IngOehman skrev:En mätmikrofon som är så stor att den stör ljudfältet (=de flesta) i diskantområdet, ger typiskt inte en oroligare tonkurva utan en jämnare, förutsatt att den siktar på ljudkällan vill säga.
Interferenserna från rumsljud blir svagare.
I ett ekofritt rum blir skillnaden typ noll (om eq stämmer för använd riktning). Trots att mikrofonen stör ljudfältet så är det en störning vars fasförskjutning är väsentligt mindre än en våglängd inom audioområdet. Så inga kamfiltereffekter från störningen av ljudfältet uppstår (såsom från t ex mikrofonhållare).
Vh, iö
Jo.
Kurvan blir oroligare i diskanten.
IÖ, jag kommer göra en lite djupare beskrivning av vad som händer när ”mikrofoner stör sig själva”, (kanske lite fel ordval). Jag gör inte detta för att ”skriva dej på näsan” med basal mikrofonteori utan för att kanske flera på Faktiskt.io vill fördjupa sig ”mätmikrofonteori”. Ett ganska udda ämne där det inte är helt lätt att hitta djupinformation på nätet. Ett ämne som har engagerat mej i över 40 år.
Jag förklarar nedan varför, lite förenklat varför diskanten blir ”orolig”.
Jag kan faktiskt inte tänka mej att någon av de etablerade tillverkaren uppvisar något annat. Jag har visserligen bara erfarenhet av GRAS och Bruel&Kjaer när det gäller
kalibrerade mikrofoners frekvensgång.
Jag har totalt 7st kalibrerade B&K frifälts mikrofoner (1st 1tum, 4st 1/2tum och 2st 1/4tum av olika typer). Alla är ”spikraka” förutom i diskanten.
För att det skall bli begripligt blir det lite ”basic” här och var. Om det blir större diskussion om detta kommer jag skapa ny tråd då det börjar bli of topic.
Förutsättningarna är:
• Frifältsmikrofon
• Infallande ljud ”on axis”, plan vågfront
• Frifältsmiljö
”Störningarna” kommer sig av reflektion och diffraktion när våglängden blir lika eller blir mindre än diametern. Jag anser inte det är en form av kamfiltereffekt.
Man måste först och främst skilja på 2 huvudtyper av mikrofoner:
- Frifältsmikrofoner. Används primärt för att mäta direktljud, t.ex. i ett ”ekofritt” rum. Ett ”ekofritt” rum simulerar frifält, alltså som om inga begränsningsytor fanns och inget ljud kan reflekteras. Jag föredrar att kalla det för frifältsrum då det inte har mycket att göra med eko.
- Tryckfältsmikrofoner. Mätning i små kaviteter eller ”ljudtrycket” på plana ytor. Mikrofonen är då en del av kavitetens begränsningsytor/ytan
- Man brukar också tala om en 3:e variant ”diffusfältsmikrofoner” men detta är egentligen en frifältsmikrofon med bra rundtagningskarakteristik (omni).
Mätmikrofoner för högtalare och rumsakustik är nästan undantagslöst av typ frifältsmikrofoner. Möjligen har man på senare tid (sådär senaste 5-8 åren) börjat nyttja ”diffusfältsmikrofoner” för rumsakustik.
Följande gäller då för frifältsmikrofonerLite förenklat.
Hela iden och principen för en frifältsmikrofon är att den skall mäta utan att störa ljudfältet.
Tyvärr har mikrofonen en viss diameter och när våglängden börjar bli mindre än mikrofonens diameter kommer inte ljudet att kunna ”smita förbi” mikrofonen längre utan diffraktion och reflektion uppstår som helt naturligt då ger ett högre ljudtryck mot membranet än det verkliga ljudtrycket. Mikrofonen får en ökad känslighet i diskanten.
Viktigt! Mikrofonen skall ju mäta ljudtrycket som om den inte fanns men helt plötsligt blir mikrofonen ”för stor”, som en fördämning i ett vattenfall. (Dålig liknelse - i brist på fantasi)
Detta kompenseras genom att konstruera mikrofonen så att frekvenskurvan faller i motsvarande grad.
Se första bilden på hur mikrofonmembranets uppfattade ljudtryck ökar beroende på diameter. Notera att dessa kurvor inte är ”ungefär” utan specifika och gäller för alla Bruel&Kjaers mikrofoner om dom följer ISO/IEC standarder för diametern.
- IMG_0941.JPG (90.12 KiB) Visad 5172 gånger
För att kompensera för denna ”diskantstegring” gör man bl.a. följande:
- dämpar mikrofonen (membranresonansen) hårt. Resonansfrekvensen ligger nästan alltid över det användbara området eller åtminstone i kanten av övre registret. (Se t.ex. mikrofon B&K4191 nedan).
