Доработка бюджетного студийного конденсаторного микрофона или нестандартное схемное решение для стандарта фантома 48V, 6.8 кОм/6.8 кОм.

[Павлунчик]

ВНИМАНИЕ! - Данная схема НЕ РАБОТАЕТ с трансформаторным входом. Таковой проектировалась изначально и сознательно.
Вопросы о "пристройке транса" с ТС не обсуждаются.

Хочу поделиться с интересующимися довольно своеобразным схемным решением преобразователя импеданса студийного конденсаторного микрофона. Схема с успехом прошла испытания в десятках студий (любительских и профессиональных). Интересно ваше мнение, пожелания, критика основанная на реальных измерениях или эмуляции.
Идея (кстати родилась в Ташкенте) простая - два повторителя с раздельным питанием от резисторов источника фантома 48V звуковой карты + ПОС "слежения" с выхода усилителя в цепь питания первого каскада посредством двух конденсаторов.
Более полугода шло активное обсуждение этой идеи на другой площадке - где тема называлась "В помощь Самоделкину. "Нерадивый" конденсаторный микрофон зазвучит лучше!", её нетрудно найти в инете. Немало повторивших эту схему, тестов-сравнений, восторженных отзывов, здоровой критики и, куда без них - группа "вечно критикующих но не практикующих". Недавно вышел ролик, где эту схему тестирует один из увлечённых микрофонной тематикой. Естественно не "доктор акустических наук" но треки для сравнения любезно представил за что ему огромная благодарность.
https://www.youtube.com/watch?v=o6fv...ature=youtu.be
Схема -
Полевой транзистор можно выбрать из широкого списка маломощных - K30, 5457,305, 202, 5485 и т.п. Простая настройка - подбор R8 для установки на выходе "3" (он же третий контакт XLR разъёма) постоянного напряжения в пределах 20-21V.
Дроссели - ферритовые бусинки. Хотя можно и без них. Возбуждение схемы на ВЧ не замечалось.



---------- Сообщение добавлено 17:00 ---------- Предыдущее сообщение было 16:54 ----------

Тест в эмуляторе -


---------- Сообщение добавлено 19:09 ---------- Предыдущее сообщение было 17:00 ----------

Тест - коэффициент передачи -



Тест - эффективность компенсации паразитной ёмкости входа (сигнал подаётся на вход через очень малую ёмкость - 0.1 пФ). Как это отражается на КНИ и коэффициенте передачи -



---------- Сообщение добавлено 22:43 ---------- Предыдущее сообщение было 19:09 ----------

Далеко не во всех бюджетных КМ встроен высоковольтный преобразователь (варианты ВП рассмотрим позже) но и без него схема может "оставить" для питания капсюля около 46 Вольт, а вкупе с малыми потерями по передаче, после доработки "нерадивого" мика, мы получим ощутимый прирост чувствительности.
Капсюль обозначен на схеме, как C1.



---------- Сообщение добавлено 23:36 ---------- Предыдущее сообщение было 22:43 ----------

Тест - питание 24V -
Схема, сама по себе, достаточно линейна даже при значительном снижении напряжения питания и превосходно линейна от 40V вплоть до 60V.



По совету уважаемого semimat, для предотвращения резкого броска напряжения на выходе схемы, около 10 Вольт, в момент включения фантомного питания, схема дополняется диодом (1N4148 или аналогом) -



Для обеспечения наиболее плавного и безопасного запуска включать фантомное питание только после подключения устройства. Эта рекомендация относится и к другим КМ с фант.пит. 48В.

[IVX]

забавно, забить H(s) в лаплас соурс даже проще, чем вырисовывать резисторы с конденсаторами ))

[Игорь Гапонов]

вот именно. Более того - практически в любой симулятор. Даже сама реализация в железе А-фильтра с БП получается тяжелее планшета с десятой виндой. Правда, если уже есть файл шума девайса .

