Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta elektrotechnická Ladislav Zuzjak

Západoˇceská univerzita v Plzni Fakulta elektrotechnická

Diplomová práce

2012

Ladislav Zuzjak

Západoˇceská univerzita v Plzni Fakulta elektrotechnická

Konstrukce v´ıcekanálového mikrofonn´ıho pˇredzesilovaˇce Ladislav Zuzjak

ˇ Skolitel: Ing. Oldˇrich Tureˇcek, Ph.D. Katedra elektroenergetiky a ekologie

Plzeˇn 2012

Anotace V této diplomové práci je popsána u ´prava zapojen´ı a konstrukce vstupn´ıch obvod˚ u pˇredzesilovaˇce ADA8000, kter´ y b´ yvá pouˇz´ıván v ozvuˇcovac´ı technice, aby byl vyuˇziteln´ y i pro akustická mˇeˇren´ı. To zároveˇ n umoˇzn ˇuje vyuˇz´ıt pro specifická akustická mˇeˇren´ı i mikrofony pouˇz´ıvané v ozvuˇcovac´ı technice.

Kl´ıˇ cov´ a slova mˇeˇr´ıc´ı mikrofon, ADAT, ADA8000, pˇredzesilovaˇc

Abstract This thesis describes the modification and new design of the input of the preamplifier ADA8000, which is often used in sound technology also for acoustic measurements. This modification enables to use the microphones used in sound technology also for acoustic measurements.

Keywords measuring microphone, ADAT, ADA8000, preamplifier

Prohl´ aˇ sen´ı Pˇredkládám t´ımto k posouzen´ı a obhajobˇe diplomovou práci zpracovanou na závˇer magisterského studia na Fakultˇe elektrotechnické Západoˇceské univerzity v Plzni.

Prohlaˇsuji, ˇze jsem tuto diplomovou práci vypracoval samostatnˇe s pouˇzit´ım odborné literatury a pramen˚ u uveden´ ych v seznamu, kter´ y je souˇca´st´ı této diplomové práce.

V Plzni dne 7. kvˇetna 2012 Ladislav Zuzjak

Podˇ ekov´ an´ı Rád bych t´ımto podˇekoval vedouc´ımu své diplomové práce panu Ing. Oldˇrichu Tureˇckovi, Ph.D. za poskytnut´ı rad, literatury a za odborné veden´ı celé práce.

Obsah ´ 1 Uvod

1

2 Souˇ casn´ y stav problematiky

2

2.1

Vyuˇzit´ı mikrofon˚ u pouˇz´ıvan´ ych v ozvuˇcovac´ı technice pro akustická mˇeˇren´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2.1.1

Mikrofony nahrazuj´ıc´ı klasické mˇeˇr´ıc´ı mikrofony . . . . . . . .

3

2.1.2

Mikrofony klopové – miniaturn´ı . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

2.1.3

Mikrofony pouˇz´ıvané pro akustická mˇeˇren´ı v profesionáln´ı praxi 13

3 Konstrukce v´ıcekan´ alov´ eho mikrofonn´ıho pˇ redzesilovaˇ ce

15

3.1

Mˇeˇr´ıc´ı ˇretˇezec pro mˇeˇren´ı v dozvukové komoˇre . . . . . . . . . . . . .

15

3.2

V´ ybˇer vhodného pˇredzesilovaˇce pro mˇeˇren´ı . . . . . . . . . . . . . . .

16

3.3

Sn´ıˇzen´ı harmonického zkreslen´ı pˇredzesilovaˇce . . . . . . . . . . . . .

17

3.4

Návrh nové vstupn´ı ˇcásti pˇredzesilovaˇce ADA8000 . . . . . . . . . . .

20

3.5

Pˇredzesilovaˇc ADA8000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

3.5.1

. . . . . . . . . .

23

Mechanické ˇreˇsen´ı pˇredzesilovaˇce ADA8000 . . . . . . . . . . . . . . .

26

3.6.1

Deska ploˇsn´ ych spoj˚ u pro novˇe navrˇzen´ y pˇredzesilovaˇc . . . .

26

3.6.2

Celkové mechanické ˇreˇsen´ı nového pˇredzesilovaˇce . . . . . . . .

27

Realizace prototypu pˇredzesilovaˇce . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

3.7.1

29

3.6

3.7

A/D pˇrevodn´ık pro pˇredzesilovaˇc ADA8000

Namˇeˇrené parametry prototypu pˇredzesilovaˇce . . . . . . . . .

4 Z´ avˇ er

32

Seznam pˇ r´ıloh

33

Pouˇ zit´ a literatura

37

Seznam pouˇ zit´ ych zkratek SPL

–

Sound Pressure Level

DPS

–

Deska Ploˇsn´ ych Spoj˚ u

PXX

–

Fantomové napájen´ı mikrofon˚ u o hodnotˇe XX volt˚ u

dBA

–

Decibel váˇzen´ y pomoc´ı A–filtru

dBFS

–

Decibel relativn´ı k plnému rozsahu, udávan´ y v digitáln´ıch systémech

dBu

–

Decibel relativn´ı k vztaˇzené u ´rovni 0,775 V

A/D

– Analogovˇe Digitáln´ı

D/A

– Digitálnˇe Analogov´ y

ADAT

– Alesis Digital Audio Tape – digitáln´ı audio rozhran´ı

S/PDIF

– Sony Philips Digital InterFace – digitáln´ı audio rozhran´ı

AES/EBU

– Audio Engineering Society/European Broadcasting Union – digitáln´ı audio rozhran´ı

SW

– SoftWare – programové vybaven´ı

LED

– Light Emitting Diode – svˇetlo vyzaˇruj´ıc´ı dioda

THD+N

– Total Harmonic Distortion plus Noise – celkové harmonické zkreslen´ı s ˇsumem

PET

– PolyEthylen Tereftalát

´ 1 UVOD

1

´ Uvod

V technice pouˇz´ıvané pro akustická mˇeˇren´ı se v ˇradˇe pˇr´ıpad˚ u vyuˇz´ıvaj´ı m´ısto mˇeˇric´ıch mikrofon˚ u netradiˇcnˇe i mikrofony pouˇz´ıvané v ozvuˇcovac´ı technice. Oproti profesionáln´ım mˇeˇr´ıc´ım mikrofon˚ um maj´ı mikrofony pouˇz´ıvané v profesionáln´ı zvukové technice obvykle pˇr´ıznivˇejˇs´ı cenu pˇri znaˇcné mechanické odolnosti. Omezen´ı b´ yvá obvykle v nˇekter´ ych parametrech, pˇredevˇs´ım v linearitˇe frekvenˇcn´ı charakteristiky, v niˇzˇs´ım dynamickém rozsahu, pˇr´ıpadnˇe v nestandardn´ıch rozmˇerech, coˇz vˇsak v ˇradˇe pˇr´ıpad˚ u nemus´ı b´ yt na závadu. Speciáln´ım pˇr´ıpadem mˇeˇr´ıc´ı metody v akustice je mˇeˇren´ı doby dozvuku v dozvukové komoˇre, která se vyuˇz´ıvá napˇr´ıklad pro stanoven´ı ˇcinitele zvukové pohltivosti ˇ bude akustick´ ych materiál˚ u. Dozvuková komora akustick´ ych laboratoˇr´ı FEL ZCU vyuˇz´ıvat pro mˇeˇren´ı doby dozvuku minimálnˇe osm pevnˇe instalovan´ ych mikrofon˚ u s pˇr´ısluˇsn´ ymi pˇredzesilovaˇci. Diplomová práce se zab´ yvá posouzen´ım moˇznosti náhrady profesionáln´ıch mˇeˇric´ıch mikrofon˚ u mikrofony pouˇz´ıvan´ ymi v ozvuˇcovac´ı technice, kdy zásadn´ı nutnost´ı je u ´prava mikrofonn´ıch pˇredzesilovaˇc˚ u pouˇz´ıvan´ ych ve zvukové technice i pro mˇeˇric´ı u ´ˇcely. C´ılem náhrady mikrofon˚ u i pˇredzesilovaˇc˚ u je znaˇcná u ´spora finanˇcn´ıch náklad˚ u pˇri zachován´ı d˚ uleˇzit´ ych parametr˚ u celého mˇeˇric´ıho ˇretˇezce a pˇredevˇs´ım jeho mechanické odolnosti.

