(Mikrofon) preamp tasarımları neden opamp kazancını maksimum 60 dB ile sınırlama eğilimindedir?

15

Birçok profesyonel kayıt kalitesinde mikrofon preamp'ına baktığımda, bir opamp (ayrık veya IC) kullanan her tasarımın opamp tarafından sağlanan kazancı maksimum 60dB ile sınırladığını fark ettim. Çoğu preamp, 70db veya 80dB'ye ulaşmak için başka bir aşama (transformatör (ler) veya başka bir opamp) kullanırken, neden oraya ulaşmak için sadece ilk opamp'ı kullanmadıklarını merak ediyorum. Anladığım kadarıyla, bazı avantajlar olacaktır:

voltaj artışı arttıkça daha iyi sinyal-gürültü oranı,
daha basit ses yolu,
daha az parça ve maliyet.

60dB üzerindeki opamp kararlılığıyla bir ilgisi var mı?

İşte tipik bir şema. R12 kazancı 40.1dB ile sınırlar. Bu formülleri kullanıyorum:

A = 1 + (R_{f b} / R_{i n})

$A = 1 + (R_{fb}/R_{in})$

g a i n_{d B} = 20 * l o g (A)

$gain_{dB} = 20 * log(A)$

THAT-Corp tarafından yapılan eksiksiz mikrofon preamp IC'lerinin de maksimum 60dB kazanç elde ettiğini fark ettim.

operational-amplifier audio gain

— MeatBallRagu
kaynak

3

60dB (1000V / V) 'nin bu uygulama için yeterli kazanç olduğunu düşündünüz mü? 70dB = 3162V / V. 80dB = 10kV / V. Kullanıcılar, preamp'larından bu kadar kazanç elde etmeye ihtiyaç duymazlar.

— vofa

GBW sorununa ek olarak, gerçek opamplerin sadece ~ 100dB kazanç sağladığını ve olumsuz geri bildirim için biraz tutmanız gerektiğini düşünmeniz gerekir.

— user207421

Sadece "standart" 60 dB kazanç yerine 70 veya 80 dB kazanç sağlayan bir ön amplifikatöre bağlantı sağlayabilir misiniz?

— Andy aka

Bu tutkulu konuyu daha iyi anlamama yardımcı olacak yeni bir okuma yolu açan bu aydınlatıcı cevaplar için TEŞEKKÜR EDERİZ. Bu forumu seviyorum!

— MeatBallRagu

3

@ vofa: Kaynağından 2 feet daha uzakta düşük çıkışlı şerit mikrofonlar (Coles 4038 gibi) kullanıyorum ve günlük olarak 60dB'den (ön panellerdeki işarete göre) daha fazla kazanç sağlıyorum.

— MeatBallRagu

25

Kazanç / Bant genişliği ürünü, 60dB'de (1.000 kez) belki 50KHz bant genişliği istiyorsunuz, bu yüzden 50MHz civarında bir yere ihtiyacınız var, kazanç / bant genişliği ürünü (Ve daha fazlası HF bozulmasını azaltacaktır) ... 80dB olun ve şimdi 500MHz GBP'ye ihtiyacınız var. DC yakınında düşük gürültü istiyorsanız (ve düşük kazançta istikrar sağlamak için gerçekten kötü haberler alıyor).

Ayrıca, gürültünün ilk 20 veya 30dB kazancı olan sahnenin gürültüsü tarafından domine edildiğini düşünün (matematik yapın), şeyleri bölmek için söylenecek çok şey var, böylece ilk belki 30dB kazancı düşük düşük Z kaynakları ve düşük 1 / F gürültü için tasarlanmış gürültü aşaması, şimdi sadece birkaç MHz GBP'ye ihtiyaç duyuyor ve garip kaynak empedansıyla bile stabilize edilmesi kolay olacak. Sonra geri kalanını ikinci bir aşamada yapın (gürültünün daha az önemli olduğu ve bilinen bir kaynak empedansına sahip olduğunuz).

