Выбираем измерительный микрофон...

[Stalin]

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

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

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

[olvicgor]

Интересно, это гармоники или уже шумы? Уж больно всё одинаково.
Там подольше померить можно?

Ты прав - это в основном внешние шумы. Хоть измерения и сделаны внутри ящика, но шумы через диффузор головки все равно лезут внутрь, поэтому можно, наверное, и подольше померить, но очень гиморно и не вполне ясна цель
Благодаря твоей помощи разобрал свой ЕСМ8000 и еще кое-чего поизмерял.
Результаты привожу, и попутно описание доработки ЕСМ8000

Последовательность действий при доработке ЕСМ8000 (для тех, кто хочет улучшить линейность микрофона, не заморачиваяь полной заменой схемы усилителя и доработкой капсюля).
1.1 Нагрел рядом с местом крепления головки микрофона его корпус, чтобы размягчить клей и снял головку. Bobby_ii рекомендует паяльником, я грел феном паяльной станции, что несколько удобнее.
1.2 Отпаял провода от капсюля, вывинтил винты на корпусе микрофона и вынул усилитель.
1.3 Выпаял резисторы R1, R3, R4 (схему усилителя можно посмотреть здесь: http://audio.micronet.lv/other/devices/87-ecm8000). Номинал R3 в моем микрофоне был 47кОм, вместо указанных на схеме 43кОм.
1.4 Резистор R3 (47кОм) впаял на место R4, на место R4 - резистор 75кОм, на место R1 - переменный резистор 22кОм.
1.5 Припаял микрофон к усилителю (длинным проводом) и засунул микрофон в измерительный бокс, предварительно выставив в нем уровень звукового давления 110дб (частота 90Гц) Отрегулировал резистор R1 по минимуму второй гармоники.
Для тех, кто захочет повторить доработку лучше сформировал акустический сигнал по методу Марлена (см. например пост #2506) и регулировать резистор R1 до получения минимума разностной гармоники. Крутить надо медленно, чтобы в схеме успевал устанавливаться режим по постоянному току. Особо заморачиваться точной установкой 110дБ не стоит лишь бы уровень SPL был достаточно велик, но не запредельно большой (105-115дБ).
1.6 Впаял в плату постоянный резистор примерно на 2% меньшего номинала, чем полученное сопротивление переменника. Получилось -18,9кОм.
В результате доработки вторая гармоника снизились почти на порядок, третья осталась без изменений.

Затем на этом же капсюле провел измерения искажений в схеме Линквитца. Капсюль, естественно, доработал перерезанием соответствующей перемычки. Схема для измерений была не вполне идентична оригинальной схеме Линквитца (http://www.linkwitzlab.com/sys_test.htm#Mic), но по обвязке капсюля полностью совпадающей:


Общее впечатление от работы оригинальной схемы Линквитца: Линейность микрофона с этой схемой не намного превосходит мой недоработанный ЕСМ8000. Не очень ясно, почему мэтр выбрал такой маленький номинал резистора на входе ОУ - всего 10к. Заменил его на 100к, ситуация несколько улучшилась.
По схеме Линквитца измерения будут продолжены, поскольку, вроде бы, удалось нащупать сопротивление, при котором искажения капсюля перестают падать, упираясь, видимо, в искажения самого микрофона. Но это пока очень предварительно.

Привожу результаты сравнительных измерений второй гармоники искажений (К2), сделанных на НЧ в боксе для:
- доработанного ЕСМ8000
- оригинальной схемы Линквитца
- схемы Линквитца с увеличенным до 100кОм входным резистором (не истоковым, а именно входным)
- измерительного микрофона с нормированными искажениями Audix TM1
Результаты измерений при SPL ниже 100дБ не очень достоверны из-за низкого соотношения сигнал-шум при измерениях.


Отдельно привожу третью гармонику (К3) ЕСМ8000. У остальных микрофонов результаты измерения К3 нельзя считать достоверными - метод не позволяет из-за ее очень низкого уровня, поэтому они здесь не приводятся, чтобы не пудрить мозги

[Alickkk]

Зачем на землю паразит? Паразит надо на исток. Или на сток и исток.