Offтопик:
Собственно, пока актуальны только ВЧ (с полосой более 0,2-0,5МГц) прибамбасы к компу/смарту типа юэсби осциллов: почти любая внутренняя ЗК лёгким движением превращается практически в любой "общепринятый" взвешивающий фильтр или спектран, который даже в 90-е годы стоил маманегорюй. Однако, следует отметить, что как только отходишь от "общепринятого" так сразу надо писать свои дрова и софт . Иначе не допрут

[Павлунчик]

Получается, что невзвешенные шумы для 1 ГОм и 3 ГОм различаются в 2,5 раза, а после взвешивания разница составляет уже менее 30%!

Думаю сходится. Я ранее выложил треки с этой разницей. На слух она слышна чётко но далеко не в 2.5 раза.

[Гоша]

забить H(s) в лаплас соурс даже проще, чем вырисовывать резисторы с конденсаторами

Естественно.
Их есть у меня.
Выложил резисторы-конденсаторы, потому что всем понятно. До готовой схемы в железе - два повторителя.
А с математикой комплексной переменной мало кто знаком.
Тут и к схеме на резисторах/конденсаторах возникают вопросы - где взял, как рассчитал.
Конечно, источник с заданной Z-характеристикой точнее отображает АЧХ А-фильтра. Было бы странно, если бы было наоборот.
Но и простая схема дает вполне приличное совпадение с требуемой АЧХ. Причем ее можно еще улучшить в этом плане, просто лень.
Выкладываю А-фильтр на основе Лапласиана, его АЧХ и сравнение АЧХ по Лапласу с АЧХ на пассивных элементах.

---------- Сообщение добавлено 12:38 ---------- Предыдущее сообщение было 12:26 ----------

Ответь пожалуйста ДА или НЕТ

Нет, в гостах, патентах не встречал.
Давным-давно не помню где, попалась такая схема у кого-то из самодельщиков. +2 повторителя.
Понял идею, заложил в подкорку.
Когда понадобилось - из подкорки вылезло.
На авторство не претендую

[Tuvalu]

Я спрашиваю про эту конкретную ПРОСТУЮ ПАССИВНУЮ схему. Чтобы в ней подобрать номиналы нужно решать систему нелинейных уравнений, в отличие от схемы с повторителями. Вот я и хочу выяснить, а вдруг эта замечательная схема и есть та самая, стандартная, уже кем-то точно просчитанная.

Гуглится по "a weighting filter circuit". Вот, нашёл на первой странице:
https://www.beis.de/Elektronik/Audio...ngFilters.html
https://sound-au.com/project17.htm
В смысле вашего вопроса, это пассивные схемы. Вх/вых буферы не в счёт, думаю, понятно почему.
А зачем вам нужна эта схема? Паять или для симулятора?

---------- Сообщение добавлено 16:30 ---------- Предыдущее сообщение было 14:48 ----------

А вот схема активного фильтра, автор обещает 1%-ю точность
https://www.angelfire.com/sd/paulkemble/sound9f.html

[semimat]

Tuvalu, огромное спасибо за ссылки! Это как раз в точку! Вот что значит производить поиск на английском языке! А я набирал не русском... Если мне это и пригодится в ближайшее время, то в симуляторе. Я не занимаюсь акустикой, и всё моё участие в обсуждениях на форме порождено внутренним исследовательским интересом. Здесь же я в значитльной степени и набираюсь знаний. Если бы на форуме началось обсуждение, как схемотехнически реализовать А-фильтр, я бы с энтузиазмом принялся решать эту задачу. И скорее всего, первое, что я бы родил - была цепь из шести RC-звеньев и семи буферных каскадов. И лишь потом стал бы думать, как это можно упростить. А тут я увидел великолепное по простоте решение, до котрого, как мне кажется быстро не додумаешься. Вот мне и стало интересно, было ли это красивое схемное решение изобретено раньше, и насколько оно "сертифицировано" для корректных измерений.

[Гоша]

Во-во, у Линквица я эту схему и видел.
Только тогда она была еще вручную отрисована.