Diğer zor şey, bir düğme kazanım kontrolü için mantıklı olan kontrol yasalarının giderek daha zor hale gelmesidir, klasik bir enstrümantasyon aşaması, birkaç ohmdan belki birkaç k ohm'a kadar değişen bir kazanç ayar direncine sahiptir. sadece 3 büyüklük sırası, ters bir günlük pot yapmak daha zor aralığı yapmak çok zor.

— Dan Mills
kaynak

Bir video opamp (hatta 50MHz GBP hakkında konuşuyoruz) dışında bir mikrofon amplifikatör inşa etmek istiyorum şüpheliyim :)

— rackandboneman

Doğru filtreleme genellikle bilinen kaynak empedans özelliklerini gerektirir, ancak birçok çeşit amplifikatör ekipmanı nispeten keyfi kaynak empedansıyla çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bir sinyal, filtrelenmesi gereken önemli bileşenler içeriyorsa, ana amacı bilinmeyen bir empedans sinyalini bilinen bir empedans sinyaline dönüştürmek olan bir amplifikatör aşamasıyla başlamak gerekebilir. Bir kişinin bu aşamada yönetebileceği herhangi bir kazanç, devrenin geri kalanını gürültüye karşı daha az duyarlı hale getirecektir, ancak filtrelenmemiş sinyallerin işlenmesi fazladan boşluk gerektirebilir.

— supercat

13

GBW ( kazanç-bant genişliği ürünü) ) nedenle tek bir aşama iyi performansla imkansızdır. Sadece bant genişliğinde gıcırdamak yeterli değildir, aynı zamanda bozulmayı azaltmak ve düz tepki ile doğru reprodüksiyon elde etmek için yeterli kazanç elde etmek de yeterli değildir (yaklaşık 10kHz'den daha fazla olan bozulma insan işitme için önemsiz olsa da). Tabii ki her zaman daha makul bir kazanç ile birkaç aşamaya sahip olabilirsiniz. Bant genişliğinin -3dB noktası ile tanımlandığını unutmayın (çıkış geçiş bandının kenarında yarı güce düşecektir) ve bu da audiophile standartlarına göre tamamen düz değildir.

$\text{nV}/\sqrt {\text {Hz}}$

Şerit mikrofonlar gibi çok düşük voltajlı kaynaklar da düşük empedans olma eğiliminde olduğundan, bu iyi bir değiş tokuştur.

Oldukça yüksek drenaj akımında çalışan birden fazla JFET gibi ayrıcalıkları kullanarak son derece düşük gürültü performansı elde etmenin başka yöntemleri de vardır. Bu, gürültüyü, ideal olarak JFET sayısının kare kökü ile azaltabilir, ancak giriş kapasitansı paralel olarak JFET sayısıyla orantılıdır, bu nedenle kötü etki iyileştirmeden daha hızlı artar.

— Spehro Pefhany
kaynak

8

Neden (mikrofonlar) preamp tasarımları opamp kazancını maksimum 60 dB ile sınırlama eğilimindedir?

Mikrofonların ve diğer ses cihazlarının ürettiği tüm ürün yelpazesinin iyi bir genel resmi: -

Resim buradan alınır .

Görüldüğü gibi bir stüdyo mikrofonu (türe bağlı olarak) -60 dBm (600 ohm'a göre 0 dBm = 0,775 volt) ile -20 dBm arasında bir dizi çıkış üretebilir. Bu, 1 kHz'de 1 paskal standart giriş basıncı seviyesi içindir.

Hat giriş seviyeleri tipik olarak yaklaşık 0 dBm'dir, bu nedenle tipik bir mikrofon ön amplifikatörü 20 dB ila 60 dB'lik bir kazanç aralığına sahiptir.

