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?

[Bobby_ii]

(из-за адиабаты

Да хоть из-за изотермы - речь о х-ках того самого мизерного объема воздуха, что ПОД диафрагмой, т.е. между фиафрагмой и пуговицей. Этот объем меняется на единицы процентов.
Подозреваю, у БК капсюли еще и с нормальной "вентиляцией" замембранного пр-ва.

слой воздуха под мембраной составляет десятки микрон. Это значит, что в такой толщине выравнивание температуры воздуха с температурой "пуговицы" происходит быстрее частоты звукового воздействия, и мы имеем не адиабату, а скорее изотерму. В этом случае я принял К=1. При такой модели у меня получилось значение К2=0,25*Pампл/P0, где P0 - атмосферное давление, равное 105 Па, а Pампл - амплитудное значение SPL. Уровень 0 дБ SPL, как известно, соответствует давлению 2*10-5 Па. При 120 дБ имеем 28 Па амплитудных. Подставляем это в формулу и получаем для 120 дБ - К2=7*10-5=0,007%. Это ощутимо, но все равно очень мало для объяснения удивительной зависимости искажений в схеме ИП.

Спасибо за оценку. Но у вас получилось Pa/P0=20/10^5=0.02%, а мы где-то ранее оценивали эту величину в единицы %%%

---------- Сообщение добавлено 03:26 ---------- Предыдущее сообщение было 03:23 ----------

Я не видел выфрезерованных щелей под мембраной

В МКЭ-2 МКЭ-9 имеются в наличии.

[Игорь Гапонов]

А зачем нужен большой теплообмен в микрофоне?

Не в микрофоне, а в элементе вязкого трения его акустической системы

[olvicgor]

По нелинейности воздуха согласен с Игорь Гапонов. Он правильно оценил нелинейность через давление. Это я что-то протормозил Т.е. нелинейность воздушного объема почти на порядок меньше измеряемых искажений. Вопрос пока закрыт, но есть другой:

Подозреваю, у БК капсюли еще и с нормальной "вентиляцией" замембранного пр-ва.

А чего тут подозревать, так и есть у всех брюлевских капсюлей. Это называется отверстием для выравнивания давления. И нужно оно, чтобы капсюль не превратился в барометр А вот в 61-м такого отверстия я что-то не увидел. А это значит, что, если подвес мембраны не только воздушный, то при отличии внешнего давления от внутреннего получаем еще один потенциальный источник нелинейностей четного порядка. Причем смещение мембраны больше, чем на порядок может превышать "звуковую" амплитуду смещения.

[Bobby_ii]

А вот в 61-м такого отверстия я что-то не увидел. А это значит, что, если подвес мембраны не только воздушный, то при отличии внешнего давления от внутреннего.....

Ну уж не на столько он герметичен чтоб превратиться в барометр.
Но на столько, чтобы давать искажения даже на ИНЧ.
По поводу оценки искажений. Мы где-то (странице на 125й - слишком много написали за последнее время - не найти) прикидывали, что относительно смещение мембраны до 10%, примерно такое-же и изменение объема. На 120дБ смещение - около 2%.
Тем не менее "восемь бед - один ответ" (раскривитель).

olvicgor, огромная просьба померить для ИП: SPL(dB) - U(V) - K2 - K3 - ... на 100-124дБ (шаг 6дБ).

[olvicgor]

Возвращаясь к нелинейности воздушного подвеса.
Еще подумал и ... все-таки я был прав, хотя и не смог корректно это доказать. Сделаю это теперь.
Игорь Гапонов прав в том смысле, что при SPL=140дБ асимметрия смещения мембраны из-за асимметрии воздушного подвеса составит 1/500. (Будем считать, что у нас изотерма, а не адиабата, хотя это и не так, но для простоты). Вся хитрость в том, как это влияет на искажения по напряжению.
Почему-то все упорно под объемом воздушного подвеса подразумевают объем между пуговицей и мембраной. Это абсолютно неверно! Работает весь объем, в т.ч. и запуговичный. Пуговица для того и сделана с дырками, чтобы объем был общим во всем рабочем диапазоне. А дырки играют роль ПАС для демпфирования резонанса мембраны, который находится в верхней части рабочего диапазона. Если бы задний объем не работал, то и никакого демпфирования бы не было. И, кстати, БиК в паспортах всегда указывают для своих капсюлей именно общий объем.
Нарисовал картинку, чтобы не объяснять на пальцах. Надеюсь, что из нее все очевидно.

