Kalibrera mikrofon

[jansch]

Jag är djupt imponerad av dina försök/ambitiooner att skapa en mätlåda för att kalibrera mikrofoner!
Lovade(?) i tidigare inlägg att visa skillnaden mellan "pressure field" och "Free field" av det enkla skälet att jag vill du ska lyckas att "få till nåt" som funkar för att mäta mikrofoner, helt enkelt JÄMFÖRA liknande mikrofoner och uppnå mätdata som kan ses som någon form av reciprok kalibrering (recisprok = jämförande under kontroll).
Vill helt enkelt inte att du använder "pressure field" för frekvenser som inte stämmer med det du vill uppnå - du vill uppnå Free field frekvenskurva. Dock, att du kanske använder pressure field för frekvenser där du kan uppnå en exakthet som är svår att uppnå på andra sätt.

I mitt tidigare inlägg om "pressure field" beskrev jag de akustiska olikheterna mellan Free field och Pressure field. Bifogar här några bilder som visar hur det är. Jag har valt att fokusera på en mikrofontyp (Bruel&Kjaer 4191) då den dels har ett väldigt brett användningsområde dels att den är "state of the art" och har använts i årtionden för "hifi precisionsmätningar".

Denna kurva gäller "generellt" och är ingen kalibreringsfil.
Du kan med en gång konstatera att pressurefield är utmärkt för just denna mikrofon upp till knappt 2kHz, därefter faller kurvan.
I nästa inlägg kommer en förklaring och fler bilder.....

[jansch]

Nedan finner du kalibreringskurvan för en av mina B&K4191 mikrofoner, den som är senast kalibrerad.
På diagrammet finner du 2 kurvor.
Den egentliga kalibreringskurvan är den som faller och som kallas aktuatormätning. En "elektrostatisk" mätning av mikrofonkapseln utan skyddsgallret och är därmed väldigt lik de förhållande som råder vid "pressure field", dock inte exakt som pressure field.
Aktuatormätningar är väldigt precisa och kan utföras relativt snabbt och enkelt MEN dom visar inte påverkan av mikrofonens fysiska dimensioner (framförallt inte diskanthöjningen och mikrofongallrets påverkan vid free field.
Den övre kurvan, Free field känsligheten, visar alltså det man vill uppnå i "free field" d v s typiskt högtalarmätningar.
Denna kurva är uppmätt på ett fåtal "prototyper" med väldigt omständliga mätmetoder och stor möda = säkert flera 100.000 tals kronor i kostnad.
Som jag nämnt tidigare har man då alltså mätt upp hur mycket mikrofongallret och mikrofonens fysiska mått ger skillnad mellan pressure field och free field och man skapar free field kurvan genom en fast korrigeringsfil. Detta är praktiskt möjligt då mikrofonmått/mikrofongaller är tillverkade med 1000dels millimeter precision.

Då B&K4191 är en free field-mikrofon är kalibreringen för Free field, vill man mäta pressure field måste man ta den egentliga kalibreringskurvan (aktuatormätningen ) och lägga till en korrigeringsfil som finns med i mikrofondokumentationen. Som synes i sista bilden är skillnaden mellan aktuatormätning och tillägget korrigeringsfil marginellt. Korrigeringsfilen i detta sammanhang påverkar dock bara ca 0,1dB, lite upp och ner, vilket i de flesta fall är en bagatell. För andra mikrofontyper kan dock korrigeringsfilen påverka mer.

(kan inte visa bild på korrigeringsfil....nåt gick åt skogen)

[jansch]

Vad ville jag visa med de 2 ovanstående inläggen....
Jo att om du mäter "pressure field" kommer den kurvan att vara korrekt för free field till ca 3,5 kHz för din mikrofon,
Din mikrofon är 7 till 8 mm i diameter, nämnda B&K4191 är 12,7 mm utan skyddsgaller. Med enkel matematik kommer våglängden att påverka (göra skillnad mellan pressure field och free field) vid ca 3,5 kHz.
Oftast börjar då kurvan bli lite "orolig" vid free field, från att varit ett "rakt streck".

