Jump to content

Усиление сигнала с балансного пьезодатчика


Recommended Posts

Добрый день.
Занимаюсь изготовлением акустических музыкальных инструментов -- гусли, арфы, мелодические ударные; до гитар пока не добрался, но шансы есть.
Соответственно, остро стоит вопрос подзвучки -- желательно, чтобы качественно и недорого. Опыт в электронике минимальный (могу собрать несложное устройство по схеме), но вот взялся исследовать вопрос с изготовлением пьезодатчиков...

Собрал балансный датчик из двух пьезоизлучателей звука: соединил их последовательно, склеил друг с другом и сделал отвод от точки склейки. Уровень сигнала получился более чем достаточный; звук передаёт, по моему впечатлению, вполне точно (при условии коррекции АЧХ). При подключении на вход пульта 5-метровым шнуром уровень наводок едва превышает уровень собственного шума пульта. Но -- стандартная проблема: из-за малой внутренней ёмкости датчика завал в нижней части спектра. Пассивный RC-фильтр помогает, но, конечно, это не есть решение задачи.

IMG_2020-05-06_001402.thumb.jpg.698ee8719b06514e22387ca3b698b7a3.jpg IMG_2020-05-06_001555.thumb.jpg.8da04e1211608a1d99ae1e2dadec2e8c.jpg IMG_2020-05-06_001507.thumb.jpg.52a5dac9ca83b547d2b389278716b3f9.jpg

Изучая опыт старших товарищей, нашёл простую до гениальности схему предусилителя, описанную @Falconist (ссылка).
Но эта схема предназначена для работы с одиночным пьезоэлементом, а мне не хочется отказываться от двойного, т.к. это позволяет размещать усилитель в корпусе инструмента на некотором расстоянии от датчика. Однако, моей квалификации категорически не хватает, чтобы модифицировать схему -- сохранить принцип её работы и простоту, но добавить второй канал усиления в противофазу к первому. Прошу помощи специалистов!

Кроме того, вопрос. Может быть существуют способы согласования таких датчиков с низкоомными входами пультов без использования активной электроники? Как уже говорилось, помехозащищённость получилась вроде бы совсем неплохая, осталось "выпрямить" гиперболу в АЧХ. Или такое  в принципе невозможно?

Link to comment
Share on other sites

Пульт фантомным питанием хоть снабжен? А то все советы будут до лампочки.

1044118761_.GIF.38f93cf5ecdeb5fea77abceeedf64127.GIF

Возможно, датчики придется склеить по другому.

Я не раздаю рыбу. Я раздаю удочки.

ПРОСТОТА - ХУЖЕ ВОРОВСТВА!!!

Link to comment
Share on other sites

Снабжён, разумеется.
То, что Вы предлагаете -- это другое решение. За него -- спасибо отдельное, непременно соберу и опробую.
Но всё-таки хотелось бы балансный вариант вот этой схемы, с питанием от батарейки.
Дело в том, что музыканты не всегда имеют под рукой пульт и сеть на 220В, а в комбик, работающий от аккумулятора, XLR не втыкается, как правило.
1300861875_3V.gif.7b9b7ce7d6277c514388b81355b1869e.gif

Edited by czaerlag
Link to comment
Share on other sites

Приглашаем на вебинар «Источники питания MEAN WELL для промавтоматики и серверного оборудования в новых условиях» (02.06.2022)

Приглашаем всех желающих на вебинар, посвященный линейке продукции MEAN WELL для промышленной автоматизации и оборудования, систем охраны, серверного, телекоммуникационного оборудования и базовых станций 4G/5G. 

На вебинаре мы также рассмотрим продукцию компании MEAN WELL, которая может заменить часть источников питания от производителей, в данный момент ушедших с российского рынка, разберем, на что нужно обращать внимание при подборе той или иной замены, и какими особенностями обладает продукция MW для различных приложений. Подробнее>>

Нет в данной схеме никакого баланса и быть не может. Она с "плавающим" питанием. А две половинки разорванной купюры целую не составят.

 

Я не раздаю рыбу. Я раздаю удочки.

ПРОСТОТА - ХУЖЕ ВОРОВСТВА!!!

Link to comment
Share on other sites

LDD-H-DA – понижающие DC/DC LED драйверы с управлением по DALI от MEAN WELL

Представляем семейство понижающих LED драйверов постоянного тока LDD-H с диммингом по протоколу DALI. Эта серия преобразователей LDD-H-DA выпускается на стандартные значения выходного тока: 350, 700, 1050, 1400 мА, обладает широким диапазоном входного напряжения 6…50 В и работает при температуре от -40 до 85°С.

