Страница 3 из 30 Первая 1234513 ... Последняя
Показано с 41 по 60 из 586

Тема: Предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности.

  1. #1 Показать/скрыть первое сообщение.
    Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    856

    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:	1862 
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:	4858 
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:	6762 
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:	4407 
Размер:	15.1 Кб 
ID:	207900 б)Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	макс сигн АЧХ.png 
Просмотров:	1569 
Размер:	4.7 Кб 
ID:	207901 в)Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	макс сигн КНИ.png 
Просмотров:	1448 
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:	5547 
Размер:	16.0 Кб 
ID:	207904 б)Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	питание 12В АЧХ.png 
Просмотров:	1653 
Размер:	4.7 Кб 
ID:	207905 в)Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	питание 12В КНИ.png 
Просмотров:	1292 
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:	1520 
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. #41
    Старый знакомый Аватар для Bobby_ii
    Регистрация
    16.03.2011
    Адрес
    Spb
    Сообщений
    822

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

    По К3 данные есть? Тоже важны. Но на одном графике будет путаница. Предлагаю цветом объединять модели, а К3 например пунктиром или точка-тире.
    "Лучше промолчать и показаться дураком, чем раскрыть рот и развеять все сомнения" Марк Твен.

  3. #42
    Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    856

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

    Цитата Сообщение от Bobby_ii Посмотреть сообщение
    По К3 данные есть? Тоже важны. ...
    Bobby_ii, данные по К3 есть на всех трех рисунках с графиками в #5 ,#39 , #40 . Для конденсаторных микрофонов B&K4144 и B&K4135 данные взяты у Dzymytch*a, по электретнику B&K4155 - из его спецификации (кстати, этот микрофон используется в известном портативном шумомере B&K 2230, упомянутом в популярной статье из AudioExpress 5.2007, где проводилось его сравнение с WM-61 применительно к задачам измерения искажений). Данные по WM-61 взяты из экспериментов olvicgor*a, а Dzymytch*у удалось подбором параметров модели получить согласование теории с экспериментальными данными.
    Мне пока этих данных вполне достаточно, чтобы сделать вывод: до уровней 130 дБ SPL третья мембранная гармоника К3 у WM-61 в 60...200 раз слабее К2.
    Поэтому задача, которую я на данном этапе считаю первоочередной, это: максимально подавить на выходе гармонику К2 и при этом не сильно увеличить выходную К3, почти неизбежно возникающую при попытке подавления К2. В том числе, собираюсь ознакомить читателей с последними лучшими экспериментами olvicgor*a по компенсации К2, где при уровне SPL 120дБ выходная К3 хоть и увеличивалась в 10 раз по сравнению с исходной мембранной К3, все равно в основном не превосходила 0.008%, что очень хорошо. Если же в дальнейшем удастся получить ещё меньший результат по выходной К3, приблизившись к мембранной К3, то это только к лучшему.

    Пожалуйста, объясни, какие еще данные по К3, кроме тех, которые уже были приведены, тебе нужны, и почему это важно? Я пока не понимаю.

    На форуме уже три месяца как нет новых идей и схемотехнических решений по микрофонной тематике. А как кипела мысль перед этим! Поэтому так хочется, чтобы в этой ветке доминировали содержательные посты с полезной информацией, идеями, конкретными схемотехническими решениями и результатами экспериментов, ведущими к цели.
    Я в посте #3310 предлагал тебе сформулировать наши общие желаемые требования к ПУ. То, что я предложил, вроде тебя устроило, только было пожелание, чтобы К2 при 120 дБ была бы не <0.015%, а <0.01%. Это в моделировании получается с запасом. Ну а мембранная К3 при 120 дБ SPL составляет менее 0.001%. Куда её дальше уменьшать? Теперь осталось, подавляя К2, суметь не увеличить выходную К3 больше значения 0.005%. И это тоже выполнимо. Если тебя сейчас что-то волнует в мембранной К3, значит у тебя изменились взгляды на требования к ПУ? Тогда еще раз повторю - сформулируй и поясни, что ты хочешь и зачем.
    Я надеюсь, что твои пояснения как раз и окажутся тем самым конструктивным дополнением к основной парадигме: подавляем К2, постаравшись при этом не увеличить гармоники К3,К4,... , или вообще выйдут за её рамки и оживят интерес к микрофонной тематике.
    Последний раз редактировалось semimat; 25.11.2014 в 04:17.

  4. #43
    Старый знакомый Аватар для Bobby_ii
    Регистрация
    16.03.2011
    Адрес
    Spb
    Сообщений
    822

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

    Цитата Сообщение от semimat Посмотреть сообщение
    Пожалуйста, объясни, какие еще данные по К3, кроме тех, которые уже были приведены, тебе нужны, и почему это важно?
    Если уж сводить всё в один график, то со всеми измеряемыми (т.е. с К3). Соотношение между К2 и К3 косвенно говорит о степени нелинейности передаточной ф-ии. Для меня К3 более важна чем К2 т.к. К2 можно "разогнуть" на чем-то параболическом (такие приборы есть) и при этом не наплодить лишнего, при этом "регулируется" только 1 параметр - степень кривизны. С К3 всё гораздо сложнее - ее так просто не "разогнуть".
    В один график - чобы видеть общую картину и легче ориентироваться.

