Было дело, что занимался я как-то записями всяких звуков, да подзабросил это дело. Не выросло из этого ничего, так сказать, в профессиональном плане. А сейчас что-то вздёрнулось, мол, хочется. Ну... хочется всяких поющих птичек позаписывать. Решил по-быстрому накидать микрофонный усилитель с чувствительностью несколько выше среднего, и... вот тут-то внезапно подкрался облом, причём облом качественный и многогранный. Первым делом вылезла проблема с микрофонами. Имеющиеся у меня разнообразные вокальные конденсаторники хотя и обладают хорошей перегрузочной способностью (ещё бы - в них столько плюют), оказывается, шумят. Да, если в них орать, то уровень их шума далеко за -70 дБ и никого не беспокоит. Проблема начинается, когда звуки слабые. Но это ещё фиг с ними. При подъёме усиления здорово начинает анноить собственный шум микрофонного усилителя. Двух-трёх-пятитранзисторные варианты были попробованы и отвергнуты. У малотранзисторных невозможно ввести сколько-нибудь заметную ООС, у многотранзисторых проблемы с шумом. Переключился на микросхемы.

Казалось бы, с малошумящими микросхемами можно получить хороший результат. Однако что-то идёт не так. Как итог прошедших за этим делом выходных, имеем вот такой результат, из которого в итоге растут более мелкие вопросы.

Схема опыта.



Слева самый первый (а в реальном микрофоннике он предполагался вовсе даже вторым) каскад с примерно 21-кратным усилением. Следующие за ним каскады предполагались чисто служебные (АРУ, лимитер и "согласователь" с компьютерным входом) - их коэффициенты усиления невелики. Там торчат свежеприобретённые TL082CP. При отсутствующем первом (зелёненьком) каскаде их шум слегка заметен при оцифровке. Интересно начинается, когда втыкается микросхема первого каскада.

Вот здесь я сделал картинку с пробными кусками оцифровки сигнала при разных микросхемах на этом зелёненьком месте при прочих абсолютно равных условиях



Надо сказать, что визуально видно не чистый шум, а шум + наведённая помеха (это смесь из 50 Гц и 18 кГц, которые просачиваются у меня от какого-то из блоков питания, это вы наверняка уже видели из прошлых моих тем). Наведённая помеха несколько мешает адекватно (т.е. метрологически) оценивать уровень шума, но тем не менее, какртинка получается очень занятная.

Оказывается, TL082 из разных партий, шумят очень по-разному.
Неожиданно хреново ведут себя OPA. А вот старенькая NE5532 молодцом - во-первых, ровненько по каналам (т.е. не отбраковка),а во-вторых, реально хорошо - на спектрограмме шумовая полка у неё на уровне -110 дБ, в то время как у TL082 из старых запасов только 100 дБ (т.е. разница отображена на картинке вполне адекватно).

Отсюда вопрос: а что из микросхем ОУ наиболее пригодно для микрофонников? Понимаю, что SSM2019 - это наверное самая вкуснота (её в хорошие пульты ставят), но она труднодоставаема (достану - обязательно попробую, но сейчас нет).

Возможно, я что-то делаю неправильно и схемотехнически решение должно быть каким-то иным, нежели тупое усиление всего.
Насколько сильно влияют шумы резисторов в первых каскадах? Подозреваю, что частично они видны - когда я убрал закоротку входа на землю (а по факту у инвертирующего включения при этом ввелась 100% ООС), распределение шумов по каналам несколько изменилось - это можно видеть справа на картинке.

Да, кстати. Применяется ли работа динамических микрофонов на нулевую нагрузку? (которую легко организовать инвертирующим включением ОУ) Как от этого изменяется АЧХ микрофона?

Последовательное включение электретников в массив (так делают для получения остронаправленной "фазовой решётки") увеличивает ЭДС пропорционально количеству включенных микрофонов. А что при этом происходит с их собственными шумами?

p.s. Да, забыл... Для замеров использовался встроенный в мамку звуковой чип, поэтому там и собственные шумы, и инч болтанка...