[xmag]

Vad ville jag visa med de 2 ovanstående inläggen....
Jo att om du mäter "pressure field" kommer den kurvan att vara korrekt för free field till ca 3,5 kHz för din mikrofon,
Din mikrofon är 7 till 8 mm i diameter, nämnda B&K4191 är 12,7 mm utan skyddsgaller. Med enkel matematik kommer våglängden att påverka (göra skillnad mellan pressure field och free field) vid ca 3,5 kHz.
Oftast börjar då kurvan bli lite "orolig" vid free field, från att varit ett "rakt streck".

Intressant och lärorikt!
Jag tar åt mig detta och har det med i mina funderingar.

Min "pressure field" byggde jag för att det skulle vara kul att jämföra. När jag läser det du skriver kan den kanske vara ett sätt att kontrollera mätlådans resultat under 3,5kHz. Mikrofonen är 8mm tjock. Jag har en plan på att göra den lite tjockare längs bak så att RCA-kontakten kan skruvas in direkt i röret. Det handlar bara om 2-3mm.

[jansch]

Det är inga problem att göra mikrofonen tjockare längre bak så länge det görs med mjuk övergång, avlång kon eller liknande.
För 1/4tums mikrofoner använder man ofta 1/2 tums mikrofonförstärkare med en adapter som blir tjockare efter ca 5 centimeter så man kan skruva på en 1/2 tums förstärkare. 1/2 tumsförstärkaren har lite bättre prestanda, den går bl.a ner till 3Hz till skillnad från 1/4tums som går ner till 15Hz och -0,5dB.
6,35mm stålhölje rymmer ju inte så stora komponenter.
Nedan bild på 1/4 tums mic med 1/4tums förstärkare och en 1/2tums förstärkare med adapter och 1/4tums mic.

[xmag]

Det är inga problem att göra mikrofonen tjockare längre bak så länge det görs med mjuk övergång, avlång kon eller liknande.
För 1/4tums mikrofoner använder man ofta 1/2 tums mikrofonförstärkare med en adapter som blir tjockare efter ca 5 centimeter så man kan skruva på en 1/2 tums förstärkare. 1/2 tumsförstärkaren har lite bättre prestanda, den går bl.a ner till 3Hz till skillnad från 1/4tums som går ner till 15Hz och -0,5dB.
6,35mm stålhölje rymmer ju inte så stora komponenter.
Nedan bild på 1/4 tums mic med 1/4tums förstärkare och en 1/2tums förstärkare med adapter och 1/4tums mic.

Snyggt!
Ser att den översta har kabeln rakt in i röret. Tål att tänkas på.

[jansch]

Det är inga problem att göra mikrofonen tjockare längre bak så länge det görs med mjuk övergång, avlång kon eller liknande.
För 1/4tums mikrofoner använder man ofta 1/2 tums mikrofonförstärkare med en adapter som blir tjockare efter ca 5 centimeter så man kan skruva på en 1/2 tums förstärkare. 1/2 tumsförstärkaren har lite bättre prestanda, den går bl.a ner till 3Hz till skillnad från 1/4tums som går ner till 15Hz och -0,5dB.
6,35mm stålhölje rymmer ju inte så stora komponenter.
Nedan bild på 1/4 tums mic med 1/4tums förstärkare och en 1/2tums förstärkare med adapter och 1/4tums mic.

Snyggt!
Ser att den översta har kabeln rakt in i röret. Tål att tänkas på.

Jo, det finns inga 7 poliga kontakter som är så smala, därför är kabeln fast i 1/4 tums mikrofonförstärkare.

I kabeln till mikrofonförstärkaren finns följande "anslutningar" förutom signaljord och jord:
- Matningsspänningar som kan vara mellan +/- 14 volt till +/- 60 volt. Vill man kunna mäta upp till 162dB(SPL) måste matningsspänningen vara +/- 60volt med nämnda B&K4191 mikrofon. Normalt använder man +/- 14Volt för vanliga "hifi- mätningar".
- 200 Volt polarisationsspänning-
- nyttosignal ut från mikrofonen
- Calibration input. Carge Injection Calibration - Genom testsignal kontrollera att mikrofonkapsel/mikrofonförstärkare/kabel håller kalibrerade data.

Minsta LEMO-kontakt är ca 9 mm i diameter och finns på bilden ovan på 1/2 tums förstärkaren. Den är "special" för B&K, standardkontakten är ca 11,5mm i diameter.
Även standardkontakten är ett helvete att löda, bäst att köpa färdiga sladdar som har crimpade kontakter.
Det är lite eklare anslutning på en Panasonic-kapsel......