    Мысль уже не кипит т.к. вроде всё более-менее решено. Надо произвести "крупноузловую сборку". Непосредственно с капсюля - ИП или "следящий", далее - "разгибатель", далее - интерфейс. Идея с совмещением преда и "разгибателя" на мой взгляд, не шибко перспективна. У меня пока актуальный вопрос - делать под отдельное питание или под фантом? И что-то при всех прелестях фантома меня "клонит" к отдельному - это менее удобно и менее универсально, зато можно сразу на лин. вход, не заморачиваться тем, что вносит микрофонный пред ЗК, ... . Да и потребление с фантома ограничено. Не особо развернешься.
    "Лучше промолчать и показаться дураком, чем раскрыть рот и развеять все сомнения" Марк Твен.

  5. #44
    Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    856

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

    Ну вот, кажется появилось время продолжить последовательное изложение способов подавления мембранных искажений.

    Прежде всего надо хоть немного разобраться в их природе...

    Мы уже поднимали этот вопрос в ветке "выбираем измерительный микрофон". Рассматривались разные модели образования мембранных искажений. Мне кажется , что лучше всех их перечислил и описал sia_2 в постах #2839 , #2841 , #2843 . Жаль, что он не счел перспективными наши усилия по улучшению "второсортных изделий", рекомендуя приобретать хорошую измерительную технику. Зато в посте #2847 он указал эквивалентное напряжение поляризации "бэкэлектретников" - 150...200 В (WM-61 именно такой). Эта информация нам ещё пригодится.

    Хочу обратить внимание, что что среди перечисленных sia_2 причин образования искажений, в нашем случае основной является влияние паразитной емкости (по-другому - эффект перетекания заряда). Этот механизм доминирует в микрофонах малого диаметра, для которых велика доля паразитной емкости по сравнению с "полезной" емкостью мембраны. Особенно он усиливается конструкцией дешевых электретных капсюлей, у которых воздушный зазор создается с помощью разделительной диэлектрической кольцевой прокладки (имеющей относительно большую диэлектрическую проницаемость), формирующей по периметру мембраны весьма значительную паразитную емкость - примерно 2 пФ (по сравнению с конструкцией фирменных конденсаторных микрофонов, где задний электрод не поджимается к мембране через прокладку, а как бы висит в воздухе, в результате чего паразитная емкость доведена до 0,2 пФ).
    Образование паразитной емкости в дешевом электретном микрофоне: Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	капсюль констр.png 
Просмотров:	502 
Размер:	2.2 Кб 
ID:	225302 ,
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	капсюль.png 
Просмотров:	491 
Размер:	5.6 Кб 
ID:	225301 .


    Искажения, создаваемые паразитной емкостью, хорошо поддаются расчету. К этим расчетам мы еще обратимся. Скажу пока только, что они выполнялись как специалистами фирмы B&K, так и участником форума Dzymytch*ем. Было показано, что эти расчеты очень хорошо совпадают с экспериментальными оценками искажений. Это подтверждает доминирующую роль искажений данной природы по крайней мере до уровней SPL в 130 дБ. До этих уровней SPL мы и будем пытаться подавлять мембранные искажения.

    Еще хочется привести несколько полезных данных по капсюлю WM-61 (который предполагается для создания измерительного микрофона), а также кое-что из информационных материалов B&K. Собрав их, я пересмотрел некоторые из своих взглядов на роль различных факторов в формировании характеристик WM-61. Пока обсуждать их не буду - просто возможно они покажутся интересными и для читателей.
    Во-первых, привожу фото деталей капсюля WM-61 с указанием некоторых важных размеров. Обратите внимание, что на самой высокой частоте звукового диапазона (20 кГц) длина волны составляет более 15 мм.
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	детали капсюля+.jpg 
Просмотров:	587 
Размер:	91.2 Кб 
ID:	225299
    А вот рисунок от B&K, где дается оценка величины механического смещения мембраны конденсаторного микрофона при звуковом давлении 1 Па. Получается, что смещение равно 5 нанометров, то есть, в ТЫСЯЧУ раз меньше толщины мембраны и составляет одну ЧЕТЫРЕХТЫСЯЧНУЮ толщины воздушного зазора!
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	B&K mic data.png 
Просмотров:	517 
Размер:	19.5 Кб 
ID:	225300
    Теперь посчитаем (по той же формуле), каково смещение мембраны WM-61 при давлении 130 дБ SPL. Полагаем, что воздушный зазор равен также 20 мкм, напряжение поляризации равно 150 В, а чувствительность мембраны равна 17.7 мВ/Па. Получается, что среднеквадратичное смещение равно 150 нанометров. Это составляет лишь одну ПЯТИДЕСЯТУЮ от толщины мембраны. Я уж не говорю, какую долю это составляет по отношению к диаметру мембраны. Для меня это вполне показывает, почему до 130 дБ другие причины искажений, помимо влияния паразитной емкости, являются второстепенными. Но я не хотел бы спорить с читателем по этому вопросу (по крайней мере здесь), чтобы не рвать нить изложения материала. Это не принципиально для тех идей, которые будут предложены в дальнейшем.