Offтопик:
Странная штука память.
Когда надо вспомнить день рождения жены, приходится заглядывать в свидетельство о браке.
А нужна какая-то схема - мгновенно выскакивает из подсознания.

Кстати, схема из первой ссылки от Сенхайзера UPM550 дает еще лучшее совпадение АЧХ c АЧХ, построенной на основе z характеристики.
Рекомендую.

[Tuvalu]

Tuvalu, огромное спасибо за ссылки! Это как раз в точку!

Пожалуйста!

Если мне это и пригодится в ближайшее время, то в симуляторе.

А в Микрокапе имеются встроенные фильтры A, B, C и даже какой-то D.

---------- Сообщение добавлено 17:05 ---------- Предыдущее сообщение было 17:02 ----------

Offтопик:

Странная штука память.
Когда надо вспомнить день рождения жены, приходится заглядывать в свидетельство о браке.
А нужна какая-то схема - мгновенно выскакивает из подсознания.

Аналогично. Где-то читал, что это нормально, мозг всё остальное маркирует как "мусор" или "не важное". Жена, конечно, с этим не согласится.

---------- Сообщение добавлено 17:18 ---------- Предыдущее сообщение было 17:05 ----------

Кстати, схема из первой ссылки от Сенхайзера UPM550 дает еще лучшее совпадение АЧХ c АЧХ

А можете продублировать эту ссылку? что-то я её не вижу.

[Гоша]

Offтопик:
И с возрастом все заметнее
Вот нафига мне помнить максимальное напряжение кэ транзистора КТ315И?
А ведь помню - 60В. Хотя последний раз имел с ними дело 40 лет назад.

Вопрос знатокам математики комплексной переменной.
Что за странный всплеск на выходе фильтра в начале и что за низкочастотная болтанка при подаче шума на вход фильтра?
Иногда из-за болтанки сигнал на выходе "проваливается" выше или ниже 0, RMS детектор при этом сбивается.
С RC фильтром такого нет.

---------- Сообщение добавлено 17:43 ---------- Предыдущее сообщение было 17:38 ----------

Tuvalu,
Ваша же ссылка.
https://www.beis.de/Elektronik/Audio...ngFilters.html
Текст просто нужно прочитать

The following circuitis derived from a Sennheiser audio level meter UPM 550, only the dimensioning is slightly modified:

[semimat]

... Вопрос знатокам математики комплексной переменной.
Что за странный всплеск на выходе фильтра в начале и что за низкочастотная болтанка при подаче шума на вход фильтра?
Иногда из-за болтанки сигнал на выходе "проваливается" выше или ниже 0, RMS детектор при этом сбивается.
С RC фильтром такого нет.

Гоша, это те картинки, что приведены в конце поста? Такое получилось в Микрокапе? Синий сигнал - это входной? И он имеет постоянное смещение 3мВ, как на рисунке? Я бы сначала убрал постоянку. Если не поможет, то наверное это особенность подпрограммы, осуществляющей А-взвешивание, и теперь её уже никто не исправит...

[IVX]

а к чему А-кривая в железе вообще понадобилась, когда её проще и точнее применить в математике, в софте, на ффт итд.
У меня где то есть А-фильтр для AP, если интересно, поищу.

[Гоша]

semimat,
Это не Микрокап - им не пользуюсь.
Это LTSpice.
За одну симуляцию одного и того-же сигнала получены выходные сигналы от фильтра на RC по схеме Сенхайзера и от фильтра, синтезированного по комплексной характеристике (Laplace).
Постоянки нет, к сигналу после RC фильтра добавлены 3 мВ для того, чтобы сигналы не сливались. Добавлены не в схеме, а арифметически, V(weight)+3 мВ.
В малом масштабе сигналы неразличимы, а с увеличением масштаба на выходном сигнале фильтра на преобразовании Лапласа становятся видны низкочастотные волны достаточно большой амплитуды.
И это с учетом того, что оба фильтра имеют практически одинаковые АЧХ и ФЧХ, а на частоте низкочастотных волн подавляют входной сигнал на 120 дБ.
Получается, что схемы с различной реализацией, имеющие одинаковые характеристики, на выходе дают различные сигналы.
Отчего - не понимаю.
Схему эксперимента прилагаю.