Ну уж не на столько он герметичен чтоб превратиться в барометр.

Хотелось бы верить, но особых оснований для этого не вижу.

olvicgor, огромная просьба померить для ИП: SPL(dB) - U(V) - K2 - K3 - ... на 100-124дБ (шаг 6дБ).

Но я уже все это делал и результаты выложил.

[Bobby_ii]

Хотелось бы верить, но особых оснований для этого не вижу.

особой герметизации нет. Только завальцовка. "На вскидку" время "выдоха" - неск. секунд. В конце концов, можно капсюль и "поцеловать" в установившемся режиме (н-р надеть трубку со шприцом или сунуть капсюль непоср. в шприц - так даже корректнее и проще) подвигать поршень и посмотреть, сколько будет "в себя приходить".

Почему-то все упорно под объемом воздушного подвеса подразумевают объем между пуговицей и мембраной. Это абсолютно неверно! Работает весь объем, в т.ч. и запуговичный.

Зависит от частоты. Точнее от того, успевает ли воздух свалить через узкую-узкую щель между диафрагмой и пуговицей (там несколько микрон) и протиснуться в достаточно узкие отверстия в пуговице. На НЧ успевает, на ВЧ - нет.
Т.е. воздух представляет собой динамическую упругость, влияющую на АЧХ микрофона. И 99% что отверстия в пуговице и запуговичное пр-во спецом сконфигурированы для коррекции АЧХ микрофона на НЧ. Т.е. на СЧ/ВЧ воздух дополнительно "подпружинивает" диафрагму и снижает ее смещение, заодно увеличивая искажения и рез. частоту (работает только объем между пуговицей и мембраной), на НЧ - успевает "рассосаться" (работает весь доступный внутренний объем).
Т.е. скорее всего спектр искажений у ВМ-61 на СЧ/ВЧ и НЧ (если в нем доминирует нелинейность сжатого воздуха) будет разный. Объем за пуговицей наверное в 10-100 раз больше чем перед.

Но я уже все это делал и результаты выложил.

Напряжений не было.
ИП был с 15к, лучше 30к или больше или ГСТ
Схема была без коррекции Crss (но может это и не важно, раз уж в искажениях не паразитная емкость доминирует).
Хотя нет - была с коррекцией. Позволила "отыграть" 0,005-0,01% у ИП (К2 снизилась прим. на 10%).
(Кстати из чего и сделал вывод, что надо 10х перекомпенсацию)

[olvicgor]

особой герметизации нет. Только завальцовка. "На вскидку" время "выдоха" - неск. секунд. В конце концов, можно капсюль и "поцеловать" в установившемся режиме (н-р надеть трубку со шприцом или сунуть капсюль непоср. в шприц - так даже корректнее и проще) подвигать поршень и посмотреть, сколько будет "в себя приходить"

Все это можно проделать, но полученное для одного образца нельзя обобщать на все капсюли данного типа. Герметичность завальцовки вещь непредсказуемая. В общем, темная это история.

Зависит от частоты. Точнее от того, успевает ли воздух свалить через узкую-узкую щель между диафрагмой и пуговицей (там несколько микрон) и протиснуться в достаточно узкие отверстия в пуговице. На НЧ успевает, на ВЧ - нет.

Во-первых, щель, скорее всего, микрон двадцать, во-вторых, дырки 4х0,4мм и распределены по площади, в третьих все это делается для демпфирования резонанса мембраны, который лежит где-нибудь в диапазоне 10-20кГц, т.е. это должно эффективно работать именно как ПАС, а ПАС работает только когда работает задний объем. Так что работать должен, если и не весь объем, то его значительная часть и практически во всей частотной полосе. Да и измерения искажений, вроде бы, не дают принципиальной разницы между 90Гц, 5кГц и 9кГц. Выше я не смотрел. Да и по физике: АЧХ ровная, значит смещение мембраны не зависит от частоты, смещение мембраны ниже резонанса определяется только упругостью воздушного подвеса и самой мембраны, значит эффективный объем воздуха в зазоре ОДИНАКОВ на разных частотах. Только в верхней октаве выше резонанса ситуация может измениться. Поэтому я практически уверен, что именно искажения воздушного подвеса доминируют среди искажений микрофона.