    А для начала поговорим о компенсации именно тех искажений, которые порождаются паразитной емкостью. Продолжение в посте #46.
    Последний раз редактировалось semimat; 22.12.2014 в 03:34.

  6. #45
    Старый знакомый Аватар для Dzymytch
    Регистрация
    01.01.2006
    Адрес
    Вильнюс
    Возраст
    38
    Сообщений
    535

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

    Кстати,
    вот по этой ссылке нашел интересную заметку по поводу искажений у Брюль и Къер 4135:
    http://www.cco.caltech.edu/~boyk/spectra/spectra.htm
    Erling Frederiksen of Bruel & Kjaer: Distortion of the B&K 2639 preamp is negligible at any level found in this work. Distortion of the B&K 4135 microphone capsule is predominantly second harmonic with magnitude 0.1% at 136 dB SPL. Falling by a factor of ten for each 20 dB of level reduction down to 136 dB, the distortion continues to fall at lower levels. [back]
    Erling Frederiksen- известный конструктор Брюль и Къер. Его заявленные искажения для БиК 4135-ого составляют 0.1 % при уровне звукового давления в 136 дБ, что хорошо совпадает с результатами моделирования данного капсюля.
    Понимание некоторых тенденций не освобождает от знания многих фактов

  7. #46
    Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    856

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

    Продолжение поста #44
    В ближайшее время в этом посте будут подробнее рассмотрены искажения за счет влияния паразитной емкости и способы борьбы с ними.

  8. #47
    Завсегдатай Аватар для теоретизирующий практик
    Регистрация
    03.07.2011
    Адрес
    Ставропольский край
    Сообщений
    2,048

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

    При показанной картинке устройства обсуждаемого микрофона видно, что чувствительность его определяется суммой объёма между мембраной и неподвижным электродом, и объёма камеры с 3-мя отверстиями в неподвижном электроде. Величину прогиба можно принять из общего рассуждения, что объём за мембраной изменится пропорционально отношению звукового давления к атмосферному. Например, если заклеить отверстия в неподвижном электроде, то как прогиб, так и чувствительность уменьшатся во столько раз, во сколько уменьшилось замембранное пространство.

    Тут кто то сравнил микрофон с АС, неудачное сравнение. При перекрытии отверстий в неподвижном электроде - ЧХ немного улучшится, а мембранный КНИ резко снизится. Чувствительность снизится пропорционально снижению КНИ.

    P.S. Квадратичные искажения (2-я гармоника) логично выправлять квадратичной ВАХ первого полевого транзистора. Надо только, чтобы кривизна ВАХ соответствовала полярности электрического поля между мембраной и неподвижным электродом. При соответствии ВАХ - поляризации, надо только не полностью подавить вторую гармонику в этом транзисторе. Иначе искажения не вычтутся, а сложатся.
    Анатолий

  9. #48
    Старый знакомый Аватар для Dzymytch
    Регистрация
    01.01.2006
    Адрес
    Вильнюс
    Возраст
    38
    Сообщений
    535

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

    Цитата Сообщение от теоретизирующий практик Посмотреть сообщение
    При показанной картинке устройства обсуждаемого микрофона видно, что чувствительность его определяется суммой объёма между мембраной и неподвижным электродом, и объёма камеры с 3-мя отверстиями в неподвижном электроде. Величину прогиба можно принять из общего рассуждения, что объём за мембраной изменится пропорционально отношению звукового давления к атмосферному. Например, если заклеить отверстия в неподвижном электроде, то как прогиб, так и чувствительность уменьшатся во столько раз, во сколько уменьшилось замембранное пространство.

    Тут кто то сравнил микрофон с АС, неудачное сравнение. При перекрытии отверстий в неподвижном электроде - ЧХ немного улучшится, а мембранный КНИ резко снизится. Чувствительность снизится пропорционально снижению КНИ.
    Не надо писать глупостей.
    Понимание некоторых тенденций не освобождает от знания многих фактов

  10. #49
    Старый знакомый Аватар для Bobby_ii
    Регистрация
    16.03.2011
    Адрес
    Spb
    Сообщений
    822

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

    Если правильно понимаю, основной источник искажений - из за емкостного "делителя", образованного "активной" и "паразитной" емкостями. Даже если паразитная более-менее одинаковая, то активная есть функция прогиба мембраны. Т.е. dQ/dP постоянно, а dU/dP - нет.
    Нелинейность воздуха и мембраны имеет меньший порядок (вроде так утверждалось).
    В статье БиК это всё есть. Математически оценить тоже не очень сложно. Особенно если не вдаваться в параболический прогиб мембраны, а посмотреть на "поршневую" модель.
    Как "бороться"?
    - уменьшать входную емкость усилителя не совсем помогает т.к. значительная паразитная емкость образуется неподвижными краями мембраны.
    - была попытка сделать отрицательную входную емкость (попыткой подать ПОС через емкости переходов), но без особых успехов.
    - в микрофонах делают проводящей только центральную часть мембраны (для ВМ-61 и иже с ними не актуально)
    ............
    Короче, акустика вторична.
    "Разогнуть" на первом полевике не очень-то получается (хотя хочется и кажется естественным) т.к. сопротивление источника сигнала оставляет желать лучшего. Растут 3я и следующие гармоники. Параметры "разгибателя" очень капризны к настройке, ... в т.ч. потому, что мы не имеем доступа к затвору.
    На мой взгляд, лучше сделать повторитель с минимальной "отсебятиной" по любой из предложенных схем и отдельный "разгибатель".
    "Лучше промолчать и показаться дураком, чем раскрыть рот и развеять все сомнения" Марк Твен.

