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?

[Fenyx]

Как фаза определяется (методика - какой сигнал, ориентиры (относительно чего), ... )?

Относительно генератора. При двухканальной методике по одному каналу входа идет сигнал от усилителя, а по второму - от микрофона.

[Bobby_ii]

А то, что у излучателя "свои тараканы" как обходят?

[semimat]

Друзья, за последнее время, пока наступило затишье в обсуждениях, меня таки посетило новое просветление!
Это наверное последняя попытка скомпенсировать мембранные искажения с использованием свойств встроенного полевика. То, что я сейчас предложу, мне очень нравится. Даже хорошо, что первая схема не оправдала себя - иначе не родилась бы эта схема. Я чувствую, что лучше неё я уже не придумаю. И если она не оправдает надежд, то я начну работать над подключением дополнительных "распрямляющих" каскадов.
Но всё по-порядку...
Экспериментальные результаты olvicgor*a, в которых я иногда сомневался, в итоге сложились в непротиворечивую модель, на основании выводов из которой предлагается новая (вторая) схема корректирующего предусилителя, рассчитанная на компенсацию уже положительной квадратичной нелинейности входного сигнала.
Итак, что мы имеем...
Эксперименты olvicgor*a показали, что у WM-61 квадратичная нелинейность искажений мембраны имеет положительный знак.
Одновременно, встроенный в капсюль полевик обладает тем свойством, что его истоковая цепь создает положительную квадратичность (поэтому моя первая схема компенсатора не сработала). А вот стоковая цепь, похоже, создает отрицательную нелинейность, раз способна эффективно компенсировать мембранные искажения (это показали последние и предыдущие эксперименты). Причем это именно компенсация, а не влияние ООС, поскольку ООС подавила бы и третью гармонику, а этого не произошло. И требование высокой точности настройки резистора также говорит о преимущественном явлении компенсации, а не об ослаблении искажений благодаря действию ООС.
Для наглядности я нарисовал вот такую схемку образования двух различных по знаку нелинейных эффектов в доступных нам точках полевика.

Из неё понятно, что к сожалению оба нелинейных эффекта происходят одновременно в одном полевике и, имея разный знак, мешают друг-другу. Значит на этот раз (в отличие от моей первой схемы) надо исключить положительную истоковую квадратичность, и задействовать только отрицательную стоковую.
Однако самому полевику с этой задачей трудно справиться, так как чтобы исключить истоковую нелинейность, надо в истоке иметь выcокое эквивалентное сопротивление R2. Но тогда ток стока практически не изменяется. Следовательно он не может быть использован для создания эффективной стоковой ОС, поскольку в этом случае требуется очень большое эквивалентное сопротивление стока R1. Собственно, это показали последние эксперименты olvicgor*a. Тем не менее, даже в этом варианте эффект компенсации К2 всё равно получился, и очень неплохой!
Значит для создания более эффективного сигнала ОС на стоке надо использовать не собственный ток полевика, а завести сигнал ОС с выхода ОУ. Только вот беда - нужен другой знак сигнала. Поэтому следует просто поставить дополнительный инвертирующий каскад на ещё одном ОУ. В результате мы дополнительно (как бонус) получим и два идентичных противофазных выхода для подключения к симметричной линии!
Проектируя окончательную схему, я все-таки пришел к выводу, что первый каскад на ОУ должен быть не повторителем, а иметь двукратное усиление. Каскад с Ку=1 не усиливает сигнал, а оставляет его слабым и при этом добавляет к нему свой шум. Это еще и означает, что последующие цепи должны быть тоже очень малошумящими. Если же мы усилим сигнал хотя бы в 2 раза, то требования по шумам к последующим цепям резко снижаются, а допустимые входные уровни сигнала при Ку=2 всё ещё остаются большими. Цена вопроса - один дополнительный резистор. Предлагаемая схема, имея Ку=2 и однополярное питание 12 В, способна работать с SPL, лишь немногим менее 140 дБ (когда наступает ограничение по выходу ОУ). В крайнем случае, ни что не мешает поддать напряжение питания. Зато шумовые проблемы существенно упрощаются, и в большинстве измерений величина напряжения питания более разумно согласуется с уровнями выходных сигналов.
Теперь сама схема:

Я принял к сведению последние данные olvicgor*a, что сигнал с мембраны при SPL=120 dB составляет примерно 0,905...0,99 В р-р. Я взял среднее значение 950 мВ и установил в имитаторе квадратичной нелинейности значение THD сигнала равным 0,130%, как это было экспериментально измерено ранее для данного уровня SPL. После этого я минимизировал выходные THD потенциометром R1 и больше его не трогал.
Далее я изменял амплитуду входного сигнала. Естественно, происходило автоматическое изменение уровня THD (для входного сигнала это фактически уровень К2, поскольку на входе значение К3 составляет менее 1% относительно К2 даже при самом большом сигнале). В результате получил значения входных и выходных искажений при разных входных уровнях SPL от 110 dB до 135 dB с шагом 5 dB. Отмечу, что выходные THD определяются уровнем К3, поскольку К2 почти полностью подавлена (только при 135 dB они примерно равны - поскольку входной сигнал уже превосходит 5,3 В р-р, а выходной 9 В р-р). Результаты сведены в таблице:

В таблице минимум выходной К2 приходится на 120 дБ, поскольку именно на этом уровне SPL производилась настройка компенсации.

У схемы есть еще одно преимущество. Напряжение на полевике равно почти половине питания, то есть достаточно велико, поскольку стоковый резистор очень мал. Это позволяет надеяться на существенное снижение требований к стабильности напряжения питания для сохранения хорошей компенсации, а также на снижение требований к точности установки потенциометра. В целом, при таких малых величинах используемых резисторов, и их вклад в шумы схемы также незначителен. Ослабленной также становится роль всяких паразитных емкостей.

На всякий случай скажу, что теперь в моих моделях полевика емкость затвор-сток 2пФ, а емкость затвор-исток 2,5 пФ. После анализа даташитов я пришел к выводу, что это наиболее правдоподобные значения. Где-то в постах я читал высказывания, что Сзс имеет величину 0,65пФ. Внимательно просмотрев даташиты, я понял, что таковой указана ВЫХОДНАЯ емкость полевика, то есть, емкость сток-исток. Словом, я теперь согласен с емкостями, указанными в pdf файле спайс-моделей полевиков для электретных микрофонов, выложенном в одном из постов. Более того, я считаю, что у некоторых полевиков Сзс может доходить до 4 пФ, а Сзи, наоборот, может быть менее 1,5 пФ! Только тогда данные из некоторых даташитов становятся непротиворечивыми. Но на этом я уже настаивать не буду - слишком трудно в это поверить.
Могу сказать, что качество компенсации не зависит от Сзи, а вот от Сзс зависимость есть. Чем меньше Сзс, тем хуже предельная компенсация. Но все равно она ухудшается не более чем в два раза даже для случаев самой высокой компенсации. Зато выходной сигнал подрастает по амплитуде. Обратите внимание: сигнал на выходе полевика ослаблен именно под влиянием емкости Сзс (достаточно убрать ОС и он станет почти равен входному).

[Fenyx]

Очень интересно!
А что график тепловых эффектов не снял? Оно там же где и спектральный анализ в меню. Только диапазон температур и число точек кривой задать..
Если это все не будет плавать +- дофига, то очень класно должно получиться...
Вот только одна мысль... Когда я предлагал свой вариант - с регулируемым напряжением ОС в стоке, в принципе, явление было аналогичное. Я что имею в виду.. В этой предложенной схеме напряжение Vси уменьшается при положительной полуволне (кстати как и в схеме ОИ), а в той, которую я предлагал, напряжение на стоке по амплитуде меньше чем напряжение на истоке. Получается аналогично - Vси в противофазе с сигналом.. В чем принципиальное отличие (кроме схемного решения)? Я сразу что-то не пойму. И вызывает подозрение довольно длинная петля ОС - через два опера с их фазовыми сдвигами... Без коррекции проблемы с устойчивостью будут.
И вообще - зачем тогда опер, если напряжение на стоке в точности равно току полевика умноженному на стоковое сопротивление? Т.е. амплитуда сигнала отрицательной фазы регулируется величиной резистора без надобности привлечения длинной петли общей ОС. Просто подобрать резистор стока на минимум искажений... Правда тут противоречие - по постоянке может быть нужно одно сопротивление, а на сигнале - другое, но так оно легко решается Т-образной RCR цепочкой - опять же без второго ОУ (кстати, тот же потенциометр, но от средней точки кондер на питание, а два других вывода на полевик и питание).
Хотелось бы обойтись только местной ОС, без петель - а то в разводке потом ловить возбуды запаришься.. Да и более изящно это выходит...

[semimat]

Очень интересно!
А что график тепловых эффектов не снял? Оно там же где и спектральный анализ в меню. Только диапазон температур и число точек кривой задать..

Я еще пока не освоил многое из Мультисима. Спасибо за информацию. Буду учиться.