ну как же...

[Bobby_ii]

Как вообще "организуется" смещение на затворе в ПТ с "болтающимся" затвором? Исходя из того, что затвор симметричен относительно канала (или канал отн. затвора ...), в симуляции надо тоже делать что-то подобное.
Понятно что П-Н переход будет работать детектором. Т.е. при значительном сигнале на затворе должно наблюдаться долговременное изменение режима по постоянке (переходной процесс).

можно, наверное, и подольше померить, но очень гиморно и не вполне ясна цель

шумы усредняются как 1/корень(время измерения), кореллированный сигнал (гармоники и пр.) остаются. Хотим в 2 раза шумы удавить (по амплитуде) - мерим в 4 раза дольше.

Bobby_ii рекомендует паяльником, я грел феном паяльной станции, что несколько удобнее.

Я свой разбирал вообще над газом (что не очень корректно). Замотал бошку фольгой, взялся за нее пасатижами и грел ниже стыка пока не начало сниматься.

Схема для измерений была не вполне идентична оригинальной схеме Линквитца , но по обвязке капсюля полностью совпадающей.....Линейность микрофона с этой схемой ....

Какое устанавливается напряжение С-И? Есть предположение, что нелинейность данной схемы возникает из-за низкого напряжения С-И.
И нет ли каких-то катастрофических переходных процессов по постоянке? Н-р хлопнуть в ладоши перед капсюлем и посмотреть осцилограмму?

ну как же...

Вариантов 2:
- утечка через капсюль на корпус капсюля (но не на землю). Тогда изменение потенциала корпуса капсюля должно влиять на режим ПТ по постоянке.
- утечка затвор-канал. Тогда режим ПТ не будет зависеть от потенциала корпуса капсюля.

[Alickkk]

- утечка через капсюль на корпус капсюля (но не на землю).

а где-же будет корпус капсюля если не на земле?

[Bobby_ii]

а где-же будет корпус капсюля если не на земле?

Где угодно.
Линквиц его к питанию цеплял и "переворачивал" тр-р (канал).
Если утечка идет на капсюль (но НЕ ВИДЕЛ Я ТАМ (в капсюле) НИЧЕГО УТЕЧНОГО), то изменение его потенциала должно влиять на режим по постоянке. Но ведь не влияет!!!
Стало быть речь о утечке внутри тр-ра.

[Alickkk]

Offтопик:

Где угодно.
Линквиц его к питанию цеплял и "переворачивал" тр-р (канал).

И что это меняет? Не пойму вообще о чем разговор...

[Carbon]

Зачем на землю паразит? Паразит надо на исток. Или на сток и исток.
Или диод детектором работает.

Если речь о паразитной емкости, то в симуляторе она не нужна. Она работает просто как делитель, не влияя на искажения, т.к. для моделирования используется постоянная емкость и переменный источник напряжения, а в капсюле наоборот.

---------- Сообщение добавлено 21:34 ---------- Предыдущее сообщение было 21:26 ----------

Где угодно.
Линквиц его к питанию цеплял и "переворачивал" тр-р (канал).

Это шутка? Многие бы посмеялись над инженером известной фирмы, который подает входной сигнал на усилитель относительно +Uп, а снимает выходной сигнал относительно-Uп.

---------- Сообщение добавлено 21:52 ---------- Предыдущее сообщение было 21:34 ----------

Схема для измерений была не вполне идентична оригинальной схеме Линквитца (http://www.linkwitzlab.com/sys_test.htm#Mic), но по обвязке капсюля полностью совпадающей:

Почему бы не выбросить в этой схеме R1-R3, C1,C2 ? Только один R1 добавляет 200nv/√Hz шумов.
И обвязка капсюля не совпадает: в схеме Линквитца по Вашей ссылке корпус капсюля подключен к земле.

[olvicgor]

шумы усредняются как 1/корень(время измерения), кореллированный сигнал (гармоники и пр.) остаются. Хотим в 2 раза шумы удавить (по амплитуде) - мерим в 4 раза дольше.