  11. #50
    Завсегдатай Аватар для теоретизирующий практик
    Регистрация
    03.07.2011
    Адрес
    Ставропольский край
    Сообщений
    2,048

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

    Цитата Сообщение от Dzymytch Посмотреть сообщение
    Не надо писать глупостей
    Однако я не хамил. . Перечитайте провозглашенный Вами же лозунг:"Изучить позицию позиции, и позицию оппозиции, и делать обьективно-аргументированные выводы."

    ---------- Сообщение добавлено 10.16 ---------- Предыдущее сообщение было 09.35 ----------

    Цитата Сообщение от Bobby_ii Посмотреть сообщение
    Короче, акустика вторична.
    Если нет возможности залепить отверстия, то конечно.
    Вторая гармоника может появится от нелинейности емкости даже при удалении и приближении мембраны к неподвижному электроду на одно и то же расстояние, как Вы упомянули. Звуковое давление при 136дБ примерно в 60 раз меньше барометрического, и если бы за мембраной стоял глухой неподвижный электрод, то и зазор между мембраной и неподвижным электродом изменялся бы всего на +/- ~ 2%, или того меньше и о второй гармонике можно бы было не беспокоиться. Нелинейность прогиба от изменения натяжения мембраны в первую очередь проявилось бы 3й гармоникой.(Нелинейность одинакова, что взад, что вперёд).

    Цитата Сообщение от Bobby_ii Посмотреть сообщение
    На мой взгляд, лучше сделать повторитель с минимальной "отсебятиной" по любой из предложенных схем и отдельный "разгибатель".
    Может и так, внешний "пост-противо-исказитель" на полевом транзисторе с подбором кривизны - устройство не сложное.
    Последний раз редактировалось теоретизирующий практик; 23.12.2014 в 10:40.
    Анатолий

  12. #51
    Старый знакомый Аватар для Dzymytch
    Регистрация
    01.01.2006
    Адрес
    Вильнюс
    Возраст
    38
    Сообщений
    535

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

    Цитата Сообщение от теоретизирующий практик Посмотреть сообщение
    Нелинейность прогиба от изменения натяжения мембраны в первую очередь проявилось бы 3й гармоникой.(Нелинейность одинакова, что взад, что вперёд).

    В конденсаторном микрофоне имеется 7 различных механизмов возникновения нелинейных искажений (не я сам их выдумал, в научной литературе этот вопрос изучен относительно давно и досконально (ссылки на самые ценные я приводил, а некоторые файлы и выкладывал, даже и в этой теме), и ни в одном из них не доминирует 3-ья гармоника, уж поверьте (а лучше- изучите, вера- дело относительное). Потому если высказываете личное предположение, дайте остальным понять что это ваше предположение, которое, возможно, является ошибочным(а оно именно такое). Тогда избежите написание глупостей. Прежде чем сделать открытие- следует заглянуть в учебник (уж не помню кто является автором сего изречения).
    С уважением, Дмитрий.
    =========================

    Я же настаиваю на своём- не стоит заниматься электронными "выравнивателями" и "вычитателями" искажений, игра не стоит свеч. Проще подобрать подходящие капсюли, для измерения АЧХ- один, для КНИ- второй.
    Понимание некоторых тенденций не освобождает от знания многих фактов

  13. #52
    Старый знакомый Аватар для Bobby_ii
    Регистрация
    16.03.2011
    Адрес
    Spb
    Сообщений
    822

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

    Если К2 частотно-зависима (а она вроде зависима), то придется 2 микрофона на КНИ.
    Если вопрос в 1м доп. тр-ре и буфере, и оно будет легко настраиваемо, то почему бы нет? Даже для АЧХ.
    Про 3ю гармонику мембраны - не лишено смысла. Но ежели оно не рассматривается в "учебниках", стало быть, сей эффект незначителен.

    Цитата Сообщение от Dzymytch Посмотреть сообщение
    В конденсаторном микрофоне имеется 7 различных механизмов возникновения нелинейных искажений
    Хорошо бы их в "шапку". Вроде, не было "в куче".
    "Лучше промолчать и показаться дураком, чем раскрыть рот и развеять все сомнения" Марк Твен.

