Měřící mikrofon s předzesilovačem

      23.1.2013 Jelikož jsem se pustil do přestavby svých reprobeden, vyvstala záhy potřeba alespoň orientačně měřit frekvenční charakteristiky pro vyladění výhybky a zkreslení reproduktorů. Asi nejlevnější profi měřící mikrofon Megaton M-1 s elektretovou kapslí Panasonic WM-61A a individuálně změřenou charakteristikou lze koupit v ProDance za 605,- Kč, ty kvalitnější pak stojí několik tisíc korun. Protože je tohle pro mě jednorázová akce, nechtělo se mi zbytečně vyhazovat moc peněz a šel jsem do výběru levných elektretových mikrofonů. Jejich frekvenční charakteristiky bývají cca do 8 kHz poměrně vyrovnané, pak následuje větší či menší hrb a pokles. Pro mě je důležité měřit hlavně v okolí dělicí frekvence výhybky ~ 2 kHz.
      Všechna měření s mikrofonem provádím pomocí zvukové karty na PC. Jak známo, mikrofonní vstupy na běžných zvukovkách (hlavně integrovaných) za moc nestojí (i když u mé SB Audigy 2 to celkem ujde) a proto jsem se rozhodl zbastlit narychlo jednoduchý mikrofonní předzesilovač, který připojím na vstup line-in. K tomu jsem využil zbytky jedné testovací destičky z práce, když jsme zkoušeli audio na GSM modulu. Jedná se o klasické invertující zapojení operačního zesilovače se ziskem Au = -R6/R3, který jsem zkusmo nastavil na 31,9 (30 dB), což se ukázalo pro citlivost line-inu naprosto dostatečné. Vstupní odpor je dán samotným R3 = 16 kΩ.

schéma zapojení mikrofonního předzesilovače s TSV912

      Jako operační zesilovač jsem použil TSV912 od ST. Jeho základní parametry jsou: nízké napájecí napětí 2,5 - 5,5 V, rail to rail výstup až 35 mA, vstupní offset 0,1 mV / 1 pA, mezní frekvence 7,2 MHz, rychlost přeběhu 4,5 V/µs, šumové napětí 21 nV/sqrt(Hz), THD 0,0007% (pro sledovač). Samozřejmě by stačil i jednoduchý TSV911 nebo nějaký jiný, tenhle jsem měl prostě po ruce. V původním zapojení PCB byla využitá i druhá polovina pro symetrický výstup, to však zde není potřeba. Aby druhá nevyužitá polovina OZ nedělala neplechu (sbírání šumu a rušení, které pak zbytečně zvyšuje spotřebu) je zapojená jako sledovač se vstupem na definovaném potenciálu. Abych se vyhnul rušení ze zdroje a řešení přívodu napájecího napětí dalším kablíkem či fantomem, rozhodl jsem se pro bateriové napájení z LiIon akumulátorku 3,7 V. Proudový odběr v klidu je asi 1,5 mA, takže to vydrží na hodně dlouho. Protože je použito nesymetrické napájení, je neinvertující vstup OZ zapojen na dělič vytvářející umělý střed.
      Samotný elektretový mikrofon obsahuje FETový zesilovač, který také potřebuje napájení, typicky 1,5 - 10 V / 0,5 mA. Napájení je obvykle sdruženo s výstupem na jednom pinu, ale existují i 3-vývodové elektrety. Zde je napájení mikrofonu vylepšeno násobičem kapacity s tranzistorem Q1, což mělo smysl pro potlačení GSM rušení, při napájení z akumulátoru by bohatě postačil odpor kolem 2,2 kΩ z napájení. Střídavý signál z mikrofonu je stejnosměrně oddělen přes C6 a jde na vstup OZ. Výstup OZ je též stejnosměrně oddělen kondenzátory C3 a C5, které by bylo možno vynechat, protože už jsou obvykle na vstupu line-in zvukové karty, ale takhle je to bezpečnější.

mikrofonní předzesilovač - PCB top mikrofonní předzesilovač v krabičce - vnitřek mikrofonní předzesilovač v krabičce - spodek mikrofonní předzesilovač v krabičce - čelo mikrofonu mikrofonní předzesilovač na stativu