- Skapar en kavitet mellan membran och mikrofongaller (grid:en)
- Utformar mikrofongallret så att dämpning sker. Gallret ser banalt ut men är väldigt sofistikerat.
- Som en ”bonus” får man samtidigt från gallret att mikrofonens omnipolära egenskaper normalt förbättras.
Nu kommer en liten ”avvikelse” som är viktig för förståelsen.När man KALIBRERAR mätmikrofoner använder man en ACTUATOR. D v s ett galler i en hylsa som placeras nära mikrofonmembranet och tillsammans med mikrofonmembranet bildar en kondensator. Man lägger på en signalspänning på gallret, sveper över frekvensbandet och registrerar mikrofonens output.
Nu kommer grejen!!
Man registrerar/mäter alltså mikrofonens elektriska och mekaniska egenskaper MEN INTE DE AKUSTISKA EGENSKAPERNA som beror på mikrofonens fysiska mått, gallrets och kavitetens utformning etc!
Jag vet att många TROR att man måste rigga upp speciella högtalare, referensmikrofoner, kompressorer och annat skräp i ett frifältsrum för at kunna kalibrera en mätmikrofon.(men det gör man inte)
Det enda man måste göra är att sätta sig vid kontorsbordet, trycka på en actuator på mic:en, prata på som vanligt (men inte för högt) och mäta under knappt 10 sekunder!.
Den där mätningen i frifältsrum gör man i princip EN GÅNG för mikrofontypen och den är extremt jobbig och kräver manveckor för en ny mikrofontyp och en extrem noggrannhet.
RESULTATET, av denna enda mätning, som man är ute efter är SKILLNADEN mellan actuatormätningen och frifältsrumskalibreringen. Denna skillnad används sedan för att få fram alla mikrofonens verkliga frekvensgång av just den typen.
Alltså man mäter actuatorresponsen och adderar till den uppmätta skillnaden som en kompensering och erhåller frekvenskurvan med en noggrannhet på +/- 0,1 dB.
Hur kan det bli någon större noggrannhet om man gör på det sättet? Jo, om toleransen på de fysiska måtten är höga inom varje mikrofontyp kommer kompensationskurvan gälla för ALLA mikrofoner av den typ som tillverkas. Och – Bruel&Kjaer är ruggigt bra på att mäta/tillverka med 1/10.000 dels millimeters precision.
Titta nu på bilden med mitt bifogade kalibreringsunderlag för B&K 4191 och B&K 4190. Dessa 2 mikrofontyper är ”standard” världen över för bl.a. högtalartillverkare.
Ni ser actuatormätningen som faller i diskanten och ni ser den riktiga frekvensgången ”on axis”. Skillnaden mellan dessa är det som en gång, med stor möda, mättes upp i Bruel&kjaers frifältsrum (ekofria rum).
Ni kan också då konstatera att det är det är mikrofonens i huvudsak ”akustiska” egenskaper/fysiska mått som skapar den lite oroliga frekvensgången i diskanten.
Actuatorn, som endast mäter elektriska/mekaniska egenskaperna har en lite lugnare frekvensgång.
Det går att läsa ut mer av dessa kurvor men det kan vi ta vid senare tillfälle.
- IMG_0944.JPG (85.51 KiB) Visad 5172 gånger
En liten ”kul grej” – när man mäter frekvensgång på en mätmikrofon med ljud använder man ibland en mikrofon som ljudkälla! Man kör alltså en mikrofon ”baklänges” och då måste man kompensera för den stigande frekvensgången – man matar ju ljudkällan (mikrofonen) med frekvenser UNDER resonansfrekvensen.
SLUTSATS
Mätmikrofoner för frifält har en extremt rak frekvensgång tills mikrofonen börjar ”störa” ljudfältet och man måste kompensera för ”störningarna”. När man börjar kompensera akustiskt är det inte ens lätt för världens mest meriterade mätmikrofontillverkare att få en helt ”lugn” diskantkurva.
Kommentarer
Jag nämner tryckfältsmikrofoner i början av mitt inlägg och då kan man ju undra varför när resten handlar om frifältsmikrofoner…
Jo, tryckfältmikrofoner har inte samma problembild som frifältsmikrofoner som egentligen inte borde finnas i mätpunkten! Alltså vara så små att dom inte ”stör”.
En tryckfältsmikrofons membran skall ju vara en del av den kavitet man mäter i. Detta medför att den enda ”störning” som akustiskt kan ske är membranets eftergivlighet.
Som konsekvens av detta är uppmätt actuatorkurva i princip samma som mikrofonens frekvensgång för en tryckfältsmikrofon.
Nödvändig kompensation är liten och kan ofta bortses ifrån.
Till sist ett intressant konstaterande – 1/4tum tryckfältsmikrofoner kan ofta användas för frifältsmätningar också utan någon större onoggrannhet för mätningar inom audio. Varför kan man fråga sig…..