1

ˇ ´ STAV PROBLEMATIKY 2 SOUCASN Y

2

Souˇ casn´ y stav problematiky

2.1

Vyuˇ zit´ı mikrofon˚ u pouˇ z´ıvan´ ych v ozvuˇ covac´ı technice pro akustick´ a mˇ eˇ ren´ı

Mikrofony pouˇz´ıvané v pódiové, studiové a reportáˇzn´ı praxi lze povaˇzovat za mikrofony pouˇz´ıvané v ozvuˇcovac´ı technice. Oproti profesionáln´ım mˇeˇr´ıc´ım mikrofon˚ um maj´ı mikrofony pouˇz´ıvané v profesionáln´ı ozvuˇcovac´ı technice pˇr´ıznivou cenu pˇri podobn´ ych parametrech. Pˇri pouˇzit´ı mikrofon˚ u v mˇeˇr´ıc´ı praxi je nutno dodrˇzet následuj´ıc´ı poˇzadavky: • mikrofon mus´ı m´ıt kulovou smˇerovou charakteristiku, aby jej bylo moˇzno povaˇzovat za tlakov´ y, • u mikrofonu mus´ı b´ yt známa frekvenˇcn´ı charakteristika a odchylka od referenˇcn´ı citlivosti, • mikrofon mus´ı m´ıt dostateˇcnou citlivost a maximáln´ı hodnotu SPL, • parametry mikrofonu se nesm´ı mˇenit v závislosti na ˇcase. Pro akustická mˇeˇren´ı jsou vhodné mikrofony kondenzátorové konstrukce, které splˇ nuj´ı v´ yˇse uvedené poˇzadavky. Nev´ yhodou mikrofon˚ u s kondenzátorovou konstrukc´ı je nutnost pouˇzit´ı dodateˇcného fantomového napájen´ı (P12, P24, P48). Na základˇe poˇzadavk˚ u na akustická mˇeˇren´ı je moˇzno rozdˇelit vhodné mikrofony do tˇr´ı kategori´ı: • mikrofony nahrazuj´ıc´ı klasické mˇeˇr´ıc´ı mikrofony, • mikrofony klopové – miniaturn´ı, • mikrofony pouˇz´ıvané pro akustická mˇeˇren´ı v profesionáln´ı praxi. Pro správnou ˇcinnost kondenzátorov´ ych mikrofon˚ u je nutné polarizaˇcn´ı napˇet´ı nebo pˇredpolarizovaná elektroda. U nekvalitn´ıch pˇredpolarizovan´ ych mikrofon˚ u m˚ uˇze do-

2


cházet v ˇcase ke ztrátˇe polarizace, coˇz má za následek v´ yrazné sn´ıˇzen´ı citlivosti mikrofonu (aˇz jednotky dB za rok). Pˇredpolarizován´ı je realizováno keramickou hmotou, která je po vytvrzen´ı vypálen´ım trvale polarizována. 2.1.1

Mikrofony nahrazuj´ıc´ı klasick´ e mˇ eˇ r´ıc´ı mikrofony

Pˇri hledán´ı náhrady za profesionáln´ı mˇeˇr´ıc´ı mikrofony, jejichˇz hlavn´ım nedostatkem je jejich vysoká cena, je nutno naj´ıt mikrofony, které je moˇzné dobˇre upevnit na mikrofonn´ı stojan a splˇ nuj´ı v´ yˇse uvedené poˇzadavky. Pouˇzit´ı tˇechto mikrofon˚ u se pˇredpokládá hlavnˇe v dozvukové komoˇre pro mˇeˇren´ı akustick´ ych vlastnost´ı materiál˚ u. Pˇri pouˇzit´ı v dozvukové komoˇre, nen´ı potˇreba absolutn´ı pˇresnost mˇeˇrené hodnoty, a proto se nemus´ı provádˇet kalibrace. Tyto mikrofony lze pouˇz´ıt také v bezodrazové komoˇre napˇr´ıklad pro mˇeˇren´ı frekvenˇcn´ıch charakteristik elektroakustick´ ych mˇeniˇc˚ u.

Mikrofon B-5 od v´ yrobce Behringer Behringer je nˇemecká spoleˇcnost zab´ yvaj´ıc´ı se konstrukc´ı levn´ ych profesionáln´ıch audiozaˇr´ızen´ı [1]. Mikrofon je tuˇzkové konstrukce s celokovov´ ym obalem (viz Obr. 1). Je zde moˇznost v´ ymˇeny vloˇzky za typ s kulovou charakteristikou, která je dodávaná spoleˇcnˇe s mikrofonem. V´ yrobce uvád´ı velice optimistické frekvenˇcn´ı charakteristiky, které jsou pro mikrofon v této cenové kategorii nezvyklé (viz Obr. 2). Mikrofon má nestandardn´ı pr˚ umˇer 17 mm. Fantomové napájen´ı je P48, cena 1 630 Kˇc [2].

Mikrofon 4003 od v´ yrobce DPA Microphones DPA Microphones je dánská spoleˇcnost, která spolupracuje s v´ yrobcem mˇeˇr´ıc´ı techniky Br¨ uel & Kjær a specializuje se na v´ yvoj a v´ yrobu mikrofon˚ u [3]. Tato spolupráce zajiˇst’uje mikrofony, které jsou velice kvalitn´ı. Proveden´ı tohoto mikrofonu je podobné klasickému mˇeˇr´ıc´ımu mikrofonu (viz Obr. 3), i kdyˇz je primárnˇe urˇcen pro sn´ımán´ı hudebn´ıch nástroj˚ u. Mikrofon 4003 dosahuje zaj´ımav´ ych parametr˚ u (viz Obr. 4) – velice n´ızké ˇsumové pozad´ı 15 dBA a maximáln´ı SPL je 154 dB. V´ yrobce

3


dodává vymˇenitelné pˇredn´ı mˇr´ıˇzky pro pouˇzit´ı ve volném nebo difuzn´ım poli. Velkou nev´ yhodou tohoto mikrofonu je nutnost pouˇzit´ı nestandardn´ıho napájen´ı 130 V, nestandardn´ı pr˚ umˇer kapsle 16 mm a jeho vysoká cena 55 530 Kˇc [4].