Напряжений не было

Я в одной точке давал. В посте 2821 повторено. Как-то совсем не хочется делать по десять раз одно и то же, да и очень времени жалко. В принципе, данных полно, а чего нет, из них можно посчитать. Если есть конструктивные идеи, другое дело - готов попробовать.

Хотя нет - была с коррекцией. Позволила "отыграть" 0,005-0,01% у ИП (К2 снизилась прим. на 10%).
(Кстати из чего и сделал вывод, что надо 10х перекомпенсацию)

Это ты погорячился. Измерения, к тому же сделанные в разных сетах, имеют погрешность намного больше этой разницы.

[Bobby_ii]

Это ты погорячился.

Погорячился - не погорячился, а перекомпенсации 2х 99,9% не хватит. 10х тоже многовато и на пределе устойчивости.

Я в одной точке давал. В посте 2821 повторено.

при 105 дБ дает примерно 150 мВ амплитуды

Это оно? Вольты амплитудные или "действительные"?
Тогда получается такая табличка (проверяйте):
. . . . . Схема с 1х . . . . . . . . | . . ИП 5k 9V . . . . | . . ОИ 15k 9V
SPL,дБ | Вольт | THD . K2,% K3,% | THD . K2,% . K3,% | THD . K2,% K3,%
105dB | 0,15 . | . - . . . - . . . - . . | 0,038 0,027 0,001 | 0,034 0,025 0,0045
110dB | 0,267 | 0,09 0,042 0,001 | 0,059 0,047 0,001 | 0,056 0,034 0,011
115dB | 0,474 | 0,16 0,077 0,001 | 0,12 . 0,082 0,001 | 0,056 0,014 0,035
120dB | 0,844 | 0,28 0,13 . 0,001 | 0,2 . . 0,142 0,001 | 0,38 0,25 0,12
125dB | . 1,5 . | 0,17 0,23 . 0,002 |0,35 . 0,24 . 0,002 | 1,87 1,4 0,5

semimat, ваша модель кривого микрофона соответствует данной таблице (если она верна)?

Если есть конструктивные идеи, другое дело - готов попробовать.

Аж целых 2 штуки:
1. Регулируемая перекомпенсация 1х-10х
2. Распрямитель на неправильном ИП (если модель semimat походит на правду, надо помоделировать чтобы определить параметры для определенного ПТ. Какой например есть?)

[anatol0]

А нельзя ли посчитать нелинейность, исходя из того, что мембрана не смещается в поршневом режиме, а становится выпуклой/вогнутой? Я не затрагиваю нелинейность упругости материала.

[sia_2]

Поэтому я практически уверен, что именно искажения воздушного подвеса доминируют среди искажений микрофона.

Для микрофонов-приемников давления (с круговой диаграммой направленности), оптимизированных по чувствительности, почти так оно и есть, но в целом основных источников четыре. Первые три дают преимущественно "квадратичную" (причем два из них одного знака), четвертый - "кубическую" нелинейности.
Первый - уже упомянутая нелинейность воздушного подвеса, оценка в первом приближении верна.
Второй - несоблюдение сохранения заряда, из-за того, что кроме "полезной" емкости между мембраной и задним электродом есть еще и паразитная, шунтирующая ее, куда и перетекает часть заряда. Результатом становится нелинейность зависимости Uвых от смещения мембраны. Именно для подавления этой нелинейности и желательно добавлять отрицательную емкость, примерно равную величине паразитной емкости. Если "отбавить" емкости немножко больше или меньше - то можно частично компенсировать вклад других квадратичных составляющих, в зависимости от их суммарного знака.
Третий - механическая нелинейность мембраны, т.к. при наличии поляризующего напряжения она сильно смещена от "свободного" состояния, при этом ее жесткость на дальнейшее растяжение и сжатие начинает заметно отличаться (меняется стрела прогиба). Кстати, если не выполняется упомянутое выше условие постоянства заряда, то степень притяжения мембраны электрическим полем становится зависящей от ее мгновенного положения (к примеру, растет с уменьшением зазора), и это дополнительный источник нелинейности, обычно противоположного знака.
Четвертый источник искажений - нелинейность акустического сопротивления растекания воздуха под мембраной и в демпфирующих отверстиях/щелях (оно же - сильный дополнительный источник шума сверх термодинамического предела, определяемого Броуновским движением). Кстати, именно этот источник искажений (и шума) часто доминирует в "музыкальных" капсюлях - особенно при диаграмме направленности, отличной от круговой, когда в конструкции появляются дополнительные акустические сопротивления.