— Andy aka
kaynak

8

Birçok op amp devresi, sonsuz kazanç op amp dahil olmak üzere ideal bileşenler kullanılarak inşa edilirse bilinen bir sonlu kazanç sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Uygulamada, bu tür devreler her zaman ideal olmayan bileşenlerle inşa edilecek ve davranışları ideal bileşenlerden kaynaklanacakla tam olarak eşleşmeyecektir. Çok temel bir amplifikatör düşünün:

şematik

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

İdeal bileşenler kullanıldığında, kazanç (R1 + R2) / R2 olacaktır; Ben buna "nominal kazanç" diyeceğim. Gerçek bir devrede, bir op amp sabit bir açık döngü kazancına sahipse, kazanç 1 / (R2 / (R1 + R2) + 1 / opAmpGain) olacaktır. Op amp'in açık döngü kazancı (R1 + R2) / R2'den çok daha büyükse, 1 / opAmpGain R2 / (R1 + R2) 'ye göre çok küçük olacaktır ve kesin değeri önemli olmayacaktır. çok. Ayrıca, açık döngü kazancı, frekans veya - hatta daha kötüsü - giriş voltajı gibi faktörlere bağlı olarak değişse bile, devre için maksimum ve minimum kazanç nispeten yakın olacaktır. Örneğin, açık döngü kazancı 500x ile 1000000X arasında değişebiliyorsa, devrenin net kazancı yaklaşık 9.8x ila 10x arasında değişecektir. Bazı kullanımlar için ideal olabileceğinden daha fazla varyasyon, ancak yine de oldukça küçük.

R1, 99K olarak değiştirilirse (nominal kazancı 10x'den 100x'e değiştirerek), devrenin op amp'in gerçek kazancına duyarlılığı on kattan fazla artar. Op amp'in gerçek kazancındaki aynı varyasyon, devrenin net kazancının yaklaşık 83x ila 100x arasında değişmesine neden olur - çok daha büyük bir varyasyon. Bunun yerine biri aşağıda gösterilen devreyi (10x kazanç için) ikinci bir kopya ile kademelendirecek olsaydı, elde edilen devre yaklaşık 96x ila 100x arasında değişebilen bir kazanıma sahip olurdu. Bu devrenin bir kopyasını kullanırkenkinden daha büyük bir nispi belirsizlik derecesi, ancak bir aşamada 100x kazanç elde etmeye çalışırken çok daha küçük.

60dB'lik bir kazanç 1000: 1'lik bir voltaj kazancı gerektirecektir. Ses frekanslarında 1000: 1 nominal kazanç pratik yapmak için yeterince açık döngü kazancı olan bir op amp, biraz daha düşük özelliklere sahip iki op amperden daha ucuz olsa da, bu kadar yüksek kazançlarda iyi çalışacak op amperlere uygundur. çok daha pahalı olacak. Bir miktar kazançta, iki daha ucuz amfi kullanmak, daha yüksek kazançta iyi çalışmak için yeterli kalitede bir amfi kullanmaktan daha pratik olacaktır.

— SuperCat
kaynak

6

60 dB mikrofondan 1 mV'nin 1 V çıkışı olduğu anlamına gelir. Bu, bir mikrofonu yükseltmek ve "hat seviyesi" girişine beslemek istediğiniz maksimum değerle ilgilidir. Çoğu mikrofon, normal ses seviyeleri için birkaç mV çıkış üretir.

— Olin Lathrop
kaynak

4

FTR, stüdyo kondenser mikrofonları sadece bu kadar seviyesi sunar çünkü zaten sabit kazançlı bir ilk preamp aşamasına sahiptirler (genellikle basit bir ayrık A sınıfı olduğuna inanıyorum). Ve bu kısmen gereklidir, çünkü ayrı mikrofon preampları genellikle kapsülden gelen ham sinyal ile yapmak için yeterli kazanca sahip değildir. Yani “daha fazla kazanç elde etmek gerekli değil” diye gerçekten tartışamazsınız - evet, bu gerekli! Sadece farklı bir noktada elde edilir. Ve bazı mikrofonlar, özellikle de birçok şerit, böyle bir aktif aşamaya sahip değildir ve bu nedenle, preamptan> 60 dB kazanç gerektirir.