Mikrofony 4090 a 4091 od v´ yrobce DPA Microphones V´ yrobce DPA Microphones nab´ız´ı i levnˇejˇs´ı variantu mikrofon˚ u, které mohou b´ yt pouˇzity pro akustická mˇeˇren´ı (4090 a 4091). Mikrofonn´ı kapsle typu 4090 má pr˚ umˇer 5,4 mm (viz Obr. 5). Tyto mikrofony nedosahuj´ı takov´ ych kvalit jako mikrofon 4003, ale i pˇres to jsou vhodné pro akustická mˇeˇren´ı (viz Obr. 6). Udávané ˇsumové pozad´ı tohoto mikrofonu je 23 dBA a maximáln´ı SPL 134 dB. Napájen´ı je jiˇz standardn´ı fantomové P48. Cena 13 590 Kˇc. Mikrofon 4091 má niˇzˇs´ı referenˇcn´ı citlivost a vyˇsˇs´ı maximáln´ı SPL. Mikrofonn´ı kapsle má pr˚ umˇer 5,4 mm. Udávané ˇsumové pozad´ı je 26 dBA a maximáln´ı SPL 144 dB. Napájen´ı je standardn´ı fantomové P48. Cena 13 600 Kˇc [4].

Mikrofon NT55 od v´ yrobce RØDE Microphones RØDE Microphones je australská spoleˇcnost zab´ yvaj´ıc´ı se v´ yvojem a v´ yrobou mikrofon˚ u [5]. Mikrofon NT55 má celokovové tˇelo. Od v´ yrobce je dodáván v sadˇe s vymˇenitelnou vloˇzkou. Rozmˇer mikrofonn´ı kapsle je 1/2" . V´ yrobcem udávan´ y polárn´ı diagram je velice vyrovnan´ y (viz Obr. 7). Na frekvenˇcn´ı charakteristice je viditeln´ y nár˚ ust citlivosti o 9 dB v okol´ı frekvence 10 kHz. Cena 5 980 Kˇc [6].

Mikrofon C4 MkII od v´ yrobce Studio projects Mikrofon C4 MkII má podobnou konstrukci jako mikrofon NT55 od v´ yrobce RØDE (viz Obr. 9). Mikrofonn´ı vloˇzka má nestandardn´ı pr˚ umˇer 20 mm. Na frekvenˇcn´ı charakteristice od v´ yrobce nen´ı tak v´ yrazn´ y nár˚ ust citlivosti jako u NT55 (viz Obr. 10). Na polárn´ım diagramu je viditeln´ y znaˇcn´ y pokles citlivosti mimo osu, kter´ y je -4 dB pro 8 kHz a -14 dB pro 16 kHz. Cena je 9 390 Kˇc za dvojici mikrofon˚ u [4].

4


Obr. 1: Mikrofon B-5 od v´ yrobce Behringer [7].

Obr. 2: Frekvenˇcn´ı a smˇerová charakteristika mikrofonu B-5 od v´ yrobce Behringer [7].

5


Obr. 3: Mikrofon 4003 od v´ yrobce DPA Microphones [8].

Obr. 4: Frekvenˇcn´ı a smˇerov´ a charakteristika mikrofonu 4003 od v´ yrobce DPA Microphones [8].

6


Obr. 5: Mikrofony 4090 a 4091 od v´ yrobce DPA Microphones [9].

Obr. 6: Frekvenˇcn´ı a smˇerov´ a charakteristika mikrofon˚ u 4090 a 4091 od v´ yrobce DPA Microphones [9].

7


Obr. 7: Mikrofon NT55 od v´ yrobce RØDE Microphones [10].

Obr. 8: Frekvenˇcn´ı a smˇerov´ a charakteristika mikrofonu NT55 od v´ yrobce RØDE Microphones [10].

8


Obr. 9: Mikrofon C4 MkII od v´ yrobce Studio projects [11].

Obr. 10: Frekvenˇcn´ı a smˇerov´ a charakteristika mikrofonu C4 MkII od v´ yrobce Studio projects [11].

9


2.1.2

Mikrofony klopov´ e – miniaturn´ı

Mikrofony klopové – miniaturn´ı se vyznaˇcuj´ı velice mal´ ymi rozmˇery, proto nejsou vhodné pro upevnˇen´ı na bˇeˇzn´ y mikrofonn´ı stojan. Tyto mikrofony je moˇzné vyuˇz´ıt v akustick´ ych konstrukc´ıch s poˇzadavkem na velké mnoˇzstv´ı mikrofon˚ u. Napˇr´ıklad pro zástavbu do profilu pro mˇeˇren´ı akustick´ ych difuzor˚ u. V´ ybˇer mikrofon˚ u v této kategorii je velk´ y. Vˇetˇsina mikrofon˚ u je kulov´ ych, a tak je v´ ybˇer závisl´ y pˇredevˇs´ım na mechanickém proveden´ı pro zástavbu a kvalitˇe mikrofonu jako takového.

Mikrofon EMW Omnidirectional od v´ yrobce Countryman Associate Countryman Associate je americká spoleˇcnost specializuj´ıc´ı se na v´ yvoj a v´ yrobu mikrofon˚ u pro studiovou a reportáˇzn´ı praxi [12]. Pro nˇekteré aplikace m˚ uˇze b´ yt omezuj´ıc´ı ploché proveden´ı mikrofonu (viz Obr. 11). V´ yrobcem udávan´ y polárn´ı diagram mikrofonu EMW Omnidirectional je velice vyrovnan´ y i pro vysoké kmitoˇcty (viz Obr. 12). Udávaná odchylka pˇri frekvenci 15 kHz je pˇribliˇznˇe -3 dB. Cena pˇri zakoupen´ı v zahraniˇc´ı je pˇribliˇznˇe 5 500 Kˇc [13].

Mikrofon 4060 od v´ yrobce DPA Microphones Mikrofon 4060 se vyznaˇcuje v´ yhodn´ ym mechanick´ ym proveden´ım (viz Obr. 13). Velká v´ yhoda je vyrovnaná frekvenˇcn´ı charakteristika a témˇeˇr ideáln´ı smˇerová charakteristika (viz Obr. 14). V´ yrobce dokonce udává zvlnˇen´ı frekvenˇcn´ı charakteristiky v závislosti na hloubce zástavby. Velká v´ yhoda je vyrovnaná frekvenˇcn´ı charakteristika vˇcetnˇe perfektn´ı kruhovitosti a n´ızkého zkreslen´ı. Cena je 9 000 Kˇc [4].

10


Obr. 11: Mikrofon EMW Omnidirectional od v´ yrobce Countryman Associate [13].

Obr. 12: Frekvenˇcn´ı a smˇerov´ a charakteristika mikrofonu EMW Omnidirectional od v´ yrobce Countryman Associate [13].

11


Obr. 13: Mikrofon 4060 od v´ yrobce DPA Microphones [14].

Obr. 14: Frekvenˇcn´ı a smˇerov´ a charakteristika mikrofonu 4060 od v´ yrobce DPA Microphones [14].

12


2.1.3

Mikrofony pouˇ z´ıvan´ e pro akustick´ a mˇ eˇ ren´ı v profesion´ aln´ı praxi

Do této kategorie lze zaˇradit mikrofony konstrukce velice podobné mˇeˇr´ıc´ım mikrofon˚ um. Tento druh mikrofon˚ u je p˚ uvodnˇe urˇcen pro základn´ı nastaven´ı zvukové aparatury v r˚ uzn´ ych akustick´ ych prostˇred´ıch. D´ıky standardn´ımu pr˚ umˇeru mikrofonn´ı vloˇzky lze mikrofon ovˇeˇrit provozn´ım kalibrátorem. Tyto mikrofony prodává kaˇzd´ y vˇetˇs´ı v´ yrobce profesionáln´ı ozvuˇcovac´ı techniky. Cenové rozpˇet´ı je od 500 Kˇc aˇz do 15 000 Kˇc. Bohuˇzel nejsou k mikrofon˚ um vˇetˇsinou dostupné ˇza´dné parametry od v´ yrobc˚ u.