Так или иначе, уровень шума усилителя ограничивает его первый каскад, если это встроенный усилитель микрофона - то он и будет "слабым звеном"... Динамический микрофон - довольно низкоомный, с ним проще, наверное, любой малошумящий ОУ подойдёт (так и вспоминается тема из МЯЯЯУ! про потусторонние голоса... )

тема выеденого яцанестоит
оу штрпртреб ваше не годны для хай фай звука тем паче с цифро
обработкай
покупрнве на али оп/ад-99.5% или браке или перемаркер из гавна гнавродн 741или 358тут рулитт комозиция балошумного трванзюля в микротоке и звукового оу с охватом общим оосом обухом

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотровщик Gerber-файлов от PCBWay + Услуги 3D печати

Можно взять за основу схемы высококачественных УК или УВ, в зависимости от чувствительности микрофона.
Никакой одиночный ОУ не обеспечит должного качества усиления, поэтому musor предлагает давно известное решение. На советской эл. базе это был УВ Сухова (по-моему Радио 87 год).

Выбираем схему BMS для заряда литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ очень важен контроль процесса заряда и разряда для избегания воздействия внешнего зарядного напряжения после достижения 100% заряда. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список таких решений от разных производителей.

Подробнее>>

нет схемотехника ув и му весма жирно отличается изза импеданса111 у первых до десяткоф -сотен килоом на вч у 2х всего 50-200ом
есть решени с микрофоным трансом и симетричным портом-но оба удел проф техники
где цена НЕ ИМЕТ ЗНАЧЕНИЯ
из бюджета для ДМ простое рабочее решение 157УП1-провереное годами в совок магаг класа 1-3
причем правилное решени там вариант с мех переключением
гдето в архивах сервероф была тработаня схема(отличная от ДШ с лучшими параметрами фона и шума но ненашел чета мож ктото потер по сети

Новый аккумулятор EVE серии PLM для GSM-трекеров, работающих в жёстких условиях (до -40°С)

Компания EVE выпустила новый аккумулятор серии PLM, сочетающий в себе высокую безопасность, длительный срок службы, широкий температурный диапазон и высокую токоотдачу даже при отрицательной температуре. Эти аккумуляторы поддерживают заряд при температуре от -40/-20°С (сниженным значением тока), безопасны (не воспламеняются и не взрываются) при механическом повреждении (протыкание и сдавливание), устойчивы к вибрации. Они могут применяться как для автотранспорта (трекеры, маячки, сигнализация), так и для промышленных устройств мониторинга, IoT-устройств.

Подробнее>>

Одна из кране неприятных непоняток состоит в том, что понятие "чувствительность микрофона" достаточно растяжимое. Классика жанра - Shure SM58 имеет чувствительность 1,6 мв/Па. Это обычно для микрофонов (где-то больше, где-то меньше). Электретники дают больше. Мой любимый AKG C900 выдаёт 6 мВ на Паскаль. Но у каждого типа микрофона есть как сильные стороны, так и плохое. Динамические микрофоны - чисто пассивные, там имеются только тепловые шумы да небольшие шумы от пьезоэффекта в изоляции проводов. У электретников имеется встроенный полевой транзистор (или даже два, иногда и больше), а он тоже шумит. C900 имеет Noise Level 17 дБ по паспорту - это эквивалентно как бы постороннему шуму уровнем 17 дБ. Плюсом идёт то, что из-за фантомного питания в шнуре диэлектрик поляризован, деформация шнура отзывается гораздо более высоким уровнем помехи, чем при работе с динамическим микрофоном.

Грустная часть: природные шумы имеют уровень 40-80 дБ - приведённых к стандартному давлению 20 мкПа, принятому за единицу. Другими словами, шум леса с уровнем 60 дБ - это 20 мПа, а значит SM58 в соответствии с этим выдаст 20 МИКРОвольт.

зы: я нигде не ошибся в расчётах?

Даже стандартная универсальная магнитофонная головка даёт сигнал на порядок больше (а воспроизводящая весь милливольт).