  14. #53
    Старый знакомый Аватар для Dzymytch
    Регистрация
    01.01.2006
    Адрес
    Вильнюс
    Возраст
    38
    Сообщений
    535

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

    Bobby_ii, в шапку можно поместить данную картинку (повторюсь, ссылку на Ш.Я.Вахитов- "Современные микрофоны" я давал пару раз около года назад, там все механизмы досконально изучены).
    Греческая кси в первом столбце- относительное смещение.
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	THD_zpse4d43ebe.png 
Просмотров:	586 
Размер:	293.7 Кб 
ID:	225341
    Последний раз редактировалось Dzymytch; 23.12.2014 в 14:17.
    Понимание некоторых тенденций не освобождает от знания многих фактов

  15. #54
    Завсегдатай Аватар для теоретизирующий практик
    Регистрация
    03.07.2011
    Адрес
    Ставропольский край
    Сообщений
    2,048

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

    Цитата Сообщение от Dzymytch Посмотреть сообщение
    В конденсаторном микрофоне имеется 7 различных механизмов возникновения нелинейных искажений (не я сам их выдумал, в научной литературе этот вопрос изучен относительно давно и досконально (ссылки на самые ценные я приводил, а некоторые файлы и выкладывал, даже и в этой теме), и ни в одном из них не доминирует 3-ья гармоника, уж поверьте (а лучше- изучите, вера- дело относительное). Потому если высказываете личное предположение, дайте остальным понять что это ваше предположение, которое, возможно, является ошибочным(а оно именно такое). Тогда избежите написание глупостей. Прежде чем сделать открытие- следует заглянуть в учебник (уж не помню кто является автором сего изречения).
    С уважением, Дмитрий.
    =========================

    Я же настаиваю на своём- не стоит заниматься электронными "выравнивателями" и "вычитателями" искажений, игра не стоит свеч. Проще подобрать подходящие капсюли, для измерения АЧХ- один, для КНИ- второй.
    Извините, если непонятно, конечно своё мнение: немного основ термодинамики, механики, электростатики... Если бы все глаголили писаными истинами, не было бы и темы. Надо было бы пригласить умных конструкторов, и они бы всё разжевали...
    Во первых о третьей гармонике я как раз и высказал сомнение...
    Вы хоть таблицу рассматривали?
    Хорошая таблица, которая расставляет все точки над I. Жалко, что нет расшифровки буквенных обозначений.
    Зачем лепить 7 типов искажений, достаточно и меньше для конкретного варианта. Рассмотрим без отверстий в неподвижном электроде.
    Можно предположить, что "эпсилон-А-штрих" - относительная амплитуда смещения мембраны к расстоянию между мембраной и неподвижным электродом.
    Тогда при звуковом давлении не намного бОльшем, чем 130 дБ, "эпсилон-А - штрих" = 0,025. Проверяем искажения для табличных колонок 2,4,5,6. Как видно, даже при минимальном объёме за мембраной, уже заметны искажения. Правда непонятно как могут сказаться кулоновские силы, и не оговорено их влияние в зависимости от гибкости механической системы. Очевидно, что при снижении напряжения поляризации снизится и их влияние на нелинейность колебаний мембраны. Так же понятно, что при напряжении поляризации под 100В можно ожидать выходное напряжение под 1-2В.

    И опять же по понятиям, вполне можно было бы закрыть отверстия в неподвижном электроде, и использовать такой капсюль специально для замеров на больших давлениях. Опять же разобраться с искажениями от кулоновских сил. С открытой задней камерой всё становится проблематичным, так как амплитуда смещения мембраны увеличится, ну не знаю во сколько раз, зависит от того, какой относительный объём задней камеры. Можно предположить, что сильно увеличится.

    Добавил через 5 дней. Исправляю свою ошибку. Неверно оценил реальное звуковое давление относительно атмосферного давления.
    Итак 94 дБ - 1 Па. Увеличиваем давление на 40 дБ, получается 134 дБ, или 100Па. Атмосферное давление около 0,1Мпа. Относительное звуковое давление: делим 100 на 100.000. Получается 0,001. Амплитуда давления 0,0014, или 0,14% от атмосферного. Так как смещение диафрагмы контролируется давлением, при глухом заднем электроде смещение диафрагмы относительно электрода будет 0,14%, и ни о каких НИ говорить не приходится. При этом и при напряжении поляризации 100В выходное напряжение будет 0,1В эфф. При открытии отверстий в электроде, и объёме заэлектодной полости в 100 раз больше, чем межэлектродный объём - относительное перемещение мембраны будет +/- 14% от межэлектродного. С таким перемещением вообще сомнительно говорить о работоспособности микрофона.
    Последний раз редактировалось теоретизирующий практик; 28.12.2014 в 19:21.
    Анатолий

  16. #55
    Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    856

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

    Приветствую, что к обсуждению темы подключился еще один участник! Но все-таки хочется сделать несколько "напутствий". Они нацелены на то, чтобы происходило реальное движение вперед, а не топтание на месте. Почему? Потому, что пока почти все то, что было изложено в последних постах и было связано с идеями по снижению искажений, уже было предложено в теме "выбираем измерительный микрофон" более полугода назад (весной-летом 2014), и уж совсем недавно здесь. Привожу примеры:

    Цитата Сообщение от теоретизирующий практик Посмотреть сообщение
    Величину прогиба можно принять из общего рассуждения, что объём за мембраной изменится пропорционально отношению звукового давления к атмосферному. Например, если заклеить отверстия в неподвижном электроде, то как прогиб, так и чувствительность уменьшатся во столько раз, во сколько уменьшилось замембранное пространство.
    Тут кто то сравнил микрофон с АС, неудачное сравнение. При перекрытии отверстий в неподвижном электроде - ЧХ немного улучшится, а мембранный КНИ резко снизится. Чувствительность снизится пропорционально снижению КНИ.
    а вот что уже было:
    Цитата Сообщение от semimat Посмотреть сообщение
    Теперь хорошо бы определить все возможные варианты снижения искажений, возникающих в преобразователе и оценить их плюсы и минусы, имея в виду, что мы стремимся создать дешевый, легкий для повторения микрофон.
    ... Надо закрыть четыре отверстия в заднем электроде и минимизировать воздушную связь между мембранным зазором и объемом за задним электродом, там, где находится полевик. Это резко повысит "жесткость" воздушного зазора, тем самым смещение мембраны при том же SPL станет меньше - уменьшатся и искажения. Минусом этого варианта кроме необходимости вскрытия капсюля является снижение чувствительности преобразователя. В результате динамический диапазон останется тем же, он просто сместится в область бОльших значений SPL. А все-таки хочется именно увеличить динамический диапазон, оставив неизменным нижний порог SPL...
    --------------------
    Цитата Сообщение от теоретизирующий практик Посмотреть сообщение
    P.S. Квадратичные искажения (2-я гармоника) логично выправлять квадратичной ВАХ первого полевого транзистора. Надо только, чтобы кривизна ВАХ соответствовала полярности электрического поля между мембраной и неподвижным электродом. При соответствии ВАХ - поляризации, надо только не полностью подавить вторую гармонику в этом транзисторе. Иначе искажения не вычтутся, а сложатся.
    а вот что уже было:
    Цитата Сообщение от semimat Посмотреть сообщение
    ...Я все-таки предлагаю опробовать мою схему из поста #2821 . В схемах Bobby_ii (пост #2857 ) для компенсации используется дополнительный полевик в режиме ИП. В моей схеме тот же самый принцип, но я использую для этой цели сам полевик капсюля...
    Словом, в процессе обсуждений были предложены и промоделированы различные конкретные схемы компенсации на встроенном полевике и даже проведены испытания на изготовленных реальных макетах (#3050,#3093 и др.).
    --------------------
    Цитата Сообщение от Bobby_ii Посмотреть сообщение
    "Разогнуть" на первом полевике не очень-то получается (хотя хочется и кажется естественным) т.к. сопротивление источника сигнала оставляет желать лучшего. Растут 3я и следующие гармоники. Параметры "разгибателя" очень капризны к настройке, ... в т.ч. потому, что мы не имеем доступа к затвору.
    На мой взгляд, лучше сделать повторитель с минимальной "отсебятиной" по любой из предложенных схем и отдельный "разгибатель".
    А вот, что тот же Bobby_ii писал полгода (!) назад, когда только стало ясно, что настало время бороться с мембранными искажениями:
    Цитата Сообщение от Bobby_ii Посмотреть сообщение
    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.
    Получается, что, увы, за полгода он ни на шаг не ушел вперед от этой начальной мысли.

    Я тогда вообще предложил компенсацию делать в отдельном блочке:
    Цитата Сообщение от semimat Посмотреть сообщение
    ... я считаю логичным и даже не требующим каких либо научных доказательств то, что схема преда с обратными связями по стоку и истоку полностью решает вопрос преда, не влияющего на работу мембраны и не создающего электрические искажения. Просто по той причине, что в ней входной полевик в процессе работы остается в совершенно постоянном режиме, то есть "практически не работает", а лишь идеально преобразует импеданс источника.
    Другое дело: а устраивает ли нас такой пред, если остаются мембранные искажения... Таким образом, мы приходим к дилемме: или надо отказаться от этого преда (по крайней мере в его "идеальном" варианте) и дальше дорабатывать входной каскад, компенсирующий одновременно и квадратичность полевика, и нелинейность мембраны. Или можно сохранить идеальный пред, и уже после него добавлять специальные исправляющие каскады для борьбы с мембранными искажениями.
    Я сейчас больше прихожу к мысли, что второй вариант предпочтительней. Ведь этот корректирующий каскад можно будет и выключать, если в этом будет потребность, и настраивать под любой капсюль, и даже переключать насторйки под конкретные уровни мощности, под номера гармоник... И все это может быть сделано уже не в маленьком корпусе микрофона, а в отдельной коробочке с кнопками управления, куда будет подключаться микрофон.
    Говорю все это к тому, что основные идеи по превращению WM-61 в измерительный микрофон были обозначены (но если появится принципиально новая мысль - это только приветствуется!). Теперь надо не повторяться, а предлагать уже конкретные схемотехнические решения по этим направлениям. Знаешь схему, компенсирующую квадратичность, приведи её, дай на неё ссылку, и если сам не можешь обсчитать или отмоделировать её - то пусть это сделают другие. Заикнулся о компенсации на входном полевике - предложи свой вариант схемы. К тебе у меня ещё нет "претензий" , поскольку ты только подключился и можешь не знать о всех "наработках" по этой теме. Я просто не хочу, чтобы ты пошел по стопам Bobby_ii. У него светлая голова, но дальше "недоделанных" формул, и уже "хрестоматийных" предложений, он не хочет идти. А вы с ним очень похожи по склонности к рассуждениям "на пальцах". Физическая и радиотехническая интуиция - это хорошо, но все-таки её надо подкреплять строгими расчетами или моделированием. Иначе получается хрень какая-то.. Например, как понимать это:

    Цитата Сообщение от теоретизирующий практик Посмотреть сообщение
    Итак 94 дБ - 1 Па. Увеличиваем давление на 40 дБ, получается 134 дБ, или 100Па. Атмосферное давление около 0,1Мпа. Относительное звуковое давление: делим 100 на 100.000. Получается 0,001. Амплитуда давления 0,0014, или 0,14% от атмосферного. Так как смещение диафрагмы контролируется давлением, при глухом заднем электроде смещение диафрагмы относительно электрода будет 0,14%, и ни о каких НИ говорить не приходится. При этом и при напряжении поляризации 100В выходное напряжение будет 0,1В эфф. При открытии отверстий в электроде, и объёме заэлектодной полости в 100 раз больше, чем межэлектродный объём - относительное перемещение мембраны будет +/- 14% от межэлектродного. С таким перемещением вообще сомнительно говорить о работоспособности микрофона.
    Ну, во-первых, вот это: "94 дБ - 1 Па. Увеличиваем давление на 40 дБ, получается 134 дБ, или 100Па" - я называю одним из типов расчетов "на пальцах". Зачем нам расчеты для величины в 134 дБ SPL, если до сих пор все привязывали свои расчеты и измерения к "круглым" реперным значениям 100, 105, 110,...,125, 130 дБ. Как теперь сравнивать твои результаты с результатами из других источников? Почему нельзя вместо умножения "в уме" на сто (40 дБ) взять и вычислить по простым формулам на бумаге то же самое для общепринятых реперных уровней? Хотя бы для 130 или 135 дБ. Ну да ладно, я по ходу пересчитаю свои результаты из #44 от 130 дБ к 134 дБ, чтобы сравнить то, что у нас получилось.
    А во-вторых, я в твоем посте специально выделил те предложения, которые нельзя делать, не доказав их правильность, не сославшись на источники или хотя бы не дав понять, что они взяты с потолка по некому здравому разумению. От этого и идут странные выводы. Давай разбираться.
    В #44 я специально привел фотографии, рисунки, формулы от B&K и некоторые данные, чтобы можно было от них отталкиваться...
    В нашем случае мы имеем дело с конкретным типом капсюля - WM-61. Для него экспериментально оценена чувствительность мембраны - усредненно 17,7 мВэфф/Паэфф (#3042 и #7). Профессионал-производственник sia_2 утверждает, что для бэкэлектретных микрофонов напряжение поляризации составляет 150...200 В (#2847). Возьмем меньшее значение - 150 В. Воздушный зазор для микрофона измерен и равен 20 мкм (#26). Вот, исходя из этих данных, оценим смещение мембраны при 134 дБ по формуле B&K (см. пост #44) в более развернутом виде:
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	смещение мембраны.png 
Просмотров:	454 
Размер:	6.4 Кб 
ID:	225761
    По отношению к величине зазора это составляет примерно 1,6%. Как это согласуется с твоими 14%?
    На 134дБ SPL, при экстраполяции экспериментальных результатов в соответствии с теорией (#5), вторая гармоника составит лишь 0,65%. Это еще вполне хорошая работа мембраны (B&K оценивает верхний рабочий предел SPL своих микрофонов по уровням искажений 3% и 10%). А у тебя получается вывод о сомнительной работоспособности микрофона! Вот и думай, как такое может получиться... Я считаю, что это от расчетов "на пальцах" и взятия некоторых исходных данных "с потолка".

    Пожалуйста, не обижайся на этот мой "наезд". Из твоего поста я как раз понял, что у тебя с "пониманием вещей" все в порядке и от тебя можно дождаться хороших конкретных решений. Главное, что я хочу, это чтобы в каждом посте был сделан некоторый шаг вперед к достижению конечной цели - рождению схемы и конструкции дешевого, легко повторяемого микрофона с искажениями на уровне фирменных измерительных микрофонов при уровнях хотя бы до 130 дБ SPL. Приветствуются разные полезные информативные ссылки, предложения конкретных схем, добротно сделанные расчеты и НОВЫЕ идеи.
    У меня уже с лета есть хорошее конкретное обсчитанное решение. Но я очень хочу сначала собрать здесь всё главное из того, что уже было сделано в направлении борьбы с мембранными искажениями. Увы, к сожалению, я вынужден был некоторое время отсутствовать. Поэтому все затянулось. Надеюсь, за январские праздники я выложу весь материал и дам богатую пищу для возможной критики или дальнейшего развития и улучшения того, что будет предложено.
    Последний раз редактировалось semimat; 29.12.2014 в 05:20.