Mikrofon TR-40 od v´ yrobce Audix Microphones Americká spoleˇcnost Audix Microphones je pˇredn´ım v´ yrobcem mikrofon˚ u a studiov´ ych monitor˚ u [15]. Mikrofon TR-40 od této spoleˇcnosti je ukonˇcen´ y standardn´ım XLR konektorem (viz Obr. 15). V´ yrobce dodává namˇeˇrenou charakteristiku mikrofonu, jak frekvenˇcn´ı tak smˇerovou 16. Charakteristiky maj´ı v´ yhodn´ y pr˚ ubˇeh pro pouˇzit´ı v akustick´ ych mˇeˇren´ıch. Cena mikrofonu je pˇr´ıznivá 3 600 Kˇc.

Obr. 15: Mikrofon TR-40 od v´ yrobce Audix Microphones [16].

13


Obr. 16: Frekvenˇcn´ı a smˇerov´ a charakteristika mikrofonu TR-40 od v´ yrobce Audix Microphones [16].

Tab. 1: Srovn´ an´ı parametr˚ u mikrofon˚ u pouˇz´ıvan´ ych v ozvuˇcovac´ı technice

Název

Druh

ˇ Ref. citlivost Sumov´ e pozad´ı Max. SPL

Cena

[mV/Pa]

[dBA]

[dB]

[Kˇc]

Behringer B5

Klasick´ y

12,6

18

150

1 630

DPA 4003

Klasick´ y

40

15

135

55 530

DPA 4090

Klasick´ y

20

23

134

13 590

DPA 4091

Klasick´ y

6

26

144

13 600

Rode NT55

Klasick´ y

12

-

136

5 980

Studio proj. C4 Klasick´ y

12

16

150

9 390

Countr. EMW

Klopov´ y

10

24

130

5 560

DPA 4060

Klopov´ y

20

23

134

9 000

Audix TR-40

Mˇeˇr´ıc´ı

18

17

128

3 600

14

´ ´ ˇ ˇ 3 KONSTRUKCE VÍCEKANALOV EHO MIKROFONNÍHO PREDZESILOVA CE

3

Konstrukce v´ıcekan´ alov´ eho mikrofonn´ıho pˇ redzesilovaˇ ce

3.1

Mˇ eˇ r´ıc´ı ˇ retˇ ezec pro mˇ eˇ ren´ı v dozvukov´ e komoˇ re

ˇ Mˇeˇren´ı v dozvukové komoˇre vycház´ı z mˇeˇren´ı doby dozvuku dle CSN EN 354. Obecnˇe je pˇri mˇeˇren´ı v dozvukové komoˇre nutn´ y následuj´ıc´ı mˇeˇr´ıc´ı ˇretˇezec (viz Obr. 17).

Obr. 17: Blokové schéma mˇeˇr´ıc´ıho ˇretˇezce pro obecné mˇeˇren´ı v dozvukové komoˇre.

Osm mˇeˇr´ıc´ıch mikrofon˚ u s kulovou smˇerovou charakteristikou um´ıstˇen´ ych v dozvukové komoˇre pˇrevád´ı mˇeˇren´ y akustick´ y tlak na elektrick´ y signál. Pˇreveden´ y signál je pˇrivádˇen do osmi mikrofonn´ıch pˇredzesilovaˇc˚ u. Pˇredzesilovaˇce zesiluj´ı pˇriveden´ y signál o u ´rovn´ıch des´ıtek mV na u ´rovnˇe vhodné pro konverzi A/D pˇrevodn´ıky. Tyto pˇredzesilovaˇce zajiˇst’uj´ı také fantomové napájen´ı samotn´ ych mikrofon˚ u. Osm digitáln´ıch signál˚ u v S/PDIF formátu je multiplexováno na datov´ y tok ADAT. Vhodn´ ym rozhran´ım v podobˇe speciáln´ı zvukové karty je ADAT signál pˇriveden do osobn´ıho poˇc´ıtaˇce. Pˇrenos dat na ADAT je realizován po optickém kabelu. V osobn´ım poˇc´ıtaˇci je moˇzno zpracovat signál vhodn´ ym SW pro vyhodnocen´ı mˇeˇren´ı.

15


3.2

V´ ybˇ er vhodn´ eho pˇ redzesilovaˇ ce pro mˇ eˇ ren´ı

Pˇri hledán´ı vhodného pˇredzesilovaˇce je nutno pˇrihlédnout k nˇekolika faktor˚ um: • kvalita vstupu – zaˇr´ızen´ı mus´ı m´ıt kvalitn´ı proveden´ı vstupn´ı ˇcásti s n´ızk´ ym harmonick´ ym zkreslen´ım, aby bylo moˇzno zpracovávat i n´ızké u ´rovnˇe signál˚ u, • rozmˇ ery zaˇ r´ızen´ı – vhodná velikost zaˇr´ızen´ı je 483 mm × 44 mm s maximáln´ı hloubkou 400 mm, tento rozmˇer odpov´ıdá takzvanému 1U proveden´ı. Zaˇr´ızen´ı s takov´ ymi rozmˇery lze um´ıstit do standardn´ıch transportn´ıch obal˚ u naz´ yvan´ ych RACK, které umoˇzn ˇuj´ı snadnou a bezpeˇcnou manipulaci se zaˇr´ızen´ım. • cena – v neposledn´ı ˇradˇe je d˚ uleˇzitá cena samotného pˇredzesilovaˇce. Kvalitn´ı pˇredzesilovaˇc s dobˇre ˇreˇsen´ ym vstupn´ım obvodem je napˇr´ıklad osmikanálov´ y zesilovaˇc Micstasy (viz Obr. 18) od nˇemecké spoleˇcnosti RME [17]. Souˇcást´ı Micstasy je i pˇrevod na ADAT/AES-EBU digitáln´ı rozhran´ı. Cena Micstasy je 98 000 Kˇc [6] a velikost 88 mm – tedy 2U.

Obr. 18: Osmikan´ alov´ y zesilovaˇc Micstasy od v´ yrobce RME, kter´ y by byl na mˇeˇren´ı vhodn´ y, ale je cenovˇe nedostupn´ y a nemá vhodné rozmˇery. [17].

16


S pˇrihlédnut´ım k uveden´ ym nárok˚ um bylo zvoleno ˇreˇsen´ı v podobˇe zakoupen´ı cenovˇe dostupného 1U mikrofonn´ıho pˇredzesilovaˇce s AD pˇrevodn´ıky na v´ ystupn´ı formát ADAT. Jako vhodn´ y kandidát na pˇrestavbu se ukázal pˇredzesilovaˇc ADA8000 od spoleˇcnosti Behringer (viz Obr. 19) s cenou kolem 4 000 Kˇc [18]. ADA8000 obsahuje 8 analogov´ ych vstupn´ıch i v´ ystupn´ıch kanál˚ u, jeden vstupn´ı a jeden v´ ystupn´ı port ADAT a synchronizaci pomoc´ı vnˇejˇs´ıho signálu World Clock [18]. Pˇri orientaˇcn´ım mˇeˇren´ı hodnoty zkreslen´ı THD+N pˇredzesilovaˇce ADA8000 bylo zjiˇstˇeno, ˇze pˇri slab´ ych vstupn´ıch signálech jsou hodnoty zkreslen´ı velmi vysoké (viz Obr. 20). Z tohoto d˚ uvodu bylo nutno navrhnout nov´ y vstupn´ı pˇredzesilovaˇc, kter´ y by upravil vysoké hodnoty zkreslen´ı.

