Mikrofonförstärkare EMA2301 dubbelström

[RogerGustavsson]

!.65 kOhm verkar vara lågt för en kapsel utan buffertsteg. Har inte kapseln runt 1 kOhm utgångsimpedans?

[jansch]

!.65 kOhm verkar vara lågt för en kapsel utan buffertsteg. Har inte kapseln runt 1 kOhm utgångsimpedans?

Jo, jag tycker det.....framförallt nu efter att jag googlat på spec. Det var väl Panasonic:s wm-61.

Spontant, jag hade nog provat med R5 = 10kohm* och lagt Ri och R7 på sådär 20k** och givetvis anpassat då R6 för lämplig gain.
Anpassat matningen av kapseln till ungefär 9volt, den tål tydligen 10volt.

* Man får ju mäta hur stor andel av matningsspänningen som faller över R5 i "vila". Bör ju troligtvis ligga på 40-60 % av 9volt ( om man nu väljer 9 volt som matning.

** Ri kan nog vara större än 20k, upptill 100k utan att äventyra 0-referensen men man får se upp med brus. Allt handlar ju om hur bra kapseln funkar vid olika belastning.

Lite slöa tankar.......

[xmag]

!.65 kOhm verkar vara lågt för en kapsel utan buffertsteg. Har inte kapseln runt 1 kOhm utgångsimpedans?

Jo, jag tycker det.....framförallt nu efter att jag googlat på spec. Det var väl Panasonic:s wm-61.

Spontant, jag hade nog provat med R5 = 10kohm* och lagt Ri och R7 på sådär 20k** och givetvis anpassat då R6 för lämplig gain.
Anpassat matningen av kapseln till ungefär 9volt, den tål tydligen 10volt.

* Man får ju mäta hur stor andel av matningsspänningen som faller över R5 i "vila". Bör ju troligtvis ligga på 40-60 % av 9volt ( om man nu väljer 9 volt som matning.

** Ri kan nog vara större än 20k, upptill 100k utan att äventyra 0-referensen men man får se upp med brus. Allt handlar ju om hur bra kapseln funkar vid olika belastning.
Jo, Panasonic:s wm-61 är det.

Lite slöa tankar.......

Jo, Panasonic:s wm-61är det.

Om det är slöa tankar hur är de då annars...?
Jag skall snart löda ihop förstärkaren, skall testa och mäta skillnad på alla förslag inte minst detta senaste.

[xmag]

Nu har jag uppdaterat schemat med anteckningar mm:

2023-02-02 0816 Xmag EMA2204-1-schema-v220425.png (36.9 KiB) Visad 1048 gånger

Komponenternas numrering skall ändras men det får vara så här under "utvecklingen".

Anm.
C3 ändrar jag efter jag testat fram lämpligt värde. Tror det får bli en plastkonding då.
Jag fick tipset tidigare att R6 bör vara så låg som möjligt så jag minskade den. Nu är jag tillbaka på tidigare nivå.
Är det ok?

Fördelen med en egen op amp för bias är förutom stabiliteten att huvud-op-ampen (?) inte påverkas av eventuell "motorboating". På den nuvarande mikrofonförstärkaren testade jag att driva med batteri och ett motstånd på 100ohm i serie med batteriet för att få fram "motorboating". Utan op-biaskopplingen såg jag tydligt problemet men med op-biaskopplingen var motorbåten helt borta. Fast med ett riktigt nätaggregat är motorbåt-problemet långt borta men bra att den är skyddad mot sådana problem.


.
.

[Morello]

Återkopplingsnätet kan utan vidare göras om till 1 kohm samt 22 kohm. R9 fyller ingen funktion.

[xmag]

Återkopplingsnätet kan utan vidare göras om till 1 kohm samt 22 kohm. R9 fyller ingen funktion.

Jag hade det tidigare på 82k och 3,3k men ändrade det enligt ett förslag.
R9 skall bort, jag har glömt den.

[Morello]

Men cirka 10 kohm resistans i återkoppling får du ett brustillskott om 13nV/rt(Hz), vilket är mer än vad OP:n bidrar med. Eftersom den valda OP:n är av JFET-typ behöver du inte tänka på att balansera impedansen sett från respektive ingång.