---------- Сообщение добавлено 19:19 ---------- Предыдущее сообщение было 19:13 ----------

а к чему А-кривая в железе вообще понадобилась, когда её проще и точнее применить в математике, в софте, на ффт итд.

Никто не собирается делать это в железе.
Я провожу компьютерные эксперименты с реально записанным сигналом при помощи симулятора.
Это интересно хотя бы потому, что производители публикуют шумовые характеристики микрофонов взвешенными по кривой А.
Ну все равно как в Маткаде что-то посчитать, только в Маткад в качестве входных данных не получится подставить .wav файл.

[semimat]

Разультаты очень интересные! Решение таких проблем мне тоже очень нравится, и жаль, что я пока не освоил LTspice. Так что сам провести вспомогательные эксперименты не могу. Но я советую поиграть не только с шумом, но и с детерминированными формами сигналов, чтобы нащупать, отчего возникает такая хрень.

[Игорь Гапонов]

Получается, что схемы с различной реализацией, имеющие одинаковые характеристики, на выходе дают различные сигналы.
Отчего - не понимаю.

Нет, если трасфер-функшн математически (абсолютно) одинакова для разных реализаций, то реакции на одинаковые сигналы будут абсолютно одинаковыми. В том то и дело, что эти две реализации имеют таки разные характеристики (трасфер функшщн). Даже математически точное совпадение амплитудной характеристики (АЧХ) не гарантирует совпадение фазовой характеристики (ФЧХ) и наоборот. Это часто отражается на времени установления средне квадратического значения (думаю, что именно это Вы и наблюдаете). Это именно теория. Но симулятор это таки прикладной случай (тоже точность ограничена алгоритмом и "машинной бесконечностью"). И тут может быть всё что угодно вплоть до промахов разработчика (например, просто не придал этому значение и понеслась). Весь гембель симуляторов в том, что большинство юзеров им слепо верят, а разработчик может сам не подозревать о собственном баге или скрывать его "авторским правом" . Так что Ваш вопрос о скорее практический ("использование готовых программ"), чем математический.

[Гоша]

Даже математически точное совпадение амплитудной характеристики (АЧХ) не гарантирует совпадение фазовой характеристики (ФЧХ) и наоборот.

Так в том то и дело, что и АЧХ и ФЧХ совпадают. Разве различие в 7 градусов на 2 Гц можно считать достаточным , чтобы оправдать такие "колебания"?
Попробую на простых сигналах, может, что и прояснится.
UPD.
Попробовал.
Синусоида - идеальное совпадение.
Частотномодулированный сигнал - практически идеальное совпадение.
Меандр - идеальное совпадение.
Одиночный короткий импульс - отличное совпадение.
Белый шум - отличное совпадение.
Коричневый шум (именно такой, который характерен для конденсаторного микрофона) - у фильтра на базе комплексной передаточной характеристики - для краткости предлагаю называть его фильтром Лапласа, или Гамильтона) - все развалилось. Появились характерные волны, именно такие, которые я наблюдал на реальном сигнале.
Этих низкочастотных колебаний там быть не должно.
У фильтра на RC - все в порядке.
Вывод - для экспериментов фильтр Лапласа не подходит по невыясненным причинам.

[semimat]

Гоша, а попробуй сначала отрежь низкие частоты (ниже 10 Гц) самым простым фильтром, а потом снова подай на фильтр Лапласа. Может дело в избытке низких частот.

[Игорь Гапонов]

Вывод - для экспериментов фильтр Лапласа не подходит по невыясненным причинам.