Obr. 19: Mikrofonn´ı pˇredzesilovaˇc s AD pˇrevodn´ıky ADA8000 od v´ yrobce Behringer, kter´ y byl zvolen pro pˇrestavbu [18].

3.3

Sn´ıˇ zen´ı harmonick´ eho zkreslen´ı pˇ redzesilovaˇ ce

Problém vysok´ ych hodnot THD+N pro slabé vstupn´ı signály je zp˚ usoben konstrukc´ı vstupn´ı ˇcásti pˇredzesilovaˇce ADA8000 (viz Obr. 20). P˚ uvodn´ı vstupn´ı ˇcást pˇredˇ ızen´ı zisku v tomto zesilovaˇce má velice jednoduchou konstrukci (viz Obr. 21). R´ pˇredzesilovaˇci je realizováno pomoc´ı jednoduchého diferenciáln´ıho stupnˇe a potenciometru. Ve vstupn´ı ˇca´sti nejsou pouˇzity ˇzádné pˇrepˇet’ové ochrany. Stejnˇe jako ve vˇetˇsinˇe prodávan´ ych pˇredzesilovaˇc˚ u, ale i v mixáˇzn´ıch pultech, jsou zde pouˇzity elektrolytické vazebn´ı kondenzátory. Tyto elektrolytické kondenzátory jsou hlavn´ı

17


Obr. 20: Zmˇeˇren´ a z´ avislost THD+N na u ´rovni vstupn´ıho napˇet´ı pro neupraven´ y vstup pˇredzesilovaˇce ADA8000.

pˇr´ıˇcinou vysok´ ych hodnot zkreslen´ı. Charakteristika závislosti THD+N na velikosti stˇr´ıdavého napˇet´ı u tˇechto kondenzátor˚ u je zcela nelineárn´ı. Pro aplikace vstupn´ıch mikrofonn´ıch pˇredzesilovaˇc˚ u s moˇznost´ı fantomového napájen´ı jsou pˇredzesilovaˇce tohoto typu vyloˇzenˇe nevhodné, pˇresto pouˇz´ıvané. V literatuˇre se pro vazebn´ı kondenzátory doporuˇcuje pouˇzit´ı nepolarizovan´ ych kondenzátor˚ u [20] [21] [22], avˇsak nepolarizované kondenzátory o kapacitˇe 22 aˇz 47 µF a pracovn´ım napˇet´ı 63 V jsou velice rozmˇerné, drahé a prakticky nedostupné. V servisn´ı dokumentaci profesionáln´ıch mixáˇzn´ıch pult˚ u od renomovan´ ych znaˇcek (Amek, Calrec a SSL) lze nalézt dvˇe r˚ uzná ˇreˇsen´ı problematiky vazebn´ıch kondenzátor˚ u vstupn´ıch pˇredzesilovaˇc˚ u: • pouˇzit´ı oddˇelovac´ıho linkového transformátoru – toto ˇreˇsen´ı je velmi ˇcasto pouˇz´ıvané, avˇsak samotn´ y transformátor je sloˇzit´ y jak na návrh, tak na v´ yrobu a z toho se také odv´ıj´ı i jeho vysoká cena,

18


Obr. 21: Schéma p˚ uvodn´ıho vstupn´ıho d´ılu pˇredzesilovaˇce ADA8000 [19].

• zapojen´ı, které je pouˇzito napˇr. v mixáˇzn´ım pultu 82E149 od v´ yrobce SSL, vyuˇz´ıvaj´ıc´ı elektrolytick´ ych kondenzátor˚ u s trvalou polarizac´ı (viz Obr. 22). V tomto zapojen´ı jsou pouˇzity elektrolytické kondenzátory o hodnotˇe 100 µF a dovoleném pracovn´ım napˇet´ı 100 V. Na kondenzátory je trvale pˇrivádˇeno polarizaˇcn´ı napˇet´ı 60 V. Trvalé polarizaˇcn´ı napˇet´ı ve v´ ysledku zajiˇst’uje správnou polarizaci a lineárn´ı chován´ı tˇechto elektrolytick´ ych kondenzátor˚ u [23].

Obˇe tato ˇreˇsen´ı jsou rozmˇerovˇe nároˇcná a proto nepouˇzitelná do zástavbového prostoru pˇredzesilovaˇce ADA8000. Z tohoto d˚ uvodu bylo pouˇzito doporuˇcované zapojen´ı od v´ yrobce [20], kde byly jako vazebn´ı kondenzátory pouˇzity nepolarizované kondenzátory. Vstupn´ı impedance byla zvolena 2 kΩ a vazebn´ı kondenzátory o hodnotˇe 15 µF. Kondenzátory této kapacity jsou jiˇz dostupné v nepolarizovaném svitkovém proveden´ı.

19


Obr. 22: Schéma vstupn´ı ˇcásti mixáˇzn´ıho pultu 82E149 od v´ yrobce SSL [23].

3.4

N´ avrh nov´ e vstupn´ı ˇ c´ asti pˇ redzesilovaˇ ce ADA8000

Jako základ pro nov´ y vstupn´ı pˇredzesilovaˇc byl zvolen kvalitn´ı komerˇcnˇe dostupn´ y integrovan´ y obvod od spoleˇcnosti THAT Corp. Obvod THAT1512 vycház´ı z obvodu SSM2017 od spoleˇcnosti Analog Devices, kter´ y se jiˇz ˇradu let nevyráb´ı. Blokov´ y diagram integrovaného obvodu THAT1512 je zobrazen na Obr. 23. Existuje jeˇstˇe alternativa tohoto obvodu od spoleˇcnosti Texas Instruments INA217, avˇsak v´ yrobce THAT u sv´ ych obvod˚ u uvád´ı, ˇze kaˇzd´ y vyroben´ y obvod je testován na v´ yrobn´ı lince a donastaven pˇred zapouzdˇren´ım – coˇz poukazuje na vysokou kvalitu jednotliv´ ych obvod˚ u. V´ yrobcem je obvod THAT1512 oznaˇcovan´ y jako n´ızkoˇsumov´ y, monolitick´ y pˇr´ıstrojov´ y zesilovaˇc s n´ızk´ ym zkreslen´ım. Zpˇetná vazba obvodu je záporná proudová, to zajiˇst’uje dobré dynamické vlastnosti obvodu v celém rozsahu zes´ılen´ı, které lze nastavit pomoc´ı jednoho rezistoru.

20


Obr. 23: Blokov´ y diagram obvodu THAT1512 [20].

Schéma zapojen´ı nové vstupn´ı ˇca´sti pˇredzesilovaˇce je zobrazeno na Obr. 24. Vstupn´ı ˇca´st pˇredzesilovaˇce vycház´ı z doporuˇcovaného zapojen´ı obvodu THAT1512 od v´ yrobce [20]. Na vstupu je pouˇzit konektor XLR, za kter´ ym jsou v tˇesné bl´ızkosti zapojeny ochranné prvky ESDA pro napˇet´ı 51 V . Ochranné prvky ESDA jsou vylepˇsené transily, které maj´ı oproti bˇeˇzn´ ym transil˚ um strmˇejˇs´ı nábˇeˇznou hranou a niˇzˇs´ı parazitn´ı kapacitu. Trojice kondenzátor˚ u C1, C2 a C3 omezuje vstupn´ı mezn´ı frekvenci a sniˇzuje vstupn´ı ruˇsen´ı. Vstupn´ı impedance pˇredzesilovaˇce je nastavena rezistorem R1 o velikosti 2,67 kΩ . Fantomové napájen´ı pro mikrofony je pˇrivádˇeno do bodu +UB. Rezistory R2 a R3 zajiˇst’uj´ı omezen´ı maximáln´ıho proudu, kter´ y je pˇriveden do mikrofon˚ u. Stˇr´ıdavou vazbu zajiˇst’uj´ı vazebn´ı kondenzátory C4 a C5, které jsou v nepolarizovaném proveden´ı s dielektrikem z PET fólie a maj´ı maximáln´ı pracovn´ı napˇet´ı 63 V. Pˇri pˇripojen´ı polarizaˇcn´ıho napˇet´ı na bod +UB docház´ı k nab´ıjen´ı vazebn´ıch kondenzátor˚ u. Z poˇca´tk˚ u je nab´ıjen´ı doprovázeno velk´ ym proudem, kter´ y se uzav´ırá pˇres dalˇs´ı sadu ochrann´ ych prvk˚ u, kter´ ymi jsou diody D3 aˇz D6. Pro omezen´ı nab´ıjec´ıho proudu jsou v sérii zapojeny rezistory R4 a R5 o hodnotˇe 10 Ω. Pro definován´ı impedance mezi signálov´ ymi vodiˇci a zemn´ım potenciálem jsou pouˇzity rezistory R6 a R7.