Вот только одна мысль... Когда я предлагал свой вариант - с регулируемым напряжением ОС в стоке, в принципе, явление было аналогичное. Я что имею в виду.. В этой предложенной схеме напряжение Vси уменьшается при положительной полуволне (кстати как и в схеме ОИ), а в той, которую я предлагал, напряжение на стоке по амплитуде меньше чем напряжение на истоке. Получается аналогично - Vси в противофазе с сигналом.. В чем принципиальное отличие (кроме схемного решения)? Я сразу что-то не пойму.

Вот это-то и самое интересное! Я ведь тогда оценил твою идею именно за возможность произвольно менять фазу сигнала ОС на стоке относительно сигнала на истоке и рекламировал ее в постах #2782 и #2788 . Но тогда к величайшему удивлению у меня при симулировании вообще ни чего путного не вышло, и я об этом с грустью написал в посте #2808 , забросив тот вариант. А здесь все получилось "в лучшем виде"... Мне стоило долгих раздумий чтобы понять, почему это так. Увы, пока здесь я как собака: "сам, вроде, интуитивно понимаю", а доходчиво объяснить не смогу. Но попробую...
Вернемся к твоей схеме, слегка измененной заменой двух резисторов одним потенциометром, чтобы иметь возможность полной плавной перестройки ОС от нуля до максимума (со сменой полярности ОС) и реализовать полный потенциал возможностей этой схемы.

Посмотри: в моей схеме точка минимума THD наступает, когда сигнал компенсации на стоке противофазен сигналу на истоке. То есть, амплитуда переменного напряжения сток-исток существенно больше амплитуды переменного напряжения на истоке, и они противофазны. В твоей схеме этого получить не удастся, так как даже в самом верхнем положении потенциометра каскад становится обычным истоковым повторителем (сигнал на стоке равен нулю). В этом случае амплитуда переменного напряжения сток-исток в точности равна амплитуде переменного напряжения на истоке, но ни как не больше (хотя тоже в противофазе). А при смещении движка вниз эта амплитуда может лишь уменьшаться сначала до нуля в среднем положении потенциометра, а потом и вовсе поменяет знак, но это уже совсем другая история... Её мы ранее исследовали именно по твоей идее схемы (в варианте Bobby_ii), когда olvicgor проверял возможность снижения мембранных искажений путем компенсации входной паразитной емкости с помощью ПОС с сток (посты #2888 #2889 #2902 ). Тогда были получены положительные результаты, но цена за них в виде схемотехнических проблем, в том числе, по постоянке, заставила отказаться от дальнейшей реализации этого варианта борьбы с искажениями мембраны (хотя это и является патентованной технологией B&K).

Т.е. амплитуда сигнала отрицательной фазы регулируется величиной резистора без надобности привлечения длинной петли общей ОС. Просто подобрать резистор стока на минимум искажений...

Значит я пока не донес свою идею до читателя. То, о чем ты говоришь, уже предложил и опробовал olvicgor, получив хороший результат (посты #3016 и #3050). У меня на основе его экспериментов родилась другая идея реализации того же метода компенсации через стоковую нелинейность. Поэтому повторюсь...
Полевик имеет два источника нелинейности: истоковый и стоковый, дающие разные знаки квадратичности. В данном случае истоковая нелинейность является вредной, мешающей компенсации мембранных искажений (да ещё и увеличивающей К3). К тому же она сильнее стоковой нелинейности. Поэтому я объяснил, что её надо ОБЯЗАТЕЛЬНО максимально нейтрализовать с помощью следящей ОС в исток. Но при этом, естественно, ток полевика по переменке фактически перестает меняться и НЕ МОЖЕТ создать практически ни какой сигнальной ООС на стоковом резисторе (разумной величины). Вот поэтому я и предложил создать сигнал ООС на стоке другим способом, а именно, взяв его с выхода ОУ, но предварительно проинвертировав. Таким образом, мы имеем ПОЛНОСТЬЮ обнуленную истоковую нелинейность и легкую, без "осложнений" по постоянке, регулировку ООС в стоке.

И вызывает подозрение довольно длинная петля ОС - через два опера с их фазовыми сдвигами... Без коррекции проблемы с устойчивостью будут.

Возбуждений не будет. Ведь у меня ОС всё-таки отрицательная и меньше единицы. А в схеме carbon*a и в твоей схеме где Ку=2, она такая же, но положительная - и, тем не менее, возбуждений нет. Это же ведь связь через сток... она уже изначально сама по себе слаба, особенно, при больших Uси.

