Bygge av stereomikrofon medels hörlur

[Spisblinkaren]

Hej!

Jag har ett par fina Scull Candy Full Metal Jacket som har typ 15Hz-20kHz som bandbredd.

Jag har precis limmat dit en 1/4" UNC-mutter på en bräda, denna bräda kan eventuellt min tripod acceptera och på ändarna av denna offerbräda så kommer jag fästa in-ear:lurarna.

Sen är min plan att helt enkelt bara dra trehalvan till min fina Fujitsu laptop's mikrofoningång.

Det enda bekymmer jag har är känsligheten (dvs den volym jag måste ha på stereon för att få acceptabel utnivå) men jag tror faktiskt att den känsligeheten är ganska bra för membranet väger inte speciellt mycket, hade varit värre med en större lur.

Ikväll har jag så epoxy-limmat muttern på en liten bräda som i sitt tidigare liv var en offerbräda för håltagning.

I morgon skall jag lödöre-klämma dit de båda lurarna på vardera kortsida, sen ska jag sätta arrangemanget i min kamera-tripod och försöka skapa en inspelning av mitt fina system som är representabelt, tidigare försök med inbyggda stereomikrofoner hos min fina Nikon har fallerat.

MVH/Roger

[YD1150]

Använder man högtalare som mikrofon så kan man använda en liten trafo för impedansanpassning men det är
förstås lite bökigt och kanske lite dyrare att ha men utnivån blir mer passande.
Undrar om ett gemensam bas-steg (låg Z-in) + emitterföljare då GB har hög Z-ut skulle funka? För att förbättra impedansanpassningen.
Förekom bl.a. i 27MHz handapparater då tillverkarna var snåla och använde högtalaren som högtalare och mikrofon.

[Spisblinkaren]

Berätta mera, din kompetenta rackare

Vad är felet med mitt tänk, till exempel?

Borde jag ha en trafo emellan?

Som säg transfomerar från 16Ohm till vadå, 10k?

Vad är impedansen in på min laptop?

MVH/Roger
PS
Jag tycker mycket om dina kommentarer, alltid så down to topic

[YD1150]

Fel och fel...lämnar bara lite idéer....

Är det mikrofon (antagligen) eller linjeingången du har tänkt att använda?
Enkla billiga elektretmikrofoner med inbyggd JFET-buffer har väl en utimpedans på medelhög nivå, något 1kΩ eller två.
Vad kan line-in ha på ett ljudkort, området 10-50kΩ?

Någon impedansanpassning gör mycket susen för signalnivåerna, mikrofonimpedans på 16ohm gör det betydligt svårare för störningar att ta sig in
då kapacitivt kopplade störningar inte orkar driva någon ström men nivåerna rent spänningsmässigt från mikrofonen blir låga, däremot ger
dina "högtalar-mikrofoner" betydligt mer ström. Så en elektrisk "växellåda" byter hög ström (från mikrofonen) mot hög spänning vid mikrofon eller line-input.

Alltså en trafo eller elektronisk buffertsteg.

Budgetvariant, för att ge "proof of concept": t.ex. en nättrafo från 6V till 220V (ger inte optimal frekvensgång men duger för test!)

[YD1150]

En lös SE-trafo från rörslutsteg baklänges!!

[Spisblinkaren]

Fel och fel...lämnar bara lite idéer....

Är det mikrofon (antagligen) eller linjeingången du har tänkt att använda?
Enkla billiga elektretmikrofoner med inbyggd JFET-buffer har väl en utimpedans på medelhög nivå, något 1kΩ eller två.
Vad kan line-in ha på ett ljudkort, området 10-50kΩ?

Någon impedansanpassning gör mycket susen för signalnivåerna, mikrofonimpedans på 16ohm gör det betydligt svårare för störningar att ta sig in
då kapacitivt kopplade störningar inte orkar driva någon ström men nivåerna rent spänningsmässigt från mikrofonen blir låga, däremot ger
dina "högtalar-mikrofoner" betydligt mer ström. Så en elektrisk "växellåda" byter hög ström (från mikrofonen) mot hög spänning vid mikrofon eller line-input.