21


Obr. 24: Schéma zapojen´ı nové vstupn´ı ˇcásti pˇredzesilovaˇce.

Na Obr. 25 je schéma zapojen´ı nové v´ ystupn´ı ˇcásti pˇredzesilovaˇce. Zes´ılen´ı vstupn´ıho pˇredzesilovaˇce (viz Obr. 24) je ˇr´ızeno pomoc´ı potenciometru P1 zapojeného mezi vstupy RG1 a RG2. Potenciometr je zde pouˇzit m´ısto rezistoru, aby bylo moˇzno plynule ˇr´ıdit zes´ılen´ı. Pˇri pouˇzit´ı potenciometru je nutné pouˇz´ıt vazebn´ı elektrolytick´ y kondenzátor o hodnote 1000 µF, nebo tzv. DC servo zapojené do v´ yvodu REF integrovaného obvodu. DC servo slouˇz´ı k udrˇzen´ı minimáln´ı stejnosmˇerné sloˇzky na v´ ystupu pˇredzesilovaˇce. Je to zapojen´ı invertuj´ıc´ıho operaˇcn´ıho zesilovaˇce U2A s velice n´ızkou mezn´ı frekvenc´ı, která se pohybuje v ˇra´du jednotek Hz. Na v´ ystupn´ı ˇca´sti obvodu THAT1510 se detekuje u ´roveˇ n signálu pomoc´ı dvojitého operaˇcn´ıho zesilovaˇce (U3A a U3B), kter´ y je zapojen jako komparátor. Prvn´ı komparátor U3A detekuje u ´roveˇ n signálu tˇesnˇe pˇred limitn´ı hodnotou A/D pˇrevodn´ıku (-1 dBFS). Tato indikace je d˚ uleˇzitá pro správné nastaven´ı zes´ılen´ı pˇredzesilovaˇce. V pˇr´ıpadˇe dosaˇzen´ı limitace vstupu A/D pˇrevodn´ıku nastává silné zkreslen´ı signálu. Druh´ y komparátor U3B indikuje pˇr´ıtomnost signálu o u ´rovni pˇribliˇznˇe -20 dBu. Na oba dva v´ ystupy komparátor˚ u jsou pˇripojeny LED indikaˇcn´ı diody, které jsou vyvedeny na ˇceln´ı panel pˇredzesilovaˇce.

22


Obr. 25: Schéma zapojen´ı nové v´ ystupn´ı ˇcásti pˇredzesilovaˇce.

3.5

Pˇ redzesilovaˇ c ADA8000

V pˇredzesilovaˇci ADA8000 od v´ yrobce Behringer je pouˇzito nˇekolik kl´ıˇcov´ ych obvod˚ u pro pˇrevod analogového signálu do digitáln´ı podoby signálu ADAT. Za novˇe navrˇzen´ ym vstupn´ım pˇredzesilovaˇcem (viz Kap. 3.4) následuje dvojice operaˇcn´ıch zesilovaˇc˚ u, která upravuje u ´roveˇ n vstupn´ıho signálu pro A/D pˇrevodn´ık. 3.5.1

A/D pˇ revodn´ık pro pˇ redzesilovaˇ c ADA8000

Z konstrukce dostupn´ ych pˇredzesilovaˇc˚ u bylo zjiˇstˇeno, ˇze v´ yrobce vyuˇz´ıvá r˚ uzná zapojen´ı pro vstupn´ı A/D a v´ ystupn´ı D/A pˇrevodn´ıky. P˚ uvodn´ı, starˇs´ı verze pˇredzesilovaˇce, pouˇz´ıvá A/D pˇrevodn´ık AL1101 od v´ yrobce Wavefront. Spoleˇcnost Wavefront dodává zákaznické obvody pro spoleˇcnost TASCAM [24]. Schéma tohoto pˇredzesilovaˇce, kter´ y pouˇz´ıvá A/D pˇrevodn´ık od spoleˇcnosti Wavefront je na Obr. 26. Pˇrevodn´ık AL1101 je Σ – ∆ 1 bitov´ y pˇrevodn´ık s 64 násobn´ ym pˇrevzorkován´ım ve dvojitém proveden´ı. Parametry A/D pˇrevodn´ıku jsou: • rozliˇsen´ı pˇrevodn´ıku – 24-bit, • vzorkovac´ı frekvence – od 40 do 50 kHz reˇzim Single mode“, ”

23


• dynamick´ y rozsah – 107 dBA • celkové harmonické zkreslen´ı (THD) pˇri u ´rovni -1 dBFS – 0,002 %. V´ yhodou tohoto obvodu je diferenciáln´ı vstup sniˇzuj´ıc´ı indukované ruˇsen´ı do vstupu pˇrevodn´ıku. V´ ystupn´ı formát dat je S/PDIF stereo datov´ y tok. V nové verzi pˇredzesilovaˇce ADA8000 doˇslo k pˇrepracován´ı zapojen´ı vˇcetnˇe pouˇzit´ı jiného A/D pˇrevodn´ıku. Nová verze pouˇz´ıvá pˇrevodn´ık CS4270 od v´ yrobce CIRRUS LOGIC. CS4270 je dvojit´ y pˇrevodn´ık s konverz´ı vstupn´ıho A/D a v´ ystupn´ıho D/A pˇrevodn´ıku. A/D parametry jsou velice podobné jako u pˇrevodn´ıku AL1101: • rozliˇsen´ı pˇrevodn´ıku – 24-bit, • vzorkovac´ı frekvence – od 44 do 192 kHz reˇzim Single, Double a Quad speed ” mode“, • dynamick´ y rozsah – 107 dBA, • celkové harmonické zkreslen´ı (THD) pˇri u ´rovni -1 dBFS – 0,0017 %. Zde je pouˇzit pouze reˇzim Single mode“. Tento pˇrevodn´ık je zároveˇ n pouˇzit pro D/A ” pˇrevod. Pˇrevodn´ık je vybaven pouze nediferenciáln´ımi analogov´ ymi vstupy. V´ ystupn´ı formát dat je opˇet S/PDIF stereo datov´ y tok. Na v´ ystupu kaˇzdého ze ˇctveˇrice A/D pˇrevodn´ık˚ u je generován S/PDIF signál, kter´ y obsahuje dva kanály. Tyto S/PDIF signály jsou dále zpracovány v encoderu. Encoder zajiˇst’uje slouˇcen´ı signál˚ u a jejich pˇreveden´ı na formát ADAT. Zde je pouˇzit obvod opˇet od spoleˇcnosti Wavefront a to encoder AL1401AG (viz Obr. 27). Jedná se o monolitick´ y encoder pro datovou ˇctveˇrici stereo S/PDIF signálu. V´ ystup z obvodu je datov´ y tok pro ADAT, kter´ y je pˇripojen pˇr´ımo na budiˇc optického kabelu. Kaˇzd´ y ADAT signál obsahuje osm kanál˚ u o vzorkovac´ı frekvenci 48 kHz. . Encoder umoˇzn ˇuje vloˇzen´ı uˇzivatelsk´ ych dat do ADAT dat. ADAT formát umoˇzn ˇuje zas´ılán´ı uˇzivatelsk´ ych dat jako jsou ˇcasov´ y kód (timecode), MIDI data a indikace S/Mux – reˇzimu pˇrevodn´ıku [26].