Подробнее>>

Именно так, два датчика для помехозащищённости -- наклеенные друг на друга и, таким образом, выдающие на выход приблизительно одинаковые кривые в противофазе. А выход усилителя как раз нужен монофонический, небалансный.

Link to comment
Share on other sites

Материалы вебинара: Возможности компании Mornsun в меняющихся условиях рынка. Источники питания для широкого спектра приложений

На вебинаре были представлены линейка компонентов для электропитания и интерфейсные модули. Мы рассмотрели популярные группы изолированных и неизолированных (PoL) DC/DC-преобразователей последних поколений, новые компактные модульные источники питания, устанавливаемые на печатную плату (открытые и корпусированные), источники питания, монтируемые как на шасси (в кожухе и открытые), так и на DIN-рейку.

Подробнее>>

"Масло масляное". Если выход небалансный, то глубоко пофиг, сколько датчиков на входе.

Весь цимес двух датчиков - именно в приведенной мною выше схеме, когда синфазная помеха "рубится" на корню и остается только противофазный сигнал по кабелю хоть 100-метровой длины.

Я не раздаю рыбу. Я раздаю удочки.

ПРОСТОТА - ХУЖЕ ВОРОВСТВА!!!

Link to comment
Share on other sites

Выбираем специализированные источники питания MEAN WELL для промышленных устройств

К источникам питания для промышленных систем и оборудования предъявляются особые требования. Необходима долговременная работа без остановки на профилактику, снижение шумовой нагрузки на персонал и эксплуатационных расходов на обслуживание, обеспечение бесперебойной работы и надежного старта оборудования. Для решения подобных задач в номенклатуре MEAN WELL имеются ИП серии UHP с кондуктивным охлаждением и HRP/N, способные выдерживать перегрузку в 2,5 раза. 

Подробнее>>

Вы говорите о кабеле от инструмента к пульту. А есть ещё кабель внутри инструмента -- от датчика к предусилителю. Если предусилитель ещё можно расположить непосредственно на датчике, то уж батарейный отсек -- никак нельзя, и тогда возникает опасность наводок на шину питания. Это, к сожалению, реальная проблема: прикасаешься к струнам, или даже водишь рукой над декой инструмента -- и очень слышно, как система фонит на разные лады, в зависимости от положения руки.

Небалансный выход, если там амплитуда хотя бы в полвольта, -- уже имеет огромный смысл: наводки по сравнению с сигналом достаточно малы. А вот от датчика к предусилителю -- милливольты, и там нужен балансный сигнал.

Edited by czaerlag
Link to comment
Share on other sites

Вот именно поэтому от данной схемы я и отказался и разработал ту, что описана у меня в блоге. Она вообще не требует своего собственного питания. Кабель к пульту - и всё. Образец записи в блоге гитары приаттачен.

Я где-то с полгода назад одному человеку почти закончил делать десяток таких звукоснимателей, но он куда-то исчез и они так и валяются у меня в загашниках, не законченные.

Я не раздаю рыбу. Я раздаю удочки.

ПРОСТОТА - ХУЖЕ ВОРОВСТВА!!!

Link to comment
Share on other sites

Либо -- эту проблему решает балансный датчик. Он демонстрирует хорошую помехозащищённость даже вообще без предусиления. Единственный вопрос -- как выровнять АЧХ. Можно и совсем без предусилителя, если для этой цели в принципе возможно применить какую-нибудь пассивную схему.

Edited by czaerlag
Link to comment
Share on other sites

Пассивную - вряд ли. Будет дробовый шум от высокоомного резистора.

Дерзайте...

P.S. И я резко сомневаюсь, что Ваш датчик истинно дифференциальный. Скорее всего, работает на неконгруэнтности АЧХ датчиков, когда бОльшая часть действительно синфазного сигнала взаимно уничтожается. Потому и завал АЧХ по низам наблюдается.

Я не раздаю рыбу. Я раздаю удочки.

ПРОСТОТА - ХУЖЕ ВОРОВСТВА!!!

Link to comment
Share on other sites

Хорошо, ещё раз большое спасибо.
Верно я понимаю, что BC847B можно заменить на КТ3102Б?
Нет ни умений, ни инструментов для сборки SMD-компонентов.

Link to comment
Share on other sites

8 минут назад, Falconist сказал:

десяток таких звукоснимателей... валяются у меня в загашниках, не законченные

Никаких мыслей не возникает по этому поводу?

Я не раздаю рыбу. Я раздаю удочки.

ПРОСТОТА - ХУЖЕ ВОРОВСТВА!!!