Alltså en trafo eller elektronisk buffertsteg.

Budgetvariant, för att ge "proof of concept": t.ex. en nättrafo från 6V till 220V (ger inte optimal frekvensgång men duger för test!)

Tack för ditt inlägg!

Nu till mina skrala elektronikkunskaper....

När nu mina lurar är på 16 Ohm, utan trafo kommer min laptops ingångssteg belastas med 16 Ohm, jag fattar det.

Fast utnivån från mina 16Ohm-lurar blir samma, dvs ut från lurarna är det som kommer in i mikrofoningången på laptop.

Och det är väl det jag vill ha?

Att impedansanpassa, vad betyder det egentligen?

Ett SE ingångssteg har nåt slags motstånd mellan ingång och jord (vanligtvis 1M för mina kära BF245A).

Ingången har alltså hög resistans, luren har låg resistans (måttligt avvikande från begreppet impedans).

En trafo (n>1) ger en sekundär impedans som är större än den primära impedansen (bakkopplad, dvs vi lotsas att hörluren sitter på primären).

Den ger också en större sekundär nivå än den primära nivån.

Så man kan se en trafo som en passiv förstärkare.

Men allt är avhängigt belastningsimpedanser.

Om jag, i mitt fall, förstärker 10ggr (n=10) med min trafo och har den kända primär-impedansen på 16Ohm, då har vi 1k6 på sekundären.

Detta samtidigt som dock signalen är 10ggr större.

Låter ju kalas, men vart går gränsen?

Om mina JFETs har 1M på ingången kan ju signalen teoretiskt förstärkas sqrt(1M/16)=250 gånger.

Så varför gör man inte det

Nej, jag fattar inte så bra

MVH/Roger

[YD1150]

Tänk att din signalkälla avger en viss effekt, det är effekten du vill transportera vidare. JFET-buffern med 1Mohm R-in använder inte den tillgängliga effekten utan bara spänningen. Men en förstärkare med låg (rätt) impedans kan tillgodogöra sig effekten. Om du har en viss effekt vid 16ohm och räknar om samma effekt vid 1Mohm hur mycket högre spänning får du då? Sen är det svårt att linda en trafo för 16ohm till 1Mohm då det blir många varv och linda, med kapacitanser som försämrar frekvensgången.

[Spisblinkaren]

Det här är ett pedagogiskt mycket bra svar och jag tackar för det.

Vad man alltså skall tänka är effekt och inte spänning, eller hur?

Om du har en viss effekt vid 16ohm och räknar om samma effekt vid 1Mohm hur mycket högre spänning får du då?

P=U^2/R

Om P är samma så är

\(U_1^2/R_1=U_2^2/R_2\)

dvs

\(\frac{U_1}{U_2}=\sqrt{\frac{R_1}{R_2}}\)

eller

\(U_1=U_2\sqrt{\frac{R_1}{R_2}}\)

Utspänningen är alltså inkommande spänning gånger roten ur impedansförhållandet, i mitt fall är impedansförhållandet 62500, roten ur detta är 250.

Om jag anpassar min trafo medels 18Ohm:1M så får jag alltså en passiv gain på 250 ggr.

18Ohm är ingen konst att bygga men 1M kräver att dess induktans är XL=1M vid säg 7Hz, det blir en stooooor spole som nog inte ens är praktiskt möjlig att bygga speciellt inte om vi kräver lite HF-respons också vilket innebär smååååå "interwinding"-kapacitanser.

Jag kan tänka mig att en boost på 10ggr (1k6 primärt) funkar men vad jag skall ha den till vet jag inte

MVH/Roger
PS
Det är dags för mig att runda av nu för kvällsvarden är klar, jag har inte riktigt tänkt igenom ovan och ber om ursäkt för det.

