Zaloguj się
Wszystkie
22 marca 2024
652
Praca samodzielna
Wokoder mógłby wykorzystywać tylko jeden stopień odwracającego wzmacniacza operacyjnego jako przedwzmacniacza mikrofonowego, tak jak w konstrukcjach Korga i Rolanda. Odkryłem jednak, że użycie najwyższej jakości zewnętrznych przedwzmacniaczy i korektorów z wokoderami dało lepsze rezultaty. Jest zatem szansa, że mój projekt można przekształcić w pełnoprawną, samodzielną jednostkę porównywalną z tymi kosztującymi setki funtów.
Impedancja wejściowa i szum
Mikrofony wymagają dedykowanych wzmacniaczy, ponieważ ich sygnał wyjściowy często wynosi tylko kilka mV przy impedancji wyjściowej od około 25 Ω do 600 Ω. To znaczy, że standardowe obwody wzmacniaczy są narażone na dodatkowe szumy, ponieważ są dostosowane do optymalnej impedancji źródła (OSI) zapewniającej minimalny poziom szumu, która jest zazwyczaj znacznie wyższa niż impedancja wyjściowa mikrofonu. Dla wzmacniacza operacyjnego 5534, OSI wynosi około 5 kΩ, co oznacza, że należy zastosować specjalne sztuczki, aby zmniejszyć efektywne OSI.
Analiza pełnego szumu układów wzmacniających jest złożona. Występuje również szum migotania, szum śrutowy, szum wybuchowy, szum kontaktowy, efekty zanieczyszczeń, termiczne prądy upływowe i defekty kryształów. Nie mamy tu miejsca, aby omówić je wszystkie, ale zobacz: http://bit.ly/pe-may21-noise.
Najstarszą metodą dopasowania niskiej impedancji do wyższej jest zastosowanie transformatora podwyższającego napięcie między mikrofonem a wzmacniaczem. Wielu inżynierów studyjnych nadal uważa to rozwiązanie za najlepiej brzmiące podejście. Naturalnie istnieją problemy związane z transformatorami: mają one opadającą charakterystykę częstotliwościową w skrajnych obszarach, odbierają przydźwięki, wprowadzają zniekształcenia na niskich częstotliwościach i kosztują około 60 funtów.
Najbardziej opłacalną metodą (tj. bez użycia transformatora) zmniejszenia efektywnego OSI jest zastosowanie pary tranzystorów bipolarnych o niskiej rezystancji rozproszonej (Rbb), pracujących przy stosunkowo wysokim prądzie kolektora, po których następują wzmacniacze operacyjne.
Wymagana jest niska rezystancja, ponieważ wszystkie rezystancje powodują szum Johnsona w wyniku termicznego przemieszczania się elektronów. Im wyższa rezystancja, tym większy szum (można to zmniejszyć, chłodząc elektronikę ciekłym helem!). Zakładając jednak, że nie interesujemy się elektroniką astronomiczną i jej astronomicznymi kosztami, ezoteryczną kriogenikę pozostawimy Jodrell Bank. Najlepiej jest po prostu przestrzegać podstawowych zasad audio dotyczących projektowania niskoszumowego, „utrzymywać wszystkie rezystory i impedancje na jak najniższych wartościach” oraz „w pierwszym stopniu wzmacniać tyle, ile jest możliwe”.
Dzięki temu powstający szum nie jest później wzmacniany.
Mikrofon (lub dowolne źródło) dodaje własny szum. Mikrofony charakteryzują się szumem Johnsona oraz szumem wytwarzanym przez ruchy Browna cząsteczek powietrza na membranie.
Celem konstruktora jest, aby szum wzmacniacza był co najmniej równy szumowi własnemu źródła. Wtedy szum wzrośnie tylko o 3 dB.
Wszystkie mikrofony pojemnościowe mają wewnętrzny wzmacniacz, który często jest dominującym źródłem szumu elektrycznego w tego typu urządzeniach. Niektóre mikrofony dynamiczne (elektromagnetyczne), np. wybrany przez amerykańskiego nadawcę mikrofon Electro Voice RE20 z impedancją wyjściową 150 Ω wymaga szczególnie dobrego przedwzmacniacza. Mój projekt ma optymalną impedancję źródła około 200 Ω, ale rzeczywista impedancja wejściowa wynosi około 10 kΩ, aby zmniejszyć obciążenie. Dzięki temu mój przedwzmacniacz jest bardzo tani (5 funtów) i nawet stereofoniczny mikrofon dynamiczny Sony F-99A brzmiał dobrze, pomimo tego, że zawsze był stłumiony i zaszumiony. Musiałem odciąć kabel z wtyczką mono jack F-99A i podłączyć go ponownie, aby zapewnić pracę symetryczną złącza XLR.
