделять этому вопросу.
    Последний раз редактировалось Dzymytch; 01.09.2014 в 14:16.
    Понимание некоторых тенденций освобождает от знания многих фактов

Страница 1 из 29 1 2 3 11 ... Последняя

Социальные закладки

Социальные закладки

Ваши права

  • Вы не можете создавать новые темы
  • Вы не можете отвечать в темах
  • Вы не можете прикреплять вложения
  • Вы не можете редактировать свои сообщения
  •