[Spisblinkaren]

Jag gillar transformatorer men tydligen fattar jag dom inte (riktigt).

Jag har dock designat utgånstransformatorer på ringkärna vars ritning Toroid International (aka Noratel) tacksamt tillverkade trafosarna efter, men kraven jag hade kom från Williamson och hans specifikationer av en utgångstrafo från 1947.

Jag kan alltså bara den biten, sätt mig på ett annat scenario och jag kan tydligen inte så mycket.

Idag har jag dock tänkt att säg att datorns ingångsresistans är 1MOhm men att vi terminerar "sekundären" med 1k, säg sen för enkelhets skull att luren/mikrofonen är på 20 Ohm, nåt jag tror gäller här är att drivande lur visserligen är på 20 Ohm MEN när man matchar sekundär och primär så blir matchningsmotståndet också 20 Ohm (varvid man tappar 6dB), en theveninsk källa (luren) på 20Ohm i serie med en "bakåtreflekterad" impedans tvärs över primärlindningen på 20 Ohm ger faktiskt att netto drivimpenans (mha Norton) blir 10 Ohm.

Så då har vi 10 Ohm in och en passiv förstärkning på 10ggr.

XL hos sekundären måste då vara 10Ohm vid lägsta frekvens, jag brukar sätta 7Hz för HiFi.

Så vid 7Hz måste induktansens reaktans vara minst 10Ohm, detta ger L=230mH.

Efersom reaktansen följer varvtalsförhållande på samma sätt som impedansen (n^2) så kommer den primära reaktansen stämma automatiskt.

I vårat exempel med 1k sekundärt så är n=10 och impedanstransformeringen n^2=100 med då alltså 1kOhm sekundärt.

I detta fall vinner vi alltså 20dB gain, men vinner vi nåt mer?

MVH/Roger
PS
Fast rent strikt vinner vi väl bara 14 dB gain?

[Spisblinkaren]

Jag har ikväll fått byggt klart mina in-ear:mikrofoner modell Scull Candy, de sitter på vardera sida om en brädbit nu som jag skruvat fast i tripod.

Jag testade precis att AC-mäta output när hörlurarna var nån dm bara från högtalaren på rätt hög volym.

DVM:en rörsde sig inte det minsta från 1mV

Sen knackade jag lite försiktigt på fronten av aktuell hörlur men absolut ingenting syntes på DVM.

Så här verkar det behövas krafttag vad gäller förstärkning för jag ger inte upp, mina lurar ÄR mycket bra mikrofoner, frågan är bara hur mycket gain dom behöver.

Jag lurar lite på att bygga två KMA_D till och boosta runt 100ggr (SE dock) men jag vet inte.

Idag var jag annars på Tele-Hå och frågade om MC-tafo men dom hade ingen samtidigt som 20dB förmodligen är för lite.

Knepigt att DVM (med en upplösning på 1mV) inte reagerade alls när jag knackade på luren, nån liten reaktion hade jag förväntat mig.

Suger känsligheten apa, eller?

MVH/Roger

[opampen]

Det är bättre att du mäter med scopet istället för DVM.

Dom flesta hörlurar brukar ha 8-600 ohm impedans. Men den här 16 ohm vad jag förstår!

För att få ut någon signal så måste den förstärkas. Men om du hade mätt med scopet hade du säkert sett lite?

Du undrar hur mycket "gain" lurarna behöver? Det är bättre att vända på frågan, hur mycket förstärkning behöver den signalkälla som du ska ansluta lurarna till? Du vill ansluta till datorn linje ingång. Tror att den är ligger runt 1-10k Ohm men signalen måste förstärkas upp ca. 100 ggn.

Här behöver du alltså en impedans omvandlare! Det betyder helt enkelt att genom en op, transistorsteg eller en trafo omvandlar 16 ohm till en högre imp.