24


V pˇredzesilovaˇci ADA8000 je synchronizace vˇsech A/D pˇrevodn´ık˚ u ˇreˇsena pomoc´ı synchronizaˇcn´ıho signálu. Tento signál je moˇzno generovat intern´ım generátorem o frekvenc´ıch 44,1 kHz a 48 kHz. Dalˇs´ı moˇznost´ı jak synchronizovat pˇrevodn´ıky je s pouˇzit´ım extern´ı synchronizace po ADAT vstupu nebo po vstupu WorldClock. Intern´ı synchronizaˇcn´ı signál je generován jednoduch´ ym oscilátorem bez teplotn´ı stabilizace.

Obr. 26: Schéma zapojen´ı pˇredzesilovaˇce ADA8000 s p˚ uvodn´ım A/D pˇrevodn´ıkem AL1101 od v´ yrobce Wavefront [19].

25


Obr. 27: Schéma zapojen´ı encoder AL1401AG, dle technické dokumentace od spoleˇcnosti Wavefront [24].

3.6 3.6.1

Mechanick´ eˇ reˇ sen´ı pˇ redzesilovaˇ ce ADA8000 Deska ploˇ sn´ ych spoj˚ u pro novˇ e navrˇ zen´ y pˇ redzesilovaˇ c

Deska ploˇsn´ ych spoj˚ u byla navrˇzena ve sm´ıˇsené souˇcástkové základnˇe, tzn. za pouˇzit´ı jak klasick´ ych pouzder tak i pouzder pro povrchovou montáˇz. Klasická pouzdra byla pouˇzita pro integrovan´ y obvod THAT1512, vazebn´ı a filtraˇcn´ı kondenzátory, zbylé souˇcástky jsou v proveden´ı pro povrchovou montáˇz. Pro vstup signálu je zvolen XLR konektor od spoleˇcnosti Neutrik, kter´ y je dostateˇcn´ y pro zajiˇstˇen´ı mechanické odolnosti a zajiˇst’uje také spolehliv´ y kontakt. Regulaci zes´ılen´ı zajiˇst’uje potenciometr, kter´ y je um´ıstˇen pˇr´ımo na ˇceln´ım panelu. Konstrukce novˇe navrˇzeného pˇredzesilovaˇce je pomˇernˇe st´ısnˇená, protoˇze vazebn´ı kondenzátory jsou rozmˇerné. Z prostorov´ ych d˚ uvod˚ u mus´ı b´ yt ˇs´ıˇrka DPS maximálnˇe 45 mm. Pro jeden kanál byla v programu Eagle v5.02 navrˇzena DPS. V celkovém mechanickém ˇreˇsen´ı pˇredzesilovaˇce bude na jedné

26


DPS um´ıstˇeno 8 modul˚ u novˇe navrˇzen´ ych pˇredzesilovaˇc˚ u.

Obr. 28: Navrˇzená DPS nového pˇredzesilovaˇce, vrchn´ı vrstva.

3.6.2

Celkov´ e mechanick´ eˇ reˇ sen´ı nov´ eho pˇ redzesilovaˇ ce

Mechanická konstrukce pˇredzesilovaˇce je tvoˇrena z ˇceln´ıho panelu, spodn´ı ˇca´sti s boˇcnicemi a vrchn´ı ˇcást´ı. Na ˇceln´ım panelu je uchycena DPS nového pˇredzesilovaˇce. Ke spodn´ı ˇcásti konstrukce je uchycen toroidn´ı s´ıt’ov´ y transformátor, DPS s A/D a D/A pˇrevodn´ıky, zdroji symetrického napájen´ı 15 V, nesymetrick´ ym zdrojem 5 V pro digitáln´ı ˇcást a zdrojem pro fantomové napájen´ı 48 V. Propojen´ı mezi DPS nového pˇredzesilovaˇce a stávaj´ıc´ı DSP s A/D a D/A pˇrevodn´ıky je zajiˇstˇeno pˇeti samostatn´ ymi vodiˇci v jednom konektoru, pro kaˇzd´ y kanál, celkem tedy 8 konektor˚ u. Nová DPS vstupn´ı ˇca´sti pˇredzesilovaˇce nahrazuje celou p˚ uvodn´ı DSP uchycenou v ˇceln´ım panelu. DPS nového pˇredzesilovaˇce je pˇripojena pomoc´ı stávaj´ıc´ıch konektor˚ u z p˚ uvodn´ı DPS pˇredzesilovaˇce.

27


Obr. 29: Navrˇzená DPS nového pˇredzesilovaˇce, spodn´ı vrstva.

3.7

Realizace prototypu pˇ redzesilovaˇ ce

Pˇredzesilovaˇc byl realizován jako prototyp na prototypové DPS, viz Pˇr´ıloha 1. Na prototypu pˇredzesilovaˇce bylo ovˇeˇreno chován´ı r˚ uzn´ ych vstupn´ıch vazeb, které jsou uvedeny v Kap. 3.3. Kromˇe ˇr´ızen´ı zes´ılen´ı potenciometrem bylo testováno také skokové ˇ sen´ı ˇr´ızen´ı zes´ılen´ı popˇrep´ınán´ı zes´ılen´ı pˇredzesilovaˇce pomoc´ı signálov´ ych relé. Reˇ moc´ı skokového pˇrep´ınán´ı se prokázalo jako plnˇe funkˇcn´ı a v´ yhodné pro moˇznost ˇr´ızen´ı vˇsech kanál˚ u zároveˇ n. Toto ˇreˇsen´ı je vˇsak prostorovˇe nároˇcné, a proto nebylo pouˇzito pˇri konstrukci nového pˇredzesilovaˇce.

28


Obr. 30: Fotografie prototypu pˇredzesilovaˇce.

Obr. 31: N´ avrh DPS prototypu pˇredzesilovaˇce, vrchn´ı vrstva.

3.7.1

Namˇ eˇ ren´ e parametry prototypu pˇ redzesilovaˇ ce

C´ılem této diplomové práce bylo zkonstruovat prototyp pˇredzesilovaˇce, kter´ y bude dosahovat n´ızkého zkreslen´ı v celém pásmu pouˇzit´ı a bude cenovˇe dostupn´ y. Parametry zkonstruovaného prototypu pˇredzesilovaˇce (viz Obr. 33 a 34) byly mˇeˇreny pomoc´ı audio-analyzátoru AP2700 od spoleˇcnosti Audio Precision [25]. Jedná se o ˇspiˇckov´ y mˇeˇr´ıc´ı pˇr´ıstroj s galvanicky oddˇelen´ ymi vstupy a v´ ystupy.

29


Obr. 32: N´ avrh DPS prototypu pˇredzesilovaˇce, spodn´ı vrstva.