  17. #56
    Старый знакомый Аватар для Bobby_ii
    Регистрация
    16.03.2011
    Адрес
    Spb
    Сообщений
    822

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

    Цитата Сообщение от semimat Посмотреть сообщение
    до сих пор все привязывали свои расчеты и измерения к "круглым" реперным значениям 100, 105, 110,...,125, 130 дБ.
    Лучше бы использовать "круглые" значения с шагом 3/6дБ. дБ - они такие!!!
    "Лучше промолчать и показаться дураком, чем раскрыть рот и развеять все сомнения" Марк Твен.

  18. #57
    Завсегдатай Аватар для теоретизирующий практик
    Регистрация
    03.07.2011
    Адрес
    Ставропольский край
    Сообщений
    2,048

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

    Цитата Сообщение от semimat Посмотреть сообщение
    Пожалуйста, не обижайся на этот мой "наезд".
    Да я не обижаюсь, ты прав. Мне трудно въехать в тему с такой длинной историей. Потому и повторяюсь. Так как в наличии есть отсутствие (данного девайса у меня), то по конструктиву предлагать нечего. Потому и цифры "от фонаря". А когда что то от фонаря, это уже рассуждения на вольную тему. Но основной смысл, надеюсь понятен. Всё было бы прекрасно, если бы это был микрофон "чистой конструкции", как в вырезке от журнала "Bruel & Kjer", т.е без задней камеры, которая резко повышает чувствительность, и пропорционально этому понижает перегрузочную способность. Ведь все формулы там приведены для этого случая.
    В вопросе компенсации искажений важно ещё, чтобы от уровня сигнала не нарушалась монотонность увеличения гармоник. Иначе может получится, что скомпенсировали голову, хвост поднялся. (Может ошибаюсь, но сомнение высказать не грешно.). Например чисто квадратичная нелинейность легко предсказуема на всём размахе амплитуд сигнала, и в принципе её можно попробовать выправить. Но как только возникает нелинейность более высоких порядков, чем 2я, вся стройность компенсации может поникнуть.

    Ну и главное, интересно посмотреть на твои наработки.
    Анатолий

  19. #58
    Старый знакомый Аватар для Bobby_ii
    Регистрация
    16.03.2011
    Адрес
    Spb
    Сообщений
    822

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

    Главное при компенсации - не наплодить гармоник более высоких порядков. С ними бороться 100% сложнее. Почти невозможно.
    "Лучше промолчать и показаться дураком, чем раскрыть рот и развеять все сомнения" Марк Твен.

  20. #59
    Завсегдатай Аватар для теоретизирующий практик
    Регистрация
    03.07.2011
    Адрес
    Ставропольский край
    Сообщений
    2,048

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

    Цитата Сообщение от semimat Посмотреть сообщение
    Теперь посчитаем (по той же формуле), каково смещение мембраны WM-61 при давлении 130 дБ SPL. Полагаем, что воздушный зазор равен также 20 мкм, напряжение поляризации равно 150 В, а чувствительность мембраны равна 17.7 мВ/Па. Получается, что среднеквадратичное смещение равно 150 нанометров.
    Попробовал копнуть глубже. Не получается . Ну сложно найти практические цифры по поляризующему потенциалу в воздушном зазоре с электретом, везде бла-бла-бла, и ни слова о реальных цифрах. Но в любом случае 150 В на зазоре 0,020 мм нереально, хотя бы из за электрической прочности воздуха. Приняв допустимую напряженность в воздухе 1000В на мм (коронный разряд около 3000в на мм), получаем всего 20 В на таком зазоре. Нет так же цифр, какую разность потенциалов можно получить на плёнке толщиной 0,005мм. Вот главная цифра, от которой надо вести расчёт, удельная "электродвижущая сила" в пересчёте на единицу толщины электрета. Может не могу сформулировать запрос? Современные источники фантомного питания чисто конденсаторных микрофонов около 40В, но это на профессиональных (дорогих) микрофонах с неизвестным воздушным зазором.
    Анатолий

  21. #60
    Старый знакомый Аватар для Bobby_ii
    Регистрация
    16.03.2011
    Адрес
    Spb
    Сообщений
    822

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

    Это как в анекдоте про питание военнослужащих: у тех столько-то килокаллорий в день, у тех - столько-то. Потом наш генерал, который что-то усердно считал на калькуляторе встает и возмущенно говорит: "Врёшь, вошь натовская!!! Не может солдат за день 2 мешка брюквы съесть!!!"
    Вот и тут так.
    Брюлики 200В поляризации дают при несколько бОльшем расстоянии (раз в 5 судя по соотношению чуйки).
    100В - вполне правдоподобно для электрета. По крайней мере, порядок такой. Не 10В и не 1000.
    Четкой технической информации и не было. Были слухи, которые более-менее подтвердились расчетами чуйки.
    "Лучше промолчать и показаться дураком, чем раскрыть рот и развеять все сомнения" Марк Твен.

Страница 3 из 30 Первая 1234513 ... 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
  •