[olvicgor]

Это оно? Вольты амплитудные или "действительные"?

Не, ну тут странный подобрался народ Вообще-то в моем посте четко сказано РАЗМАХ 150мВ.

1. Регулируемая перекомпенсация 1х-10х

Именно для подавления этой нелинейности и желательно добавлять отрицательную емкость, примерно равную величине паразитной емкости. Если "добавить" немножко больше - то можно частично компенсировать вклад других квадратичных составляющих.

Насколько я понимаю, нелинейность воздушного подвеса и нелинейность перетекания заряда имеют противоположные знаки квадратичных членов. Отсюда резонный вопрос: зачем компенсировать или тем более перекомпенсировать емкость.

А нельзя ли посчитать нелинейность, исходя из того, что мембрана не смещается в поршневом режиме, а становится выпуклой/вогнутой? Я не затрагиваю нелинейность упругости материала.

Ну, спасибо, Анатолий, что ты хотя бы не затрагиваешь нелинейность материала Посчитать все это сложно. Если еще считать с вязкими потерями в зазоре и дырках, да с перетеканием заряда по мембране. В общем, на диссер потянет

---------- Сообщение добавлено 17:33 ---------- Предыдущее сообщение было 17:31 ----------

Распрямитель на неправильном ИП (если модель semimat походит на правду, надо помоделировать чтобы определить параметры для определенного ПТ. Какой например есть?)

Схема-то какая?

[sia_2]

Насколько я понимаю, нелинейность воздушного подвеса и нелинейность перетекания заряда имеют противоположные знаки квадратичных членов. Отсюда резонный вопрос: зачем компенсировать или тем более перекомпенсировать емкость.

"Зависит от". Дело в том, что при достаточно большом относительном объеме задней камеры или большой доле паразитной емкости (для капсюлей 1/4" и меньше) как раз нелинейность перетекания заряда и становится доминирующей среди квадратичных нелинейностей самого капсюля. Собственно, это и имеет место в большинстве "классических" измерительных микрофонов - оптимальная "отрицательная" емкость для них по модулю лишь немного больше паразитной (измеренной на капсюле без мембраны).
Но, с точки зрения метрологии, стандартные условия измерения, при которых и нормируются параметры капсюлей - практически нулевая емкость нагрузки, т.е. "по стандарту" компенсируется только входная емкость самого предусилителя (повторителя).

[olvicgor]

"Зависит от". Дело в том, что при большом объеме задней камеры как раз нелинейность перетекания заряда и становится доминирующей среди квадратичных нелинейностей самого капсюля. Собственно, это и имеет место в большинстве "классических" измерительных микрофонов - оптимальная "отрицательная" емкость для них по модулю лишь немного больше паразитной (измеренной на капсюле без мембраны).

Но каково бы ни было соотношение, знаки этих составляющих от этого не меняются. А на мой непросвещенный взгляд они противоположные. Что касается объема, то при увеличении объема с сохранением всех остальных параметров (зазора, упругости мембраны) ситуация с воздушными искажениями, если подвес остается воздушным, по идее только ухудшается, т.к. растет абсолютная амплитуда смещения при том же SPL. Единственный ограничитель в этом случае упругость мембраны.

[sia_2]

Но каково бы ни было соотношение, знаки этих составляющих от этого не меняются. А на мой непросвещенный взгляд они противоположные. Что касается объема, то при увеличении объема с сохранением всех остальных параметров (зазора, упругости мембраны) ситуация с воздушными искажениями, если подвес остается воздушным, по идее только ухудшается, т.к. растет абсолютная амплитуда смещения при том же SPL. Единственный ограничитель в этом случае упругость мембраны.

На самом деле "воздушные" искажения (в процентном отношении) сами по себе практически не зависят от объема.
Дело в том, что при увеличении заднего объема зазор тоже увеличивают, т.к. иначе мембрана окажется передемпфирована, и во вторых, будет наблюдаться сильная модуляция коэффициента демпфирования в зависимости от мгновенного положения мембраны (т.е. интермодуляционные искажения). Однако "полезная" емкость при увеличении зазора - падает, соответственно, и увеличивается вклад паразитной.
Фактически, рабочий зазор (и, в меньшей степени, "задний" объем) в измерительных микрофонах обычно делают в несколько раз бОльшим, чем в "музыкальных", компенсируя потерю чувствительности бОльшим напряжением поляризации. При этом, кстати, становится существенным эффект нелинейного притяжения мембраны, степень проявления которого как раз и зависит от соблюдения условия постоянства заряда. Но "на круг", с учетом всех привходящих факторов, амплитудная линейность самого капсюля в варианте с большим зазором и большими напряжениями поляризации оказывается существенно лучше, чем у ширпотребных электретников или капсюлей "музыкальных" микрофонов.