Elementy
Aby zachować spójność, tranzystory wejściowe przedwzmacniacza mikrofonowego muszą być wyselekcjonowane pod kątem niskiego poziomu szumów. Większość firm audio używa specjalnie wykonanych ekranowanych komór, przeznaczonych do testowania tranzystorów i wzmacniaczy operacyjnych. Kiedy w latach 80. pracowałem w branży konsolet mikserskich, sortowano elementy pod kątem poziomu generowanego szumu. Bardziej szumiące wykorzystywano w korekcji basów i sterownikach LED. Te naprawdę złe były wykorzystywane w syntezatorowych generatorach szumu.
Rozstrzał poziomu szumów w segregowanych elementach był bardzo szeroki. Istnieje możliwość zakupu selekcjonowanych, komponentów o niskim poziomie szumów, ale za to płacisz. W nowoczesnych komponentach poziom szumów jest z reguły bardziej powtarzalny.
Tranzystory
Tranzystory o niskim Rbb są trudne do znalezienia, ponieważ jest to parametr prawie nigdy nie wyszczególniany w kartach katalogowych i trudny do zmierzenia. Przewidziano go tylko dla takich elementów, jak przestarzałe tranzystory produkcji Rohm i Toshiby, typu 2SB737 z Rbb=2 Ω, wykonane specjalnie dla przedwzmacniaczy do gramofonów z wkładką z ruchomą cewką. Obecnie kwitnie branża sprzedająca podróbki z Hongkongu w serwisie eBay i tak, mam szufladę pełną tych bezużytecznych tranzystorów. Wielu inżynierów wybiera swoje ulubione tranzystory o niskim poziomie szumów spośród elementów ogólnodostępnych. Przez lata jednym z popularnych typów był 2N4403, który miał Rbb wynoszący 40 Ω. Pierwszy w Europie tranzystor o niskim poziomie szumów, BC109, ma rezystancję 400 Ω. Horowitz i Hill, autorzy The Art of Electronics zmierzyli mnóstwo tranzystorów i ich wyborem do przedwzmacniacza mikrofonu wstęgowego (urządzenie o najniższej impedancji w audio) był Ferranti/Zetex/Little Diode ZTX751, który miał 1,7 Ω.
Inną metodą jest połączenie równoległe wielu małych tranzystorów, co jest sztuczką stosowaną w przedwzmacniaczach Ortofon. Inne popularne typy to tranzystory mocy BD139/40 z Rbb 30 Ω i typy TO5, takie jak BC461 i BC143 z Rbb 20 Ω. Używam Philipsa BFW16A, tranzystora RF średniej mocy, który ze względu na swoją splecioną strukturę faktycznie składa się z wielu małych tranzystorów połączonych równolegle, co zmniejsza rezystancję Rbb. Znalezienie nadwyżki w ilości 200 sztuk również miało wpływ na decyzję o ich wykorzystaniu.
Tranzystory PNP są czasami nieco cichsze (również mają niższe Rbb) niż komplementarne typy NPN. John Linsley-Hood powiedział, że było to spowodowane niższym szumem generowanym na powierzchni kryształu w wyniku rekombinacji dziur i elektronów. Nie zamierzam zagłębiać się w fizykę, która za tym stoi, ale stwierdziłem, że różnica jest raczej subtelna w praktyce. Na płytce drukowanej zapewnię możliwość odwrócenia polaryzacji, w razie potrzeby poprzez zworki do różnych szyn zasilających. Tranzystory o najniższym poziomie szumów to tranzystory JFET, które nie mają szumów podziału (gdzie następuje oddzielenie prądu bazowego od prądu kolektora).
Klasycznym przykładem jest 2SK170, prawdziwie niskoszumny tranzystor FET, który oczywiście już nie jest produkowany. Istnieją zamienniki firmy InterFET, które kosztują fortunę. Ogólnie rzecz biorąc, im większy prąd tym elementy działają przy niższym OSI i niższym poziomie szumu aż do optymalnego punktu, specyficznego dla danego typu. Często jest to zaznaczone na specjalnym wykresie współczynnika szumu. Współczynnik szumu to różnica w dB pomiędzy teoretycznym szumem Johnsona a szumem rzeczywistym.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