— leftaroundabout

Çoğu stüdyo kondenserinde devre hakkında @leftaroundabout önemli voltaj kazancı SAĞLAMAZ, bu tamamen kablo kapasitesini iyi sağlamadığı için kapsül çıkışının aptalca yüksek empedansını tamponlamakla ilgilidir (düşük frekansta Giga ohm'u düşünün). Makul önyargıya sahip bir kapsül, 10s mV'yi oldukça mutlu bir şekilde çıkarır, sadece çok yüksek empedansta yapar. Bir bakıma bu, küçük bir çıktıya sahip ancak çok düşük kaynak empedansına sahip bir şeridin zıt problemidir, ön uç tasarımları açıkça çok farklıdır ....

— Dan Mills

@DanMills: haklısınız, empedans ayırımı bu devrelerin daha önemli özelliğidir. Ama sonra tekrar, aynı zamanda bir kapasitif kaynak söyleyebiliriz olabilir gayet kablo kapasitesi ile yaşamak: Kablo yalnızca seviyesini azaltma, ama (yüksek farklı olarak endüktif çok frekans yanıtı değişmez mesela gitar manyetikler empedans). Bu nedenle, olumsuz etkiler olmadan keyfi bir kazanım olsaydı, herhangi bir fantom gücü olmadan elektret kondansatör mikrofonlarını da çalıştırabiliriz. Sadece “bu kadar kazanca ihtiyacımız yok” iddiası tek başına ayakta kalmıyor ; biz her zaman olabilir kullanmak daha kazanç.

— leftaroundabout

5

Kazanç-bant genişliği ürünü ile ilgili diğer mükemmel cevaplara ek olarak, başka bir sorun daha var. Çok fazla kazançla, giriş op amperi giriş ofset voltajı nedeniyle doyabilir. Birçok mikser panosu, ilk kazanç aşaması için 5532 op amp'i kullanır. Tipik bir 0.5mV ofset voltajına sahiptir, ancak sıcaklık üzerinde 5mV kadar yüksek olabilir. 60dB kazanç ile, 5mV giriş ofseti çıkışta 5V DC ofseti haline gelir. 5532 ayrıca 10MHz tipik kazanç-bant genişliği ürününe sahiptir, bu nedenle 60dB kazançta bant genişliği en fazla 10kHz'dir.

Çok fazla kazanç olduğunda, çok fazla gürültü olma eğilimi de vardır. Bir preamptan sonra, daha fazla kazanç elde etmek için düşük geçişli aktif filtre kullanmayı ve ayrıca yüksek frekanslı preamp çıkış gürültüsünü filtrelemeyi seviyorum. Linkwitz Laboratuarı'ndaki iyi aktif filtre tasarım önerileriyle öğrendiğim OPA2134 op amp'i kullanıyorum . Maksimum frekans düşük olmadıkça, tek bir aşamada 60dB'den daha az kazanç elde ederim. İki 40dB kademe daha iyi olurdu.

— Tom Anderson
kaynak

Teşekkürler Tom. Güzel bir ek. Alçak geçiren filtre -3dB noktasını hangi frekansta ayarlıyorsunuz?

— MeatBallRagu

3dB noktası uygulamaya bağlıdır ve herhangi bir yerde olabilir. Ses projelerim için genellikle 10kHz veya daha düşüktür, çünkü kullandığım kaynakların çoğu bunun üzerinde yararlı sinyaller vermez. En son projem muhtemelen 1kHz veya daha az olacaktır, çünkü temelin 30Hz ila 70Hz civarında bir yerde olduğu çok düşük bir frekans kaynağı içindir.

— Tom Anderson

Teşekkürler Tom. Sadece merak ediyorum: 1KHz üzerinde hiçbir şey olmayan o ses kaynağı nedir? Synthesizer?

— MeatBallRagu

1

@MeatBallRagu Proje, canlı amplifikasyon ve sinek kuşlarının uçuş seslerini dinlemek. Kaç harmoniğin gerekli olduğundan emin değilim, ancak temel sadece 70Hz'e kadar. Bas-çalar kulaklarıma, ikinci harmonik en yüksek ses gibi geliyor. Bu kurulumu daha önce yaptım, ama şimdi arka bahçemde takılı bırakabileceğim göze batmayan bir tane istiyorum. Artık daha sessiz pencerelerim var ve umarım kulaklık yerine büyük hoparlörleri dinleyebilmeyi umuyorum.

— Tom Anderson