Offтопик:
P.s. Существование оптимальной в отношении линейности отрицательной емкости нагрузки для "нормальных" измерительных капсюлей - многократно проверенный экспериментальный факт. В чем проблема-то ?

[olvicgor]

P.s. Существование оптимальной в отношении линейности отрицательной емкости нагрузки для "нормальных" измерительных капсюлей - многократно проверенный экспериментальный факт. В чем проблема-то ?

Но мы имеем дело не с измерительным капсюлем, а с копеечным ВМ-61 и хотим сделать из него измерительный Компенсация входной емкости усилителя с этим капсюлем не дала по второй гармонике никакого положительного результата в сравнении с обычным некомпенсированным истоковым повторителем. И творческий коллектив на распутье Если в нашем случае доминирует нелинейность воздушного подвеса (а я уверен, что так)и знаки искажений подвеса и емкости разные, то какой смысл компенсировать емкость?

[sia_2]

Но мы имеем дело не с измерительным капсюлем, а с копеечным ВМ-61 и хотим сделать из него измерительный Компенсация входной емкости усилителя с этим капсюлем не дала по второй гармонике никакого положительного результата в сравнении с обычным некомпенсированным истоковым повторителем. И творческий коллектив на распутье Если в нашем случае доминирует нелинейность воздушного подвеса (а я уверен, что так)и знаки искажений подвеса и емкости разные, то какой смысл компенсировать емкость?

Ну так Вы сами и ответили на свой вопрос.
Если знаки разные, и доминирует именно "воздушная" нелинейность, то емкость имеет смысл не компенсировать, а наоборот, добавить

Offтопик:
Но, думаю, понятно, что это все - эрзац в худшем смысле слова. Хороший измерительный капсюль IMHO не настолько дорог, чтобы отказывать себе в его приобретении - ибо работать нормальным инструментом всяко сподручнее и надежнее.

[olvicgor]

Если знаки разные, и доминирует именно "воздушная" нелинейность, то емкость имеет смысл не компенсировать, а наоборот, добавить

Как человек с большим опытом не подскажете, какие примерно уровни внутренних напряжений (или напряженности поля) в средних по параметрам электретных микрофонах.

[sia_2]

Как человек с большим опытом не подскажете, какие примерно уровни внутренних напряжений (или напряженности поля) в средних по параметрам электретных микрофонах.

Сорри, электретниками - ввиду их принципиальной второсортности - серьезно никогда не занимался.
Практически у Back-электретников (с неподвижным электретом) встроенный потенциал стараются сделать как можно бОльшим, порядка 150-200В, даже ценой падения доли "полезной" емкости и линейности. В дешевом электретнике с пленочным электретом - обычно удается обеспечить вольт 30-60, редко больше.
Но сейчас ширпотребные электретники стали уже почти неактуальными - MEMS микрофоны становятся все лучше и лучше, и при этом гораздо стабильнее по характеристикам.

[olvicgor]

Спасибо!

[Игорь Гапонов]

Могу сказать после всех своих размышлений и практических проб "точных датчиков звукового давления/градиента давления", пришёл к выводу, что классическая конструкция ёмкостных датчиков имеет принципиальные ограничения по точности с порядком худшим средней слуховой заметности: прежде всего ДД "не заметности" на реальных акустических сигналах знаменитых конденсаторных микрофонов Уже на порядок и более ДД слуха. Действительно, в ёмкостных датчиках воздушного давления/градиента давления с расширением широкополосности снижается чувствительность и растёт доля собств. шумов, а при повышении чувст. растут НИ и снижается широкополосность. Типа, произведение ДД*ШП=const, т.е. объём принимаемой из воздуха информации не меняется. Это говорит об упоминаемом мной здесь ранее "технологическом пределе". Шеннон и тут рулит .

Интересно, что аналогичные (классические) ленточные микрофоны проигрывают "области слуха" только в широкополосности, т.е. в линейных характеристиках.