      Destičku se zesilovačem a akumulátorem jsem vestavěl do malé plastové krabičky KM 27 vystlané alobalem. Plechová by byla lepší, ale problémy s pronikáním brumu jsem zde nezaznamenal. Dále jsem doplnil vypínač, indikační LED a dvě 3,5 mm stereo jack zásuvky. Levý kanál line-in jde na výstup předzesilovače a pravý kanál jde na druhý jack, aby bylo možno jednoduše připojit snímání z výstupu výkonového zesilovače pro korekci, což jsem zatím nevyužil (zesilovač nastavuju do hladka na začátku měření pomocí loop-backu). Na přední straně krabičky je otvor pro trubičku nesoucí elektretový mikrofon připojený stíněným kablíkem. Použil jsem 30cm zbytek lehké 8mm trubičky z uhlíkových vláken, kterou jsem kdysi koupil jako hlaveň pro nový gaussgun. Trubička má důležitý význam v tom, že distancuje mikrofon od objektů, které odráží zpět zvuk z reproduktoru. Čím delší, tím lepší. Někde jsem viděl i metrovou štangli, ale to už mi přijde nepraktické a neskladné. Na spodek plastové krabičky jsem pomocí osvědčeného UHU epoxidu přilepil matičku pro šroub stativu na fotoaparát. Jen upozorňuju, že ten šroub má větší stoupání než běžný metrický závit, ale náhodou jsem jednu vhodnou matičku vyhrabal ze zásob.
      Ještě před montáží destičky do krabičky jsem provedl měření frekvenční přenosové charakteristiky pomocí sinusového generátoru a osciloskopu. Generátor jsem připojil přes odpor 1 kΩ a výstup zatížil odporem 10 kΩ. Vstupní impedance line-in by měla být 50 kΩ (u mic-in pouze 600 Ω). Maximální vstupní napětí, kdy ještě nedochází k viditelnému zkreslení sinusovky je 100 mVpp. Limitace je čistá, bez zákmitů. Šířka pásma s poklesem -3 dB vychází 15 Hz - 200 kHz. Zde je naměřená frekvenční charakteristika:

frekvenční charakteristika mikrofonního předzesilovače s TSV912

      Učím se teď pracovat s programy z balíku ARTA a tak jsem využil možnosti programu STEPS (stepped sine testing) pro změření zkreslení. To lze měřit jednak přes celý frekvenční rozsah (při konstantní úrovni na vstupu) a nebo pro jednu frekvenci v závislosti na proměnné amplitudě vstupního signálu. Zobrazit lze jak THD, tak jednotlivé harmonické složky. Nejprve jsem změřil samotnou zvukovku pomocí loop-back kabelu zapojeného mezi line-out a line-in. Toto měření jsem už prováděl dříve pomocí programu RMAA (RightMark Audio Analyzer), takže mám představu, kde by se mělo THD pohybovat.

Měření THD SB Audigy 2 přes loop-back (proměnná frekvence)
Měření THD SB Audigy 2 přes loop-back (proměnná frekvence)

Měření THD SB Audigy 2 přes loop-back (proměnná amplituda uin, @1kHz)
Měření THD SB Audigy 2 přes loop-back (proměnná amplituda uin, @1kHz)

      Při nízkých úrovních vstupního signálu je změřené THD vyšší, patrně vlivem vlastního šumu. S rostoucí amplitudou roste SNR a tím klesá THD až do okamžiku přebuzení vstupu, kdy THD prudce vyletí k desítkám procent. Napěťovou osu je potřeba násobit 32x, protože jsem už předtím do programu zadal zisk mikrofonního předzesilovače. K přebuzení vstupu line-in tak dochází asi při 1,3 V RMS (3,66 Vpp). Následuje měření na mikrofonním předzesilovači zapojeném mezi line-out a line in:

Měření THD mikrofonního předzesilovače (proměnná frekvence)
Měření THD mikrofonního předzesilovače (proměnná frekvence)

Měření THD mikrofonního předzesilovače (proměnná amplituda uin, @1kHz)
Měření THD mikrofonního předzesilovače (proměnná amplituda uin, @1kHz)

      Nejmenší dosažená hodnota THD je 0,04% při vybuzení vstupu kolem 15 mV RMS (42 mVpp) a při výše uvedených 100 mVpp (35 mV RMS) je THD už 2%, což ale okem na osciloskopu nejde moc poznat. Takže bude rozumné se na vstupu držet do 20 mV RMS (56 mVpp). Pro měření reproduktorů, kde se zkreslení pohybuje i v řádu jednotek procent, je to myslím OK.