Как ты догадываешься, это относится только к не коррелированному шуму. А акустический шум очень сильно коррелирован, и с ним такие финты не проходят. Это шум проезжающего транспорта, шум ламп дневного света и т.д. Абсолютно нереально снять даже один проход в STEPSе, чтобы за это время за окном, например, не проехало ни одной машины, когда они идут почти сплошным потоком. Но особенно сложно подгадать проход между двумя поездами метро Здание конторы, где я делаю измерения, стоит точно над линией метро неглубокого залегания. Прохождение каждого поезда отлично слышно. Измерения, на которые попало прохождение поезда, я бракую. Так что уж извиняйте, делаем, что можем

Какое устанавливается напряжение С-И? Есть предположение, что нелинейность данной схемы возникает из-за низкого напряжения С-И.

Так оно совсем не низкое. Обычно вообще рекомендуют 1,5-2В, а здесь существенно больше. Так что причина не в этом.

И нет ли каких-то катастрофических переходных процессов по постоянке? Н-р хлопнуть в ладоши перед капсюлем и посмотреть осцилограмму?

Не смотрел. Но, может, еще посмотрю.

Почему бы не выбросить в этой схеме R1-R3, C1,C2 ?

Да можно, конечно, но это же не схема для повторения, а измерительная схема. Я предполагаю поварьировать резистор в истоке, поэтому на всякий случай, чтобы не иметь лишних проблем при больших амплитудах сигнала, решил зафиксировать рабочую точку ОУ в середине. Опять же чисто формально это ближе к Линквитцу.

Только один R1 добавляет 200nv/√Hz шумов

А вот это нет. Он ничего не добавляет. Во-первых он зашунтирован истоковым резистором, а во вторых - выходным сопротивлением полевика, равным обратной крутизне в рабочей точке. И, наконец, переживать за найквистовский шум при наличии намного большего акустического вряд ли стоит

И обвязка капсюля не совпадает: в схеме Линквитца по Вашей ссылке корпус капсюля подключен к земле.

Это как посмотреть. Просто у меня однополярное питание. Все зависит от того, что назначить общим - плюс батареи или минус.

[Carbon]

Это как посмотреть. Просто у меня однополярное питание. Все зависит от того, что назначить общим - плюс батареи или минус.

Ну да. Просто у Вас на схеме нарисовано так, как будто общий это минус, а корпус на плюсе .

[Bobby_ii]

А акустический шум очень сильно коррелирован, и с ним такие финты не проходят. Это шум проезжающего транспорта, шум ламп дневного света и т.д.

Вообще-то говорят о корелляции с сигналом. Машины 100% некореллированы, а вот лампы с 50Гц сигнала - наверное да.

Если речь о паразитной емкости

Наверное я как всегда взял неверный "термин". Я веду речь о резисторе утечки, который формирует потенциал затвора в модели ПТ (капсюля) в симуляторе (и в жизни должно быть нечто подобное).
Паразитная емкость наверное тоже не помешает.

[olvicgor]

Вообще-то говорят о корелляции с сигналом. Машины 100% некореллированы, а вот лампы с 50Гц сигнала - наверное да.

Формально ты прав, а фактически вот что: Если при измерении на фиксированной частоте - а реально в узком частотном диапазоне - мы имеем попадающий в этот диапазон стационарный и не коррелированный сам собой (и конечно же с сигналом тоже) шум, то при усреднении по времени отношение сигнал-шум безусловно улучшится.
Но если в полосу конкретного измерения попадает сильно коррелированный и сам собой (и с измеряемым сигналом тоже, раз попал в ту же полосу, например, периодический сигнал с близкой к сигналу частотой), то усреднение по времени ничего не даст. Хотя тут все зависит от алгоритма обработки, поскольку увеличение времени накопления может, в принципе, быть эквивалентно сужению частотной полосы анализа. Но навскидку сложно сказать возможно ли это при цифровой обработке с фиксированным количеством выборок.
Но главное даже не это, а сильная нестационарность шума (что мы и имеем для транспорта), которая сплошь и рядом может давать (и дает) при усреднении по времени обратный результат.