Шумы. Для ОУ (и не только) их принято приводить ко входу, типа там сколько-то нановольт отнесённых к корню полосы сигнала. Подробнее об этом можно какой-нибудь учебник по ОУ найти, неохота расписывать формулы (ошибаюсь часто). Интересно просто соотнести уровень генерируемого шума (для этого нужно это число, обычно даваемое в даташитах) умножить на корень рабочей полосы. (Чтобы не заморачиваться, обычно полосу берут 20 кГц). Так вот, кратенько списком по вышеупомянутым ОУ:

TL082: 16 нВ -> 2.2 мкВ
NE5532: 3.5 нВ -> 0.5 мкВ
OPA2134: 8 нВ -> 1.1 мкВ
4558: а х.е.з.
и SSM2019: 1нВ -> 0.15 мкВ

Вот тут становится понятно, почему такое грустное соотношение сигнал-шум. А это ещё шумы резисторов не учтены. Кстати, упомянутая 157УП1(УП2) по документам шумит ажно от трёх до пяти микровольт, что много хуже тех же TL082, поэтому нужно быть полным... кхм... чтобы следовать советам тех, кто не удосужился научиться писать

В планах пока мысль попробовать грубой силой AD797 с их уровнем шума 0,9 нВ. Был ещё интересный УВ от Яузы с последовательно-параллельным включением транзисторов перед ОУ. Но в нём есть ахиллесова пята - конденсаторы в эмиттерах этих самых транзисторов. Из-за того, что их ёмкость значительна (постоянная времени определяется эмиттерным резистором, а он там сотни Ом), их нужно взять электролитическими. А это автоматически даст здоровенную ИНЧ помеху: увы, электролитические конденсаторы сильно шумят...

Как-то прошли мимо моей практики такие приборы, как корректоры для головок MC (Moving Coil). Этот тип головок сродни динамическим микрофонам - обладают низким сопротивлением и низкой же ЭДС. Однако что там с реальными цифрами?

насчет цифирь вы берети пределные(хужшие) лучше в расчет брать типовые но есть ВХОДНОЙ КОНТРОЛ_возможность отбору аналог ВП но со своми параметрами годности
кроме стандартног ДШ решения для уп1 и ул1 есть алтернативное сх тех решение которет дает уровен шумов на нч-сч и фона на порядок ниже
я не призываю юзать совок есть чипы и получше но в свое вречя процес мследовал вариант на ципках 157 на самом деле не плолх если уметь его готовить
и параметры серийцноголмаяка 23х можно БЫЛО неплохо улучшить имея приборы и терпение
вы не сказали о требованиях к МУ и сферре применения если это вокал и проф применени все СИЛНО ИНАЧЕ там

Альтернативное решение базируется на переносе ёмкостей из одного места в другое. При кажущейся эффективности на деле это не даёт ничего т.к. шумовая ЭДС просто перемещается из одного места схемы в другое. Разве что публикацию можно в журнал написать.
В проф.применении ничего "сильно иначе" также не имеется.

ну в ув я например убирал емкости совсем из цепи сигнала..
голова включалась в цепь ООС по постоянке
подобное решени возможно ис ДМ

Для записи слабых звуков применяют микрофоны с большой направленностью, или можно несколько микрофонов включить параллельно - шумы будут меньше, а полезный сигнал усилится... Помнится, в детстве собирал простейший ламповый микрофонный усилитель - и слышал разговор соседей сквозь две капитальных стены, сколько это в децибелах - трудно сказать... А ведь дискретный транзистор можно найти и с гораздо меньшим уровнем шума, чем у лампы! Опять же, шум в фонограмме можно убрать программно, довольно эффективно и почти без слышимых артефактов...

С использованием резонансных акустических труб и фокусировкой звука можно услышать тиканье часов на расстоянии 20-50 м

Давно дело было, но делал направленный микрофон по просьбе товарищей в погонах. Обычный динамический в параболе. Ни разу не заморачивался по шумам. На входе КТ3107 с буквой не помню, но самый малошумящий из них. Разговор четко фиксировался на расстоянии 30-70 метров. В первой пробе лезли шумы от листьев, бумаги по асфальту, за 200 метров машина проедет и прочее. Решилось фильтром 300-2000 герц. Остальное отсекалось. Все были довольны.

Высокой чувствительности можно добиться, если звуком модулировать ВЧ сигнал, потом демодулировать.