Link to comment
Share on other sites

6 минут назад, Falconist сказал:

И я резко сомневаюсь, что Ваш датчик истинно дифференциальный

У меня нет средств это понять, кроме ушей, к сожалению. Но я пробовал слушать его, отключая по одной фазе. На мой субъективный слух, характер звука полностью (или почти полностью) сохраняется, а громкость уменьшается как раз примерно вдвое. Т.е., наверняка он НЕ истинно дифференциальный (всё-таки, два кристалла имеют немного разное положение и по-разному колеблются, да и наверняка они не идентичны по свойствам), но -- довольно близко к тому.
 

3 минуты назад, Falconist сказал:

Никаких мыслей не возникает по этому поводу?

Возникает только одна: спросить, сколько Вы за них хотите. Сами излучатели у меня в достатке, а вот несколько собранных SMD-плат я с удовольствием приобрёл бы. Но этот вопрос будет иметь смысл в тот момент, когда у меня появится заказ на инструмент с подзвучкой. Будем работать в этом направлении... :)

Link to comment
Share on other sites

  • 2 weeks later...

Собрал на КТ3102Б, поставил на свою гитару.
Работает прекрасно! Уровень наводок минимальный; звук мне субъективно нравится даже больше, чем тот, что долетает до ушей по воздуху.
Проблема с коэффициентом усиления: он слишком велик для балансного датчика. Придётся менять на КТ3102А -- думаю, так будет как раз в меру.

Снова -- большое спасибо! :)

IMG_2020-05-17_102411.jpg IMG_2020-05-17_102441.jpg IMG_2020-05-17_111214.jpg

Edited by czaerlag
Link to comment
Share on other sites

Не будет. Коэффициент усиления транзисторов и самой СХЕМЫ между собой не связаны. В коллекторах резисторы стоят?

Я тут срочно завершил испытательный усилитель с фантомом: https://forum.cxem.net/index.php?/topic/217124-наши-руки-не-для-скуки-в-самоизоляции/&do=findComment&comment=3341384

Апробирую и настрою платки - вышлю.

Я не раздаю рыбу. Я раздаю удочки.

ПРОСТОТА - ХУЖЕ ВОРОВСТВА!!!

Link to comment
Share on other sites

Более эффективно увеличение номинала эмиттерного резистора. Но тоже без фанатизма.

Я не раздаю рыбу. Я раздаю удочки.

ПРОСТОТА - ХУЖЕ ВОРОВСТВА!!!

Link to comment
Share on other sites

В итоге получилось R1 = 27 кОм. Оно и понятно, поскольку амплитуда со сдвоенного датчика вдвое больше.
236611283_2.gif.579f8de52dc15cc05ab18825c8ecc8e6.gif

IMG_2020-05-17_102411.thumb.jpg.f26e9cb8a764e27ac60d53cb683ece59.jpg IMG_2020-05-17_102441.thumb.jpg.a6a3526b3d1959188b020a4276de0c39.jpg

А вот пример звука. Записывал одновременно с датчика и с микрофона Shure SM58 через многоканальный пульт M-Audio NRV-10, поэтому различий в исполнении быть не может. Звук никак не обрабатывал, только отрегулировал уровень -- с микрофона даже с максимальным усилением получается заметно тише.

Балансный пьезодатчик.mp3

Микрофон Shure SM58.mp3

Link to comment
Share on other sites

  • 1 month later...
08.05.2020 в 21:23, Falconist сказал:

Нет в данной схеме никакого баланса и быть не может. Она с "плавающим" питанием. А две половинки разорванной купюры целую не составят.

Это дифференциальный усилитель. Да, не канонический. В этой схеме Кус дифференциального сигнала (=полезного сигнала) достаточно большой, а Кус синфазного сигнала (по сути, наводок /помех) = 1. Поэтому, ослабление синфазного сигнала равно Кус. А это и есть то основное свойство, ради которого и затевалось балансное соединение в музыкальной /студийной аппаратуре. Поэтому, в смысле подавления (точнее, не усиления) синф. сигнала, эту схему можно назвать балансным усилителем. Разумеется, существуют диф усилители с Кус_синф_сигнала значительно меньше 1, но при такой простоте схемы лучшего и не пожелать.

Но основное не это, а то, что обе эти схемы малопригодны для правильной тембральной передачи. Дело в том, что пьезодатчик - это чистая ёмкость, навскидку - 1 нФ (сильно зависит от размеров, типа и т.п.). Теперь представьте эквивалентную схему: генератор сигнала -- делитель: верхнее плечо - ёмкость, нижнее - низкое входное сопротивление каскада на биполярном транзисторе. А т.к. ёмкостное сопротивление (верхнее плечо делителя) растёт с понижением частоты, то получается частотно-зависимый делитель сигнала датчика. Как результат, чем ниже частота, тем слабее сигнал - нехватка НЧ. Это первое.