[Bobby_ii]

Да, всякие более-менее стационарные сигналы "вылезут".
Тем не менее, что стоит попробовать увеличить вдвое время и посмотреть что изменилось?

[olvicgor]

Тем не менее, что стоит попробовать увеличить вдвое время и посмотреть что изменилось?

Любая деятельность должна иметь смысл, особенно в условиях дефицита времени. Это обсуждение началось с высших гармоник и графика в посте #2539, в котором показано, что уровень высших гармоник (К4+) измерительного комплекса (усилитель+головка), микрофона и шумов ниже 0,01%. На этом ИМХО стоило бы и успокоиться. Чтобы вытащить из этой мути что-то более точное и заслуживающее доверия придется потратить уйму времени и не факт, что что-нибудь получится. Там ведь такой суп из гармоник усилителя, головки, микрофона, шума и плюс все это еще помножено на передаточную характеристику ящика. В нем на сотнях Гц возникают стояки, которые болтают уровень высших гармоник вверх-вниз относительно истинного значения.

[Bobby_ii]

Сам не могу сейчас ... месту нету!!! А зуд есть!!!

[olvicgor]

Выкладываю очередные результаты по измерениям WM-61A в разных включениях.
Измерения проводились методом Марлена, детали - в моем посте #2506. Измерительные частоты 5000Гц и 5625Гц. Звуковое давление (суммарное) 115дБ. Коэффициент второй гармоники (К2) рассчитывался по величине разностной гармоники 625Гц.
Важное уточнение.
Графики построены на скорую руку и масштаб по оси Uси не линейный, а - переменный. Так что внимательно смотрите на цифры напряжений.

Сначала схема Линквитца в варианте из поста #2550.
Измерил искажения при разных сопротивлениях истокового резистора (Rи) и разных напряжениях сток-исток (Uси). При Rи=10кОм, как у Линквитца в оригинале, некоторые результаты уже приводились в посте #2550, а здесь - для Rи=20к, 30к 40к.



Результат вполне предсказуемый. С увеличением Rи искажения несколько снижаются за счет линеаризации работы транзистора. В узкой области 1,1В<Uси<2В наблюдаем взаимную компенсацию второй гармоники искажений: искажения транзистора компенсируют искажения электретного микрофона. С повышением напряжения Uси линейность работы транзистора возрастает, его искажения снижаются, и мы упираемся в искажения микрофона, которые можно оценить в 0,08,-0,09% при SPL=115дБ. Отсюда два вывод: тупое увеличение Rи и Uси, опять же как и ожидалось, никаких выгод в плане снижения искажений не дает. Лучше выбрать область частичной компенсации искажений и умеренный по величине резистор, например, Rи=20кОм и Uси=2-3В.
Влезать в узкую зону глубокой компенсации искажений, снижая напряжение Uси ниже 2В я бы все же не советовал из-за риска при температурных изменениях влезть в область ниже 1,1В. Опять же очевидно, что особенно не рекомендуется работа в этой области при больших номиналах Rи.
Еще одно замечание/рекомендация по схеме Линквитца. Стараясь ограничиться двумя проводами, идущими от капсюля к усилителю, Линквитц посадил корпус капсюля на плюс питания. Это приводит к появлению одного интересного эффекта. После подачи питания на схему напряжение на капсюле ( Uси) нарастает очень медленно. Постоянная времени составляет порядка 0,5 мин. при Rи=20кОм (время наверняка зависят от конкретного капсюля). Под постоянной времени имеется ввиду установление Uси до величины 0,7 от его равновесного значения. Поэтому, если вы не хотите каждый раз после включения ждать несколько минут, пока в схеме все устаканится, лучше использовать трехпроводную схему, в которой корпус капсюля посажен на минус питания. В этом случае схема выходит на режим за несколько секунд. Эффект, очевидно, связан с условиями перезаряда в переходном режиме емкости затвор-исток полевика. Условия перезаряда существенно различаются в зависимости от того, куда при подаче питания подключена прицепленная к затвору емкость микрофона - к плюсу или к минусу. В остальном подключение корпуса к минусу или плюсу, вроде бы, равноценны.
Еще одно наблюдение. Всегда сразу после подачи питания напряжение на капсюле равно нулю и медленно (от секунд до минут в зависимости от схемы включения и точки присоединения корпуса капсюля) нарастает до равновесного значения. Т.е. на затворе транзистора сразу после подачи питания всегда появляется положительное смещение, которое затем медленно через встроенный резистор утечки (Rзи) релаксируется до нулевого значения. Вообще же, любые изменения постоянного напряжения Uси при изменении напряжения питания или при изменении резистора имеют секундные постоянные времени.
Данные для ориентировки по напряжению в схеме с общим стоком (схема Линквитца в версии поста #2550):
SPL=115дБ выходное напряжение (размах) при Uси=10В и Rи=20кОм - 180мВ.