[xmag]

Det är inga problem att göra mikrofonen tjockare längre bak så länge det görs med mjuk övergång, avlång kon eller liknande.
För 1/4tums mikrofoner använder man ofta 1/2 tums mikrofonförstärkare med en adapter som blir tjockare efter ca 5 centimeter så man kan skruva på en 1/2 tums förstärkare. 1/2 tumsförstärkaren har lite bättre prestanda, den går bl.a ner till 3Hz till skillnad från 1/4tums som går ner till 15Hz och -0,5dB.
6,35mm stålhölje rymmer ju inte så stora komponenter.
Nedan bild på 1/4 tums mic med 1/4tums förstärkare och en 1/2tums förstärkare med adapter och 1/4tums mic.

Snyggt!
Ser att den översta har kabeln rakt in i röret. Tål att tänkas på.

Jo, det finns inga 7 poliga kontakter som är så smala, därför är kabeln fast i 1/4 tums mikrofonförstärkare.

I kabeln till mikrofonförstärkaren finns följande "anslutningar" förutom signaljord och jord:
- Matningsspänningar som kan vara mellan +/- 14 volt till +/- 60 volt. Vill man kunna mäta upp till 162dB(SPL) måste matningsspänningen vara +/- 60volt med nämnda B&K4191 mikrofon. Normalt använder man +/- 14Volt för vanliga "hifi- mätningar".
- 200 Volt polarisationsspänning-
- nyttosignal ut från mikrofonen
- Calibration input. Carge Injection Calibration - Genom testsignal kontrollera att mikrofonkapsel/mikrofonförstärkare/kabel håller kalibrerade data.

Minsta LEMO-kontakt är ca 9 mm i diameter och finns på bilden ovan på 1/2 tums förstärkaren. Den är "special" för B&K, standardkontakten är ca 11,5mm i diameter.
Även standardkontakten är ett helvete att löda, bäst att köpa färdiga sladdar som har crimpade kontakter.
Det är lite eklare anslutning på en Panasonic-kapsel......

...och jag som tänkte säga att Panasonic-kapslar är ett elände att löda. Får tänka om där.

Mina mikrofoner har bara signal och jord. Förstärkaren är i andra änden av kabeln men har funderat på att sätta den nära mikrofonen. Dock, mätningar jag gjort kan jag inte sen några större skillnader som motiverar det under 120db. Över 120dB har jag inte testat.

[xmag]

Arbetet med mätlådan går vidare:



Hur dämpmaterialet hålls på plats i locket som kan lyftas rätt upp:

20220919_134235.jpg (120.38 KiB) Visad 1064 gånger

Locket färdigt:

20220919_144141.jpg (85.73 KiB) Visad 1064 gånger

20220919_144156.jpg (99.46 KiB) Visad 1064 gånger

20220919_144206.jpg (138.52 KiB) Visad 1064 gånger

Har börjat med underdelen:

20220919_151257.jpg (91.14 KiB) Visad 1064 gånger

Baffeln som man ser i den runda utskärningen skall dämpas separat med annat dämpmaterial. När man tar bort baffeln skall det dämpmaterialet följa med ut.
Orsaken till att jag gör så är den att jag tänker använda mätlådan också till att mäta högtalarelement. Det ger alltid samma mätförhållanden så att man enkelt kan jämföra element med varandra.
-
-

[xmag]

Fortsatt att jobba idag.




Dämpat undersidan:

20220921_145136 (Copy).jpg (94.53 KiB) Visad 1039 gånger

20220921_145143 (Copy).jpg (118.04 KiB) Visad 1039 gånger

20220921_145149 (Copy).jpg (133.52 KiB) Visad 1039 gånger

Så här mycket skall den öppna:

20220921_152050 (Copy).jpg (83.74 KiB) Visad 1039 gånger

Håller nu på att slipa den:

20220921_152821 (Copy).jpg (78.04 KiB) Visad 1039 gånger

[xmag]

Sätter färg på tillvaron.






Lackad:

20220922_144019.jpg (75.99 KiB) Visad 1028 gånger

Baffeln får en egen färg:

20220922_150738.jpg (65.55 KiB) Visad 1028 gånger

[jansch]

Riktigt elegant låda!