Второе. Пьезодатчик на звуковых частотах имеет очень высокий импеданс (см. зависимость ёмк. сопротивления от частоты), а это означает, что биполярный вход будет генерировать большой шум. Причина в том, что БТ имеют большой шумовой ток, который, протекая по высокому R источника сигнала, создаёт большое напряжение шума.

Мораль проста: для пьезодатчика требуется входной каскад на полевом транзисторе. Во-первых, у него громадное входное R, а во-вторых, у него мизерный ток шума.

Edited by Zawinul
Link to comment
Share on other sites

2 часа назад, Zawinul сказал:

навскидку - 1 нФ...

...шиш к носу. По замерам - 20 (пьезопищалка)...

1044189907_.jpg.afc1454f8d228a1363a9deab781afb5f.jpg

...60 нФ (половинка ЗП-1).

Цитата

Одни люди поют, что знают. Другие - знают, что поют.
(© проф. В.Я.Фищенко)

 

Я не раздаю рыбу. Я раздаю удочки.

ПРОСТОТА - ХУЖЕ ВОРОВСТВА!!!

Link to comment
Share on other sites

2 часа назад, Zawinul сказал:

обе эти схемы малопригодны для правильной тембральной передачи

По итогам экспериментов -- увы, это так.
Схема на КТ315 с 4-мя резисторами даёт неприемлемую АЧХ: верхняя часть спектра задрана до неприличия, низов -- почти нет. Дифференциальная схема заметно лучше -- её уже возможно скорректировать эквалайзером и получить нечто приличное, но она тоже выдаёт весьма характерный "пьезовый" звук. А вот на полевом транзисторе мне пока ничего путного сделать не удалось. Продолжаю работать и, скорее всего, буду просить помощи зала. Собственная квалификация плещется около нуля... :(

P.S. Экспериментировал пока только с китайскими пьезопищалками диаметром 35 мм. ЗП-1 только что купил -- вполне возможно, они покажут несколько иной результат. Но вряд ли принципиально иной :) 

P.P.S. А вот усилитель, описанный [здесь], оказался хорош на диво. Кривая АЧХ входного каскада пьезодатчика отлично микшируется с горбатой АЧХ электретного микрофона, и вместе они подают большие надежды! )) Осталось только довести до ума -- чем и занимаюсь...

Edited by czaerlag
Link to comment
Share on other sites

1 час назад, Falconist сказал:

...шиш к носу. По замерам - 20 (пьезопищалка)...

И что? Тут дело в характере импеданса. Посмотрите ёмкостное R [в звуковой полосе] своего пьезика и сравните с R_вх усилителя. Прикиньте неравномерность АЧХ - помните, я писал о f-зависимом делителе? Для тембрально ровной передачи необходимо, чтобы импеданс датчика был на пол-порядка... на порядок меньше R_вх  усилителя, что в данном случае вообще не выполняется.  Читайте, ТС написал то, что я и предсказывал:

Цитата

По итогам экспериментов -- увы, это так.
Схема на КТ315 с 4-мя резисторами даёт неприемлемую АЧХ: верхняя часть спектра задрана до неприличия, низов -- почти нет. Дифференциальная схема заметно лучше -- её уже возможно скорректировать эквалайзером и получить нечто приличное, но она тоже выдаёт весьма характерный "пьезовый" звук.

Ещё раз: с пьезиками лучше работают полевые тр-ры. Плюс, в данном случае, шум будет меньше. Можете почитать ХиХ, там исчерпывающая информация о том, с какими источниками что лучше выбрать для получения лучшего С/Ш - БТ или ПТ. В данном применении БТ - это или от бедности, или от "валяются в тумбочке, понавыпаивал дофига", а других резонов нет.

Цитата

А вот на полевом транзисторе мне пока ничего путного сделать не удалось. Продолжаю работать и, скорее всего, буду просить помощи зала. Собственная квалификация плещется около нуля...

Поможем, не проблема. Надумаете делать, напишите какие ПТ у вас есть, напр. питания, R_нагрузки (во что включать будете).

Edited by Zawinul
Link to comment
Share on other sites

20.06.2020 в 23:09, Zawinul сказал:

Поможем, не проблема.

Благодарю за доброе пожелание -- кажется, оно сработало ))
Входной каскад на полевике удалось сделать, и он выдаёт очень правильный тембр.
Тем не менее, остаётся кучка вопросов -- если прокомментируете [эту тему], будет огромное спасибо!

Link to comment
Share on other sites

  • 4 weeks later...

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...
 Share

  • Recently Browsing   0 members

    • No registered users viewing this page.
×
×
  • Create New...