Det bästa lösningen är att antingen göra en två stegs lösning med transistorer eller en op. Du behöver ingen trafo här!

Förslag är att du använder ett GC steg som ingångssteg eftersom det har hög ingångsimpedans (50-100 k Ohm) och därför inte belastar hörluren (mikrofonen) lika mycket. Utgången har låg impedans, den kopplar du till ett andra steg som är ett GE steg som har ca. 1 kohm-5 kOhm utgångsimpedans som du i sin tur kopplar till ingången till datorn.

Typiska värden på komponenter GC-steg: R1=100 kOhm, R2=100 kOhm, Re=1kOhm. GE-steget: R1=25-30 kOhm, R2= 5-7 kOhm, Rc= 2,5 kOhm., Re= 600 Ohm.

Du kan självfallet använda en op. Du har väl Walter ljung:s "Op-amp Cook Book" ? Ta en titt där ser du att det finns massor av fina exempel som passar in här! Du behöver ju inte "planka" av det om du inte vill men om inte annat som inspiration!

[Spisblinkaren]

Tack opampen för ditt långa och intressanta inlägg!

Idag har jag skåp-mätt mina mic-lurar.

Utsignalen är patetisk, typiskt 0,2mV vid "digg-volym" (för övrigt maxvolym från skivpelardelen) på högtalarna och 2dm ifrån.

Gissar att mitt ljudkort behöver c.a 100mV för att kunna styras ut, då behöver jag förstärka 500ggr.

Jag har ett kort som jag låtit tillverka i Kina (KMA-D) som är en BF245A-bestyckad kaskad-förstärkare (SE), den har jag använt ett par gånger och gain på 100 tror jag inte ska vara några problem (eventuellt biaserar man om trissorna).

Min tanke nu är att bygga två kort (har typ 8 kvar, saknar bara komponenter liksom ) och in i nån (metall)-låda.

Bifogar lite roliga bilder (skåpet står på 1mV/DIV)

MVH/Roger
PS
Jag älskar ditt engagemang med att att tom tala om vilka värden jag skulle använda, ett tag fattade jag dock inte för jag förstod att GC är "gemensam kollektor" (dvs emitterföljare) men fattade inte R1 och R2 förrän efter ett tag då jag tror mig bliva att förstå att de var bias-motstånd.

[YD1150]

Jag skulle testa med ett GB-steg då den är lågohmig på ingången som passar till mikrofonen. En trafo har fördelen att den inte alstrar brus. Men du kan prova en rörutgångstrafo baklänges för att testa impedansanpassning.

[Spisblinkaren]

Tack för ditt tips YD1150!

Men dom där OPT-trafosarna jag har är så ju så klumpiga, vill inte använda dom

Vet inte om jag skrev det men igår var jag på Tele-Hå och frågande om MC-trafos, dom hade inga fast även om dom hade haft det så tycker jag en faktor tio känns för lite.

Mina OPT förstärker 35ggr, intressant och tacksamt ändå att du nämner det.

Även om dom är klumpiga kan man alltid testa

Även rör är ju klumpiga...

MVH/Roger

[YD1150]

Sen kan man om man vill kika i databladet till en lågfrekvenstransistor, vilken kollektorström (IC) som ger lägsta brus
med en viss given källimpedans, men det förutsätter att det är ett "seriöst" datablad där det står angivet för det gör det inte alltid.

Men som ett exempel, en Japansk "NPN" 2SC1345 som jag har laborerat med lite tidigare:

2SC1345.jpg

I bilden till höger (gäller vid 1kHz!) så får du t.ex. lågt brus om IC=300μA och källimpedansen Rg (din hörlur) är 2kΩ, eller 100μA och Rg på 5kΩ
Du ser linjen 1dB, så länge du är innanför så ska det vara rätt bra förutsättningar att få lågt brus på ett ingångssteg som en mikrofonförstärkare t.ex.

Är ju intressant att "fiffla" med olika värden, och så är det diskreta komponenter också.