Теперь схема с ОИ. Схема из поста #2506.
Искажения измерялись при тех же номиналах резисторов. Здесь тоже никаких неожиданностей. На графиках искажений имеются такие же, как и в схеме Линквитца, области компенсации искажений, но они шире и смещены в область более высоких значений Uси. Т.е. значительно удобнее для использования, если заниматься настройкой минимума искажений.



Постоянная времени выхода на режим после подачи напряжения питания при Rc=20кОм - около 7с.
Данные для ориентировки по напряжению в схеме с общим истоком (в версии поста #2506):
SPL=115дБ выходное напряжение (размах) при Uси=4В и Rи=20кОм - 720мВ.

Выводы.
В целом, схемы равноценны. Если есть желание получить минимальные искажения, то предпочтительнее схема ОИ, которая дает больше возможностей для подстройки по минимуму искажений.
Если заморачиваться с настройкой нет желания, то лучше выбрать схему Лнквитца, но при этом искажения почти наверняка будут больше, чем можно было бы получить от конкретного капсюля.
Собственно все.

[KAMIKAZE]

olvicgor
Спасибо за исследования и измерения.
Я хочу в обновленную версию своего микрофона поставить новый усилитель, остался вопрос - какой.
Схема Линквитца оказывается только через 2 минуты начинает нормально измерять.. хм. Но и не хочется под каждый капсюль подбирать Rc. А если использовать найденное оптимально Rc для другого(для всех остальных) это думаете сильно повлияет на их искажения? Так же интересует какие можно поставить ОУ в замен AD822.

[olvicgor]

Схема Линквитца оказывается только через 2 минуты начинает нормально измерять.. хм.

Проблема решается трехпроводной схемой. Надо корпус капсюля посадить на на плюс, как у Линквитца, а на минус питания.
Но тут проблема не столько с появлением третьего провода, как с тем куда его прилепить, ведь корпус капсюля алюминиевый. Но это вообще проблема схемы Линквитца: как только отрезали корпус от истока, возникает проблема непаяного соединения к алюминиевому корпусу капсюля. Непаяный стык с окисляющимся алюминием в малосигнальных цепях это вообще-то серьезная проблема, которую любители обычно игнорируют: слепили, как-то работает, ну и ладно В серьезной профессиональной разработке накладной контакт с алюминием не допускается, т.к. сов временем он просто может пропасть. Разрешены такие виды соединений:
- гальваническое покрытие алюминия оловом или другим паяющимся металлом с последующей припайкой:
- вбивание в алюминиевый корпус стальной бонки с резьбой и дальше резьбовое соединение провода уже с ней
Заворачивание в алюминий стального самореза.
Все эти варианты для микрофона не подходят. В общем, некоторая проблема имеется.

[KAMIKAZE]

Вас понял, но если на одной чаше весов столько проблем, а на другой - подождать 2 минуты, то я думаю выбор очевиден

[olvicgor]

Вас понял, но если на одной чаше весов столько проблем, а на другой - подождать 2 минуты, то я думаю выбор очевиден

Не, Владимир, вижу, поняли, но не до конца. Это ОБЩАЯ проблема схемы Линквитца: вне зависимости от того, куда подключать корпус капсюля, его все равно надо подключать и желательно качественно

[KAMIKAZE]

Ааа, ну тогда так