[jansch]

Du får räkna med att mikrofon (kapseln) inkl. förstärkare kommer ha en brusnivå motsvarande ca 40dB (SPL) Lin varav förstärkaren står för någon eller några få dB.

[xmag]

.

[Morello]

För högfrekvens, så är ytmonterat mycket bättre än hålmonterat.

Skillnad på plast och keramisk skulle vara intressant få reda på i detta fall.

//Michael

Keramiska kondensatorer har mycket större spänningskoefficient (C=C(v)), vilket helt saknar relevans om de används som avkoppling.

[xmag]

För högfrekvens, så är ytmonterat mycket bättre än hålmonterat.

Skillnad på plast och keramisk skulle vara intressant få reda på i detta fall.

//Michael

Keramiska kondensatorer har mycket större spänningskoefficient (C=C(v)), vilket helt saknar relevans om de används som avkoppling.

Jag har kopplat in keramiska kondingar på plats C6 och C7 i det testkort jag håller på att bygga, bra eller dåligt?

[xmag]

Nu har jag byggt färdigt testkortet:

20230204_121031.jpg (186.78 KiB) Visad 938 gånger

Jag har också här (precis som med slutsteget) placerat komponenter så nära IC'n som är praktiskt möjligt.



Första frekvens/fasmätning:

2023-02-04 1208 Frekvens-fas första mätningen.png (18.3 KiB) Visad 938 gånger

Första THD-mätningen (normal-nivå in):

2023-02-04 1207 THD första mätningen.png (15.86 KiB) Visad 938 gånger

Ser bra ut redan vid första försöket!
Var lite försiktig så här första gången och använde bara +-7,5 Volt.
.
.

[xmag]

Testade nu med +15v.
THD och frekvensgång är som vid +-7,5v.


THD nära klippning:

2023-02-04 1258 THD Strax innan klippning +-15v.png (13.54 KiB) Visad 934 gånger

[xmag]

Här en mätning när den klipper:

2023-02-04 1308 THD en bit in på klippning +-15v.png (24 KiB) Visad 933 gånger

Översta kurvan är 4:de tonen.

EDIT:
Bytte mätning, den jag visade först var ljudkortet som klippte. Grafen här ovan är nu rätt.

[xmag]

Mätte utnivån från mikrofonen vid ca 90dB 1m från ett högtalarelement och lade på samma nivå från ljudkortet in i mikrofonförstärkaren:

2023-02-04 1333 THD normal mätnivå simulerad mikrofon.png (22.31 KiB) Visad 932 gånger

Jämför med förra versionen och enkelström:

2022-06-18 THD EMA2204 v220429.png (21.69 KiB) Visad 932 gånger

[xmag]

De båda här ovan ihopsatta:
Blå = enkelström
Röd= dubbelström

2023-02-04 1357 THD normal mätnivå jämfört med enkelström.png (21.06 KiB) Visad 931 gånger

Om man vill använda enkelström till denna IC är skillnaden i THD extremt liten.
.
.

[xmag]

Börjar röra på sig:

2023-02-05 2025 3D.png (111.98 KiB) Visad 911 gånger

Nu skall jag försöka höja bias-spänningen till 8-9 Volt.

[xmag]

Har ändrat bias-spänningen nu:

2023-02-02 1257 Xmag EMA2204-1-schema.png (33.98 KiB) Visad 905 gånger

Mellan +-9v och +-15v ligger nu bias stabilt på 8v.
Mellan +-4v och under +-9v varierar bias som strömmatningen minus 1v.
Använder man ett 9v batteri blir således bias (9/2)-1 = 3,5v.
.
.
.

[xmag]

Bruset är svårt att mäta eftersom kablarna som behövs för att kunna mäta tar upp en hel del brus, speciellt under 300Hz.
Jag har här försökt så gott det går att korta av kablar jorda rätt och hålla fingrarna på en jordpunkt för att dämpa brus. Så här blir det då:

2023-05-06 1308 brusgolv.png (50.85 KiB) Visad 896 gånger

Röd linje är -130dB. Den tidigare versionen med enkelström låg på -120dB (blå övre linje). Dubbelström minskar alltså bruset.