P,S. Да, самое слабое место в компенсации - это температурная нестабильность. Причем, я боюсь не только уплывания параметров полевика, но и изменения механических свойств мембраны с температурой - ее эластичности и силы натяжения. От этого многое зависит, но это очень трудно оценить без экспериментов.
Впрочем, я думаю, что более чем пятидесятикратное снижение искажений действительно будет нестабильным, но хуже, чем десятикратным (на худой конец, пятикратным), оно не станет при разумных колебаниях температуры.

[Bobby_ii]

1. Сзс сама по себе нелинейна и ее изменение существенно. Модель этого скорее всего не учитывает. На практике всё будет не вэри гут.
2. Зачем городить ОС в сток, если можно просто поставить в сток резистор соотв. величины и "подправить" питание каскада для сохранения тока?
3. На одном из форумов было предложение массово мигрировать на ЛТ-Спайс. Я его поддерживаю. Все-таки вопрос легальности ... .

[begemot61]

Это - глюк симулятора/моделей? Почему ТАК?

В первую очередь надо озаботится адекватностью модели.
Сопротивление 5ТОм - это из области фантастики. Сопротивление 3Гиг в общем более/менее адекватно.
В тех случаях когда используются обычные полевики в преде конденсаторного микрофона, это сопротивление
обычно имеет величину в диапазоне 1Гиг-10Гиг.
Поскольку в данном полевике используется утечка диода, она никак не может быть 5ТОм.
Кстати, утечка кремниевого диода иногда использовалась для подобных применений и в предах профессиональных
конденсаторных микрофонов, собранных на обычных полевиках. Когда была проблема с "доставанием" Гигомных
резисторов. Хотя резистор конечно даёт более стабильные результаты.
Я тут прикинул модельку того полевика что стоит в WM61.
На основании измерений его характеристик.
В принципе, значительно более точно чем любая другая модель, которую я встречал. Не идеально конечно.
И под один экземпляр, который я непосредственно померил.
Модель пока не отражает реалистичных шумов. Хотя шумы то-же промерил. Всё остальное вроде адекватно.
Может чуть позже попробую переделать с учётом шумов.
http://www.audio-perfection.com/forum/thread-62.html
Модель для LTSPICE, но включить её в любой SPICE3 симулятор можно без проблем.
Только надо не забывать и диод. Для упрощения я его использую отдельным элементом, неохота включать в subcircuit.
Модель диода там-же. Обе описаны директивой .model

---------- Сообщение добавлено 08:38 ---------- Предыдущее сообщение было 08:33 ----------

Сзс сама по себе нелинейна и ее изменение существенно. Модель этого скорее всего не учитывает. На практике всё будет не вэри гут.

Модель это учитывает. По крайней мере в LTSPICE. Вот кусочек из его хелпа.
"Charge storage is modeled by nonlinear depletion layer capacitances for both gate junctions; which vary as the -1/2 power of junction voltage and are defined by the parameters Cgs, Cgd, and PB."

---------- Сообщение добавлено 08:50 ---------- Предыдущее сообщение было 08:38 ----------

Начал осваивать ЛТшку и сразу малость прифигел.
схема с резистором утечки 5ТОм

Поскольку вы оперируете очень малыми величинами, советую увеличить точность вычислений и отключить компрессию.
Так, на всякий случай.
Кнопка панели .op
.OPTIONS numdgt=12
любое значение больше 6 приведёт к вычислениям с двойной точности при расчёте зависимых переменных
.OPTIONS plotwinsize=0
для отключения компрессии

Пример того как это влияет на измерение искажений (наиболее наглядно) вот здесь
http://www.audio-perfection.com/spic...h-ltspice.html

[Alickkk]

Сопротивление 3Гиг в общем более/менее адекватно.

Судя по переходным процессам при включении(всплеск СИ), его(сопр. ЗИ) там нет... но есть другое...

[begemot61]

Физически его там нет. Есть ток утечки диода

[Alickkk]

begemot61, я вам про него и говорю

[begemot61]

Точная величина этого тока утечки по сути не особо принципиальна, если он не больше чем тот, который не вызывает искажений частотки на самых низких частотах при тестировании от эквивалентной ёмкости. У меня при измерениях получалось что при использовании 7pF эквивалента завал был практически не заметен на 10Гц. Соответственно, он практически не будет влиять и на шумы.
Можно конечно померить поточнее, но там нужно фанатично мыть затвор, потом мерить, потом опять мыть, потом опять сушить...
Но очевидно что эквивалентное сопротивление не терраомы.