As, я понимаю вашу тягу к пространным рассуждениям на общие темы без обязательств, но с моей точки зрения они никакой ценности не имеют. Про остронаправленные микрофоны я в курсе, но это штука достаточно затратная, чтобы к ней подходить с бухты-барахты. На коленке можно относительно простыми средствами изготовить решётку из конденсаторников, но даже она влетает в копеечку. Проф.решения - это быстрый способ получить качество, однако за качество придётся раскошелиться. Например, вот пара таких микрофонов-пушек обойдётся под 1000$ (а есть ещё более интересная модель VP89, по которой откровенно слюни текут, но тут уж удел любителя - рассматривать картинки). Но даже они не снимают вопрос шумности преда.

Микрофоны-пушки используют эффект акустической фокусировки по типу бегущей волны. Резонансные же системы к качественным отнести не получится, их удел - технический слух, где на качество болт покладен.

Парабола, к сожалению, имеет право на жизнь только с кардиодным микрофоном. Если вы туда засунули всенаправленный - это значит, что получили "забор" на АЧХ. Людей в погонах он не волнует, а меня волнует. Также, размер параболы привязан к диапазону частот и даже для 100 Гц нижней частоты (в принципе, ниже оно обычно и не надо, но только тогда, когда не хотите записать звук от самолёта, например) размер грустный.

Также можно упомянуть акустическое линзирование типа "рупор". В колонкостроении их часто применяют, но в применении к микрофонам об этом мало кто в курсе. Рупор позволяет легко увеличить как звуковое давление, так и определит направленность, но у него ровно те же недостатки, что у параболы - размеры. Правда, плюсом ещё тянется завал АЧХ с ростом частоты. Мобильными такие решения для полноценной записи (а не для "людей в погонах") я меня язык назвать не поворачивается.

...Ну, тогда нужно рассматривать схемы с охлаждением до температур жидкого азота...
Бесшумных усилителей небывает по определению, и тепловой шум можно уменьшить лишь охлаждением...

Добавлено after 4 minutes 49 seconds:
...Из практических схем предложил бы усилитель на малошумящих сборках полевых транзисторов, без ООС и без смещения на затворах - соотношение сигнал/шум получается приличным... Но, ведь Вам это не подходит? (там фокус - в параллельном соединении нескольких транзисторов - это заметно снижает шум, причём, входное сопротивление остаётся достаточно большим и только входную ёмкость придётся учитывать, она может оказаться критичной...)
(схемку УВ подобной схемотехники я приводил, переделку, думаю, объяснять не нужно?)

Сборку лучше взять с буквой А, можно и несколько параллелить -режим почти не изменится...

Вот схема. Размещается прямо в головке динамического микрофона. Питание - батарейка "Крона".



OPA211AID имеет плотность шумового напряжения 1.1 нВ/(Гц)^½. В полосе 20 КГц это будет 155 нВ. Накинем что-нибудь на шумы входного тока, резисторов и т.п., пусть суммарно будет 200 нВ. При 20 мкВ напряжения входного сигнала это 40 дБ отношения сигнал/шум.

желательно полосу пропускания усилителя согласовать с полосой усиливаемого сигнала, в данном случае звукового. и даже в этом случае для простого полосового фильтра полоса пропускания шумов в пи/2 раз больше, чем для сигнала. при этом чем больше порядок фильтра, тем отношение полос стремится к 1. поэтому:
1. в первом усилителе показан конденсатор параллельно резистору обратной связи, который
- сужает полосу пропускания самого усилителя. чем больше ёмкость, тем лучше. ограничения по допустимой динамике усилителя.
- устраняет возможную паразитную ёмкость на неинвертирующем входе ОУ (тоже очень неприятная штука). здесь достаточно нескольких пик.
2. на первом усилителе организовать фильтр более высокого порядка. хотя бы второго.
что касается 082vs5532, так у первой шумовые параметры в три раза хуже. да ещё что-то вроде шума типа 1/f присутствует. вот она и шумит побольше.

А ежли динамический подцепить к дифусилителю?

Я так когда-то магнитные головки цеплял для изврата...

А зачем? Если усилитель будет встраиваться в микрофон или находиться рядом с ним, без длинной соединительной линии - дифференциальное подключение не даст ничего...

Предварительное усиление с подавлением помех.
А дальше гоним сигнал с уровнем, достаточным для отсева...