.
.

[jansch]

Hur mäter du?

Antar att det bara är förstärkaren.

För att få god kontroll, mät följande:

- med 5- 10 kohm över ingången för att simulera mikrofon utimpedans.
- med kortsluten ingång (byglad). ökar belastningen på mic spänningsmatningen men spelar för mätninen ingen roll.
- med mikrofon ansluten*

Kolla max utspänning för referen (dBFS) borde vara ca 9volt RMS för +/- 15volt matning.

* Svårt att få tyst mätmiljö. Stoppa ner micken i en termos utan att de ligger mot innerväggen. Lägg termosen i täcken/filtar. Du kommer inte att släcka ut låga rekvenser helt men sannolikt kommer du under busgolvet.

[Morello]

Det där säger dessvärre inte så mycket eftersom det inte framgår hur många mätpunkter som ingår i FFT-analysen.

Men givet vald OP och den onödigt stora resistansen i återkopplingen kan du räkna med en ovägd (20 Hz-20 kHz) brusnivå om cirka 40 µVrms (SNR rel 2 V om styva 90 dB) med kortsluten ingång.

Vill även passa på att rekommendera studier av "signaler och system", Anders Svärdström, för en djupare förståelse av signalanalys i allmänhet och FFT i synnerhet.

[xmag]

Sår här ser kretskortet ut nu:

2023-02-06 1350 Kretskort.png (117.48 KiB) Visad 885 gånger

Röda banor ligger på ovansidan och de blå banorna på undersidan av kretskortet.
,
,

[Morello]

Röd linje är -130dB. Den tidigare versionen med enkelström låg på -120dB (blå övre linje). Dubbelström minskar alltså bruset.

.
.

Svar nej, det ekvivalenta ingångsbruset påverkas inte av huruvida matningen är av enkel eller dubbel typ; inte heller påverkas sagda brus nämnvärt av matningens storlek.

[xmag]

Röd linje är -130dB. Den tidigare versionen med enkelström låg på -120dB (blå övre linje). Dubbelström minskar alltså bruset.

.
.

Svar nej, det ekvivalenta ingångsbruset påverkas inte av huruvida matningen är av enkel eller dubbel typ; inte heller påverkas sagda brus nämnvärt av matningens storlek.

Jag drog den (amatörmässiga) slutsatsen därför jag upplevde samma sak med slutsteget också. Men det behöver ju inte vara så. Bruset kan ha minskat av andra orsaker naturligtvis.
Matningens storlek testade jag om det påverkar bruset men, som du nämner, kunde jag inte urskilja någon nämnvärd skillnad.

Hur som helst är jag nöjd med mikrofonförstärkaren nu.

[jansch]

Det där säger dessvärre inte så mycket eftersom det inte framgår hur många mätpunkter som ingår i FFT-analysen.

Men givet vald OP och den onödigt stora resistansen i återkopplingen kan du räkna med en ovägd (20 Hz-20 kHz) brusnivå om cirka 40 µVrms (SNR rel 2 V om styva 90 dB) med kortsluten ingång.

Vill även passa på att rekommendera studier av "signaler och system", Anders Svärdström, för en djupare förståelse av signalanalys i allmänhet och FFT i synnerhet.

Allt handlar ju om vad man har för mål med mätningar.
För Xmag som har ett väldigt tydligt mål, d v s skapa en mätrigg för ljudmätningar där mikrofonkapsel Panasonic WM61 (A) ingår.

Den svaga länken är alltså mikrofokapseln med en dynamik (S/N) på 62 dB "eller bättre"", om dessa 62dB relaterar till 1 Pascal = 94dB SPL framgår inte. Alltså stor osäkerhet vad man kan förvänta sig*. Samma sak med mikrofonens känslighet.

Med nämnda mätmetod får Xmag kontroll över vad som kommer att sätta brusgolvet för mätriggen. Tror du att det inte fungerar??

* Jag är fullt medveten om att mitt förslag med termos inte är "optimalt". Den bästa lösning jag kommit på efter haft trassel med mätmikrofoner för många, många år sedan där inte ens frifältsrum var tillräckligt tysta. Kuriosa: hittade på så sätt ett mikroskopiskt hål i ett membran vars kanter resulterade i sporadiska överslag till "bakplattan" (back plate).