Т.е.более точный (теоретически хотя бы, шо там алгоритм с ним делает никто не знает) не подходит. Надо попробовать весь файл усреднить по эрмэс не в риал тайм: пропусти-запиши-усредни по семплам (все в квадрат-сумма-делить на количество семплов-корень=эрэмэс). FT не использовать! Нижняя и разрешение по частоте будут определяться длиной исходника. Болтаться принципиально не будет на любом сигнале в том же интервале времени

[Гоша]

Надо попробовать весь файл усреднить по эрмэс не в риал тайм: пропусти-запиши-усредни по семплам (все в квадрат-сумма-делить на количество семплов-корень=эрэмэс)

Так и делается. RMS считается не в реальном времени, а по всему массиву.
Причем сэмплы для вычисления RMS берутся достаточно часто - в 20 раз чаще, чем сэмплы входного сигнала.
А входной сигнал между сэмплами интерполирован линейно.
RMS тестового шумового сигнала, эквивалентного шуму резистора, считается очень точно.

сначала отрежь низкие частоты (ниже 10 Гц)

Резал, даже на 20 Гц.
Помогает, но не сильно. Разница достигает 30%, при этом АЧХ уже сильно отличается от расчетной. На 20 Гц почти на 3 дБ.
Если резать 10 Гц, разница 50%.
Надо резать высокими порядками, но тогда пропадает математическая простота, появляется надуманность.

---------- Сообщение добавлено 23:26 ---------- Предыдущее сообщение было 23:18 ----------

Т.е.более точный (теоретически хотя бы, шо там алгоритм с ним делает никто не знает) не подходит.

Вот и я удивляюсь.
А что там нового можно придумать в алгоритме? Модифицированная трапеция - она и в Африке модифицированная трапеция.
Могу, конечно, переключиться на трапецию или на Gear, но не думаю...
Можно попробовать с толерантностью поиграть, но и так 10^-12, более чем.

[Игорь Гапонов]

Так и делается. RMS считается не в реальном времени, а по всему массиву.
.

Offтопик:
??? RMS по определению - одно число на весь файл. Как оно может болтаться, оно же не зависит от времени? Болтается, хоть чуть чуть, хоть сильно только тогда, когда выбрано "окно усреднения" менее, чем длина файла - чем короче, тем сильнее и чаще. Если временное окно точно равно длине файла, то эрэмэс имеет истинное значение, и это одно число на весь файл! и вообще интерполяция тут совершенно излишняя и может вносить дополнительную ошибку. Короче, всё это офф тут.

[Гоша]

Игорь Гапонов,

Offтопик:
Так RMS и не болтается.
Болтается сигнал, смотри картинку в посте 409.
Такое впечатление, что в выходном сигнале фильтра Лапласа присутствуют дополнительные спектральные низкочастотные составляющие, которых там быть не должно.
Причем проявляется это только на сигналах с большой спектральной плотностью на НЧ.
А RMS просто вычисляется разная.
То есть, для одной и той же реализации шумового сигнала схемы с одинаковыми АЧХ и ФЧХ, построенные на разных принципах, дают различную реакцию на выходе.

Насчет оффтопа не совсем согласен.
Мы здесь пытаемся найти адекватную и объективную систему характеристики микрофона и его усилителя. В частности шумов.
Спектра +, которую тут все используют, не дает возможности определить шумы количественно, только качественно.
По крайней мере никто не предложил, как Спектрой измерить RMS в Вольтах для того, чтобы вычислить хотя-бы отношение сигнал/шум.
Метод, предложенный мной - записать шум в wav файл, "проиграть" его в симуляторе и в нем же посчитать RMS шума, дает такую возможность.
Попутно возник вопрос, а нельзя ли также взвесить шум? Ведь производители микрофонов дают шумовые характеристики взвешенные по кривой А.
Почему нет?
Найдены схемы на RC, которые имеют нужную АЧХ. Найдена передаточная характеристика, которая позволяет получить требуемую АЧХ.
И тут оказалось, что .... см. выше.
Так что никакой не оффтоп, а самое оно.
Придумаем, как измерять RMS шума микрофонного усилителя без микровольтметра RMS - сможем объективно оценивать шумовые параметры усилителей, и не только микрофонных.