[Andrey Orloff]

begemot61, a вы можете здесь выложить эти файлы (модели)?
> Все упомянутые файлы моделирования приведены в файле 2SK3372.zip.
> 2SK3372.zip (Размер: 16.6 Кб / Загрузок: 4)

[begemot61]

Конечно

[Alickkk]

У меня при измерениях получалось что при использовании 7pF эквивалента завал был практически не заметен на 10Гц.

У меня тоже ...))


Нет, я говорю именно про переходной процесс при включении питания:


То же наблюдается и в железе(всплеск Напряжения СИ при включении питания)
При наличии утечки ЗИ эквивалентном резистору меньше 100Гом(а тем более диод) всплеск отсутствует...

[begemot61]

Х.з. Там есть несколько гниловатых моментов. И в моей модели то-же.

[Alickkk]

Там есть несколько гниловатых моментов.

Например?

[begemot61]

Например параметр Vk=50
Vk это "Ionization knee voltage" из описания модели. Его пришлось существенно увеличить по сравнению с
исходным. Иначе получалась очень большая утечка входа самого полевика. Без диода.
При этом я оставил параметры "диода" без изменений, т.е. фактически с утечкой значительно меньше чем на самом деле.

[semimat]

Поскольку вы оперируете очень малыми величинами, советую увеличить точность вычислений и отключить компрессию.
Так, на всякий случай.
Кнопка панели .op
.OPTIONS numdgt=12
любое значение больше 6 приведёт к вычислениям с двойной точности при расчёте зависимых переменных
.OPTIONS plotwinsize=0
для отключения компрессии

Пример того как это влияет на измерение искажений (наиболее наглядно) вот здесь
http://www.audio-perfection.com/spic...h-ltspice.html

Спасибо за важные советы и ссылку! Я чувствую, что надо тоже осваивать бесплатную программу для моделирования, чтобы иметь возможность сравнивать результаты между всеми участниками. Не знаю, сколько это займет времени. С возрастом всё дается труднее. (А Мультсимом буду пользоваться тайком "под одеялом", чтобы иногда перепроверять результаты ЛТ-спайса ). Я боялся, что бесплатный вариант весом 15 Мбайт дистрибутива не может конкурировать в точности симулирования с почти гигабайтным продуктом от NI (как Paint c Photoshop*ом). Но после этой информации появилась надежда, что дело в умении грамотно пользоваться программой.

Буду ждать с нетерпением новых результатов по исследованию и моделированию шумов. Экспериментальные данные по шумам 2SK3372 в типовом включении ( http://www.audio-perfection.com/foru...8.html#pid1328 ) повергли меня в уныние... Я тут в одном из постов "доказывал", что шумы на истоке транзистора должны быть в районе 4 нВ/Гц^0.5 для частот выше 2 кГц. А они оказались более 30 нВ/Гц^0.5 ! Мне трудно с этим смириться, пока не появится теоретического подтверждения этому. Я знаю наши древние транзисторы КП303А. Хотя по паспорту у них допустимы 20 нВ/Гц^0.5 , но на практике приведенные ко входу шумы на частотах выше 1 кГц у большей части экземпляров составляли 3...5 нВ/Гц^0.5. И это наши транзисторы более чем тридцатилетней давности! Почему же современные импортные транзисторы дают такой удручающий результат? Понимаю, что скорее всего дело в малой емкости, нагружающей вход, но мои "расчеты" показывают, что при суммарной входной емкости 10 пФ на затворе, полевик с параметрами, как у 2SK3372, способен дать выходные шумы в режиме истокового повторителя 4...5 нВ/Гц^0.5 для частот выше 2 кГц... А можно ли повторить измерения шумов в тех же условиях, но с 1000 пФ на входе (то есть, фактически, К.З. по переменке на входе)? По идее они должны стать примерно 3 нВ/Гц^0.5 . Если это подтвердится, то придется признать, что шумы 30 нВ/Гц^0.5 при 10 пФ в затворе - неизбежная реальность для 2SK3372 из-за шумов встроенного эквивалентного сопротивления утечки.

[Alickkk]

(А Мультсимом буду пользоваться тайком "под одеялом", чтобы иногда перепроверять результаты ЛТ-спайса )

Если посмотреть как МС считает КНИ, тут его самого проверять нужно будет

[semimat]

Если посмотреть как МС считает КНИ, тут его самого проверять нужно будет

Alickkk, MC - это программа MicroCap - она тоже маленькая и тоже, как и LTspice, разрабатывается всего несколькими людьми. А Multisim - это мощнейший продукт (наряду с LabView) крупейшей американской фирмы National Instruments, на которой держится программно-аппаратное сопровождение практически всех американских научных исследований.