[xmag]

Riktigt elegant låda!

TACK!
Det var mer eller mindre ett krav för att ta in den att den är representativ, dvs har en hög WAF.

[sammel]

Ja den vart snygg, fungerar säker som nattduksbord också

[xmag]

Ja den vart snygg, fungerar säker som nattduksbord också

TACK!
Den är bara lite för hög för nattduksbord, den är 64cm med hjul.
När det visade sig att den är för hög för den plats jag tänkte den skulle stå sade frugan att "ställe den i hörnet i vardagsrummen så kan jag ha den stora vasen på den". Bättre betyg kan jag inte få.

[xmag]

Nu är den inflyttad om någon överraskande nog skulle vara intresserad :

20220924_201917.jpg (134.5 KiB) Visad 976 gånger

[jansch]

Nu är den inflyttad om någon överraskande nog skulle vara intresserad :

20220924_201917.jpg

Även om "låddan" är snygg så är jag mest nyfiken på hur mätningarna ser ut.....

Har du en okorrigerad kurva att visa, d v s hur ser låddans frekvensgång ut?

[jansch]

Nu är den inflyttad om någon överraskande nog skulle vara intresserad :

20220924_201917.jpg

Även om "låddan" är snygg så är jag mest nyfiken på hur mätningarna ser ut.....

Har du en okorrigerad kurva att visa, d v s hur ser låddans frekvensgång ut?

[xmag]

Nu är den inflyttad om någon överraskande nog skulle vara intresserad :

20220924_201917.jpg

Även om "låddan" är snygg så är jag mest nyfiken på hur mätningarna ser ut.....

Har du en okorrigerad kurva att visa, d v s hur ser låddans frekvensgång ut?

Jag är inte klar med bygget ännu. Har haft en del annat som kommit i vägen.
Det som inte är klart är mikrofonbommen, jobbar prexis nu med den. Sedan skall baffelns insida dämpas men innan det skall jag mäta lådans frekvenskurva mäter också efter att baffeln dämpats.
Mätlådan skall också användas för att mäta element med. Det är därför jag gjort så att man enkelt kan byta baffel.
Återkommer snart med mätningar.

[jansch]

Nu är den inflyttad om någon överraskande nog skulle vara intresserad :

20220924_201917.jpg

Även om "låddan" är snygg så är jag mest nyfiken på hur mätningarna ser ut.....

Har du en okorrigerad kurva att visa, d v s hur ser låddans frekvensgång ut?

Jag är inte klar med bygget ännu. Har haft en del annat som kommit i vägen.
Det som inte är klart är mikrofonbommen, jobbar prexis nu med den. Sedan skall baffelns insida dämpas men innan det skall jag mäta lådans frekvenskurva mäter också efter att baffeln dämpats.
Mätlådan skall också användas för att mäta element med. Det är därför jag gjort så att man enkelt kan byta baffel.
Återkommer snart med mätningar.

Mäta högtalarelement, förutom möjligtvis diskanter*, i mätlåddan blir nog omöjligt då lådans kavitet påverkar kraftigt. Frekvensgång och dist gäller då bara för högtalarlådor som motsvarar "mätlåddan" och då INUTI låddan, inte utanför.

* diskanter mäter man dock enklast i större utrymme (hobbyrummet) och med bra gating-teknik.

[xmag]

OK, har mätt lite utan dämpad baffel, utan delningsfilter och utan diskant.


OBS
Lägg märke till att jag graferna har olika frekvensregister och de är anpassade vid 1kHz.


Först bara baselementet utan låda 1cm från membran:

2022-09-26 Pioneer PE50 fritt, 1cm från menbran.png (37.34 KiB) Visad 941 gånger

Baselement med mätlåda-3 (den nya) utan allt:

2022-09-26 Pioneer PE50 utan baffelisolering, utan filter.png (25.88 KiB) Visad 941 gånger

Som ovan fast Impedansen:

2022-09-26 Pioneer PE50 utan baffelisolering, utan filter, IMPEDANS-FAS.png (28.35 KiB) Visad 941 gånger

Baselement med mätlåda-3 (den nya) utan allt (RÖD) och båda elementen i mätlåda-2 (den äldre) med baffeldämpning och diskant med delningsfilter:

2022-09-26 Pioneer PE50 RÖD= Mätlåda-3 utan baffelisolering, Mätlåda-2 med baffelisolering.png (28.97 KiB) Visad 941 gånger

Jämförelse mellan baselement med mätlåda-3 (den nya) utan allt och samma element i trycklåda:

2022-09-26 Pioneer PE50 RÖD= Mätlåda-3 utan baffelisolering, BLÅ= Tryckmätning.png (34.49 KiB) Visad 941 gånger

Den sista mätningen är intressant, de slutar fungera vid exakt samma frekvens!?
f0 (-3dB) ligger vid 14Hz för mätlåda-3. Det innebär att jag vet vad jag kalibrerar. Tidigare föll kurvan så långt ner att jag inte var säker på vad som kalibrerades vid så låga frekvenser. Jag fick också bort de två besvärliga reflexpuckarna vid 160Hz och 400Hz (160Hz var förmodligen en stående våg). Toppen vid 2kHz är en typ-puckel för elementet.

[xmag]

Även om "låddan" är snygg så är jag mest nyfiken på hur mätningarna ser ut.....

Har du en okorrigerad kurva att visa, d v s hur ser låddans frekvensgång ut?

Jag är inte klar med bygget ännu. Har haft en del annat som kommit i vägen.
Det som inte är klart är mikrofonbommen, jobbar prexis nu med den. Sedan skall baffelns insida dämpas men innan det skall jag mäta lådans frekvenskurva mäter också efter att baffeln dämpats.
Mätlådan skall också användas för att mäta element med. Det är därför jag gjort så att man enkelt kan byta baffel.
Återkommer snart med mätningar.

Mäta högtalarelement, förutom möjligtvis diskanter*, i mätlåddan blir nog omöjligt då lådans kavitet påverkar kraftigt. Frekvensgång och dist gäller då bara för högtalarlådor som motsvarar "mätlåddan" och då INUTI låddan, inte utanför.

Jag har sett att de gör så på andra platser och de få mätningar jag gjort tills nu i den nya lådan visar kurvor som är mycket lika de kurvor jag mätt upp på samma element utan låda.

* diskanter mäter man dock enklast i större utrymme (hobbyrummet) och med bra gating-teknik.

Ja, men jag vill ge lådan en ärlig chans att visa om det går. Jag står dock beredd med att mäta i ett 40m2 rum med gating-teknik (som är bra med REW). Jag får då göra hål i en vägg och sätta in diskanten där alternativt en större baffel. Men jag hoppas det går bra med lådan så jag slipper anpassningar osv.

[xmag]

Baffeln är nu dämpad, lägger upp lite annat också.





Återanvänder från den andra lådan. Man låser bommen i ett läge med den:

20220926_200104.jpg (57.81 KiB) Visad 910 gånger

20220926_200113.jpg (56.28 KiB) Visad 910 gånger

Fotat utifrån där baffeln skall sitt:

20220926_214632.jpg (63.19 KiB) Visad 910 gånger

Baffeln utan dämpningen:

20220926_214653.jpg (51.75 KiB) Visad 910 gånger

Första lagret:

20220926_214730.jpg (84.61 KiB) Visad 910 gånger

20220926_214803.jpg (68.08 KiB) Visad 910 gånger

20220926_215050.jpg (80.12 KiB) Visad 910 gånger

Klart:

20220926_215059.jpg (63.78 KiB) Visad 910 gånger

Diskantens baffel skall också dämpas men med helt annat material.
Efter att detta var klart centrerade jag dämpmaterialet bättre. Skruvarna med brickor måste vara synliga eftersom jag använder bulttopparna som distansmätning för mikrofonen.

[xmag]

Har inte varit hemma idag så jag har bara hunnit dämpa baffelväggen:

20220927_200441.jpg (598.37 KiB) Visad 893 gånger

[xmag]

Det som återstår, förutom inmätning mm, är att sätta dit kontakter så att man smidigt kan koppla in den. Jag skall också sätta dit vippströmbrytare så att jag kan koppla från valfritt element.

[xmag]

Nu börjar det stora bli färdigt, nu återstår bara finslipningen.





Kontakter mm:

20220928_171148.jpg (171.69 KiB) Visad 879 gånger

Inkopplad:

20220928_171352.jpg (189.82 KiB) Visad 879 gånger

Nu var det meningen jag skulle mäta en massa gånger men det sket sig, diskanten fungerar inte....