[xmag]

Hur mäter du?

Antar att det bara är förstärkaren.

För att få god kontroll, mät följande:

- med 5- 10 kohm över ingången för att simulera mikrofon utimpedans.
- med kortsluten ingång (byglad). ökar belastningen på mic spänningsmatningen men spelar för mätninen ingen roll.
- med mikrofon ansluten*

Kolla max utspänning för referen (dBFS) borde vara ca 9volt RMS för +/- 15volt matning.

* Svårt att få tyst mätmiljö. Stoppa ner micken i en termos utan att de ligger mot innerväggen. Lägg termosen i täcken/filtar. Du kommer inte att släcka ut låga rekvenser helt men sannolikt kommer du under busgolvet.

Jag mätte bara mikrofonförstärkaren utan signal. Men jag mäter genom USB-ljudkort så en del av det man ser i mätningarna kan härröra från ljudkortet.
Jag använder en potentiometer på 5k på ingången för att justera nivån. Det borde räcka för att simulera kapseln.
Har testat mäta med mikrofonen ansluten men som du säger är det i stort sett omöjligt att få den tyst.
Skall kolla utspänningen!

[xmag]

Det där säger dessvärre inte så mycket eftersom det inte framgår hur många mätpunkter som ingår i FFT-analysen.

Men givet vald OP och den onödigt stora resistansen i återkopplingen kan du räkna med en ovägd (20 Hz-20 kHz) brusnivå om cirka 40 µVrms (SNR rel 2 V om styva 90 dB) med kortsluten ingång.

Vill även passa på att rekommendera studier av "signaler och system", Anders Svärdström, för en djupare förståelse av signalanalys i allmänhet och FFT i synnerhet.

Det står Length: 65k, Averages: 8 och Window: Rectangular.

Jag skall testa med lägre värden i återkopplingen senare också. Jag mäter med simulerad mikrofonkapsel (5k pot) men skall testa kortsluten ingång också.

Tack för tipset med boken!

[xmag]

Nu har jag mätt olika återkopplingsmotståndsatser.
- 1k och 23k
- 10k och 220k

Lägg märke till att bruset under ca 300Hz påverkas av mina maskiner och nätfrekvensen mm. Det kommer att försvinna i den färdiga versionen i plåtlåda.

Så här blev det:

Frekvensgången blev exakt lika med exakt samma nivå.


Bruset med kortsluten ingång och 1k-23k:

2023-02-08 2000 Brus-återkoppling 1k-23k.png (45.62 KiB) Visad 808 gånger

Bruset med kortsluten ingång och 10k-220k:

2023-02-08 2015 Brus-återkoppling 10k-220k.png (45.06 KiB) Visad 808 gånger

De båda här ovan på samma "papper":
Det tunna röda strecket ligger på -13dB. De små skillnader som finns förändras mellan i stort sett varje mätning för båda motståndssatserna. Det är inte helt enkelt att mäta så lågt ner som under -130dB, minsta möjliga skapar störningar.

2023-02-08 2000 Brus-återkoppling 1k-23k och 10k-220k.png (61.42 KiB) Visad 808 gånger

Här mätte jag bruset på ett annat sätt med kortsluten ingång:

2023-02-08 2040 Brus återkoppling 1k-23k och 10k-220k kortsluten ingång.png (27.65 KiB) Visad 808 gånger

Mäter som närmast här ovan men med öppen ingång och mätsignal:

2023-02-08 2042 Brus återkoppling 1k-23k och 10k-220k.png (25.27 KiB) Visad 808 gånger

Tja, vad säger man, "jämt skägg" kanske...
.
.
.

[xmag]

Det är alltså denna återkopplingsslinga jag mätt med olika värden på motstånden (R8 och R7):

2023-02-08 2146 återkopplingsschema.png (7.06 KiB) Visad 806 gånger

[xmag]

För de intresserade mätte jag RTA med denna inställning:

2023-02-08 2153 RTA-inställning.png (7.73 KiB) Visad 806 gånger