      24.1.2013 Teď už jen vybrat vhodný elektretový mikrofon. Problém je, že nemám žádnou referenci, ani mikrofon ani reproduktor. Nezbývá než věřit, že podle Checkova měření mikrofonů se hrb na charakteristice většiny z nich vejde do 3 dB. Ze šuplíku jsem vybral 3 mikrofony o průměru 10 mm a jeden malý o průměru 4 mm. Dále na základě různých tipů jsem přikoupil MCE-2500 za 50,- Kč a MCE-2000 za 30,- Kč o průměru 6 mm z GESu . Obecně se doporučují spíše menší průměry mikrofonních kapslí. Jako měřený objekt jsem si vybral 2-pásmovou 7l bedničku ARS 9104 od Tesly, ke které je k dispozici alespoň nějaká charakteristika. Těžko říct, jak se může můj kousek po několika desetiletích lišit. K měření frekvenčních charakteristik jsem použil program HOLMImpulse, který umí vhodným nastavením časového okna potlačovat zvukové odrazy v místnosti, takže není nutná akustická mrtvá komora. Kvůli zkrácení časového okna nejsou části charakteristik na nízkých kmitočtech (vyznačeno kurzorem "Gating") vypovídající, pro mě je však důležitá oblast dělení výhybky. Reprobedna byla umístěná asi metr nad podlahou a měřicí mikrofon na stativu ve vzdálenosti asi 70 cm v ose výškového reproduktoru ARV 165 umístěný na stativu. Jednotlivé mikrofony jsem měřil jak v trubičce, tak volně na drátkách, ale nezaznamenal jsem žádný podstatný rozdíl. Zde jsou naměřené charakteristiky:

mikrofon1-10mm-noname
mikrofon 1: 10mm - noname

mikrofon2-10mm-noname
mikrofon 2: 10mm - noname

mikrofon3-10mm-noname
mikrofon 3: 10mm - noname

mikrofon4-4mm-noname
mikrofon 4: 4mm - noname

mikrofon5-6mm-MCE-2500
mikrofon 5: 6mm - MCE-2500

mikrofon5-6mm-MCE-2000
mikrofon 6: 6mm - MCE-2000

      Jak je vidět, mikrofony se vzájemně neliší o jednotky dB ale klidně i o 15 dB. Nejdražší MCE-2500 byl pro mě trochu zklamáním kvůli svému až podezřele vysokému peaku. Že s ním nebude něco v pořádku potvrzují i příspěvky Jurawooda a hanzse na AudioWebu. Někomu zas vyšla charakteristika celkem rovná. Jak se pak ukázalo, tyto mikrofony vyrábí pod stejným označením různí výrobci - Monacor a Panasonic (a třeba ještě někdo další), takže rozdíly jsou pochopitelné. Nezbylo mi než vybírat čistě statisticky, 3 ze 6 mikrofonů vykazují podobné charakteristiky (2 dokonce velmi shodné), takže jsem nakonec vsadil na 6mm MCE-2000. Třeba se mi časem poštěstí udělat nějaké měření v porovnání s lepším mikrofonem nebo změřeným reproduktorem a udělám si korekční charakteristiku...

mikrofon1, 3 a 6-finální výběr MCE-2000
mikrofony 1, 3 a 6 - finální výběr MCE-2000

katalogová frekvenční charakteristika Tesla ARS 9104
katalogová frekvenční charakteristika Tesla ARS 9104



Zpět

Aktualizováno 27.1.2013 v 21:12

Anabolické látky a legální anabolika pro svaly