[xmag]

Lagade diskanten.




Tog av plasthöljet (baffel). Spolen sitter limmat på höljet. Det är de där två mikroskopiska trådarna som går ut till lödstöden som gått av på ena sidan. Här är de lödade igen:

20220928_201914.jpg (120.9 KiB) Visad 867 gånger

En lite närmare bild:

20220928_201847.jpg (92.2 KiB) Visad 867 gånger

[xmag]

När jag ändå hade diskanten bort passade jag på att bygga om den (lite var gjort innan):




Originalet har en "fasplugg" som egentligen är ett beröringsskydd:

20220928_205905.jpg (42.16 KiB) Visad 867 gånger

Så här ser det ut utan fasplugg och nerkarvad kant nära menbranet. kanten var nästan 4mm hög. Bytte skruvar till nedsänkta:

20220928_205859.jpg (70.59 KiB) Visad 867 gånger

Original och ombyggd intill varandra:

20220928_205914.jpg (79.98 KiB) Visad 867 gånger

Jag dämpade också diskantens baffel ända ner till membranet:

20220928_211129.jpg (81.49 KiB) Visad 867 gånger

20220928_211131.jpg (108.81 KiB) Visad 867 gånger

Ända fram till membranet:

20220928_211235.jpg (76.51 KiB) Visad 867 gånger

[xmag]

Gjorde några mätningar utan lågpassfilter till baselementet. Man ser på kurvorna att basen stör diskantens frekvenskurva. Alla mätningarna är med dämpad baffel om det inte står något annat.
Lägg märke till att jag inte använder "smoothing" i några av mätningarna. Det är den dämpade lådan som tar bort reflexer effektivt som gör kurvorna som om de var "smoothade"




Bara basen utan filter:

2022-09-28 Bara bas.png (22.54 KiB) Visad 867 gånger

Jämför basen utan baffeldämpning:

2022-09-26 Pioneer PE50 utan baffelisolering, utan filter.png (25.88 KiB) Visad 867 gånger

Bara den ombyggda diskanten med 10uF filter:

2022-09-28 Bara diskant.png (15.49 KiB) Visad 867 gånger

Tillverkarens frekvenskurva med fasplugg. Vet inte hur det är uppmätt:

2.gif (27 KiB) Visad 867 gånger

Både bas och diskant separerade:

2022-09-28 Bas och Diskant - separerat.png (28.49 KiB) Visad 867 gånger

Båda elementen i en mätning. Lägg märke till hur basens övre register stör diskanten:

2022-09-28 Bas och Diskant.png (18.13 KiB) Visad 867 gånger

Distorsion THD för kurvan närmast här ovan:

2022-09-28 Bas och Diskant - THD.png (21.1 KiB) Visad 867 gånger

Låg distorsion för dessa billiga element. Distorsionen vid 2kHz kommer att sänkas med LP-filter.


Det som skall göras härnäst är att lägga in ett LP-filter för basen så att 2kHz puckeln försvinner och att den slutar störa diskanten samt säker distorsionen vid 2kHz..
Den förra lådan dämpade jag bort basens övre register med dämpmaterial. Det skall jag inte göra denna gång för verkningsgraden åker ner en del på det viset.

[xmag]

Testade med en sluten låda baktill, dels för att jämna ut en svacka och en topp och dels för att få den tystare, dvs öka WAF-effekten.




Lådan baktill (ser inte klokt ut) är på 11,33 liter:

20220929_213940.jpg (64.63 KiB) Visad 847 gånger

Ca 10liter fårull som lagts inne i lådan (samma mängd oavsett vilken volym jag mäter vid):

20220929_221615.jpg (79.96 KiB) Visad 847 gånger

Baksidan av påhängslådan har en perfekt passform, jag behöver med andra ord inte täta den. Det är bra det för då slipper jag skruva fast den och kan istället flytta in den i lådan mellan mätningarna och får på det viset en mindre volym:

20220929_221722.jpg (44.74 KiB) Visad 847 gånger

10 liters volym:

20220929_222134.jpg (53.61 KiB) Visad 847 gånger

6 liters volym:

20220929_223108.jpg (48.16 KiB) Visad 847 gånger