Parametry prototypu pˇ redzesilovaˇ ce • zes´ılen´ı pˇredzesilovaˇce nastaveno na 100×, • odchylka ve frekvenˇcn´ım pásmu 20 Hz aˇz 20 kHz – -1,6 dB aˇz +0,3 dB, • minimáln´ı hodnota harmonického zkreslen´ı THD+N – 0,001 %, • maximáln´ı hodnota THD+N na frekvenci 20 Hz – 0,18 %, • ostatn´ı parametry z˚ ustávaj´ı stejné, jako udávané v´ yrobcem Behringer [18]. Celkové náklady na konstrukci nového osmikanálového pˇredzesilovaˇce budou okolo 4 000 Kˇc za souˇcástky. 4 000Kˇc stoj´ı samotn´ y pˇredzesilovaˇc ADA8000. Celkové náklady za jeden upraven´ y pˇredzesilovaˇc budou tedy okolo 9 000 Kˇc. Za tuto cenu nen´ı moˇzné zakoupit jin´ y podobn´ y pˇredzesilovaˇc s pˇrevodn´ıky na ADAT, kter´ y dosahuje namˇeˇren´ ych parametr˚ u.

30


Obr. 33: Amplitudovˇe frekvenˇcn´ı charakteristika novˇe zkonstruovaného prototypu pˇredzesilovaˇce.

Obr. 34: Celkové harmonické zkreslen´ı THD+N novˇe zkonstruovaného prototypu pˇredzesilovaˇce. Modˇre je zn´ azornˇena hodnota THD+N, ˇcervenˇe amplituda v´ ystupn´ıho sign´ al˚ u.

31

´ ER ˇ 4 ZAV

4

Z´ avˇ er

Navrˇzená u ´prava mikrofonn´ıch pˇredzesilovaˇc˚ u v A/D pˇrevodn´ıc´ıch od spoleˇcnosti Behringer ADA8000 pˇrináˇs´ı v´ yrazné zlepˇsen´ı technick´ ych parametr˚ u pˇr´ıstroje, pˇredevˇs´ım pak v´ yrazné sn´ıˇzen´ı zkreslen´ı. Takto upravené zaˇr´ızen´ı si zachovává vynikaj´ıc´ı pomˇer ceny a technick´ ych parametr˚ u a je pak vyuˇzitelné i pro u ´ˇcely mˇeˇren´ı, nejen pro ozvuˇcovac´ı techniku, pro kterou je p˚ uvodnˇe urˇcené. Upraven´ y pˇrevodn´ık ADA8000 bude vyuˇz´ıván pˇredevˇs´ım v dozvukové komoˇre ˇ Pˇripravuje se náhrada pouˇz´ıvan´ akustick´ ych laboratoˇr´ı FEL ZCU. ych mˇeˇr´ıc´ıch mikrofon˚ u pro dif´ uzn´ı pole typ BK 4943 od spoleˇcnosti Br¨ uel & Kjær, za mikrofony NT55 od spoleˇcnosti RØDE, coˇz jsou p˚ uvodnˇe mikrofony urˇcené pro pouˇzit´ı v profesionáln´ı zvukové technice. Pro pouˇzit´ı v dozvukové komoˇre maj´ı vyhovuj´ıc´ı parametry, jejich cena je vˇsak proti specializovan´ ym mˇeˇric´ım mikrofon˚ um témˇeˇr o ˇra´d niˇzˇs´ı. V dozvukové komoˇre tak bude moˇzné pouˇz´ıt v´ıce mikrofon˚ u ve velkém poˇctu mˇeˇr´ıc´ıch bod˚ u v trvalé instalaci, takˇze bude v´ yznamnˇe sn´ıˇzena pravdˇepodobnost chyby vznikaj´ıc´ı nepˇresn´ ym um´ıstˇen´ım mikrofon˚ u. Dalˇs´ı budouc´ı vyuˇzit´ı upraveného pˇrevodn´ıku ADA8000 se pˇredpokládá v mobiln´ım mˇeˇr´ıc´ım systému pro mˇeˇren´ı difuzity odraziv´ ych prvk˚ u. Pro toto mˇeˇren´ı je potˇreba velké mnoˇzstv´ı vstupn´ıch kanál˚ u (aˇz 48), coˇz by konvenˇcn´ı technikou se standardn´ımi mˇeˇric´ımi mikrofony a akustick´ ym analyzátorem bylo z cenov´ ych d˚ uvod˚ u nerealizovatelné. Zde budou jako mˇeˇric´ı mikrofony pouˇzity miniaturn´ı vˇsesmˇerové klopové mikrofony, které vyhovuj´ı sv´ ym dynamick´ ym i frekvenˇcn´ım rozsahem. Cena celého systému bude ˇrádovˇe niˇzˇs´ı, neˇz ˇreˇsen´ı s analyzátorem a bˇeˇzn´ ymi mˇeˇr´ıc´ımi mikrofony. Upraven´ y pˇrevodn´ık ADA8000 je v souˇcasné dobˇe k dispozici ve formˇe prototypu, na kterém jsou zkouˇseny i dalˇs´ı, pˇredevˇs´ım mechanické u ´pravy.

32

Seznam pˇ r´ıloh Pˇr´ıloha 1: Celkové schéma nového pˇredzesilovaˇce Pˇr´ıloha 2: Seznam souˇca´stek

Pˇ r´ıloha 1

Obr. 35: Celkové schéma nového pˇredzesilovaˇce

Pˇ r´ıloha 2 Název

Hodnota

Pouzdro

C1

470 pF/100 V

keramick´ y,SMD 0805

C2

470 pF/100 V


C3

47 pF/100 V


C4

15µF/63 V

foliov´ y, RM 22,5

C5

15µF/63 V

foliov´ y, RM 22,5

C6

3,3 nF/100 V


C7

3,3 nF/100 V


C8

1µF/63 V

C9

100 nF/63 V


C10

100 nF/63 V


C11

100 nF/63 V


C12

100 nF/63 V


C13

220µF/25 V

elektrolytick´ y,RM 10,5

C14

220µF/25 V


C15

100µF/63 V


D1

ESDA, 51 V

SMB

D2

ESDA, 51 V

SMB

D3

MBRS130LT3

SMB

D4

MBRS130LT3

SMB

D5

MBRS130LT3

SMB

D6

MBRS130LT3

SMB

D7

1N4148

SMB

D8

LED

3 mm

D9

LED

3 mm

foliov´ y, RM 10,5

Název

Hodnota

Pouzdro

R1

2,67 kΩ

SMD 0805

R2

6,8 kΩ

SMD 0805

R3

6,8 kΩ

SMD 0805

R4

10 Ω

SMD 0805

R5

10 Ω

SMD 0805

R6

10 kΩ

SMD 0805

R7

10 kΩ

SMD 0805

R8

5,1 Ω

SMD 0805

R9

1 MΩ

SMD 0805

R10

10 kΩ

SMD 0805

R11

5,11 kΩ

SMD 0805

R12

10 kΩ

SMD 0805

R13

5,11 kΩ

SMD 0805

R14

5,11 kΩ

SMD 0805

R15

4,75 kΩ

SMD 0805

R16

51,1 Ω SMD 0805

P1

2 kΩ LIN

potenciometr panelov´ y

U1

THAT1512

DIL8

U2

TL072

SO08

U3

TL072

SO08

X1

MC3FAH

do DSP

Pouˇ zit´ a literatura [1] Informace o spoleˇcnosti Behringer [3.5.2012]. Dostupné z http://www.behringer.com/EN/Home.aspx. [2] Elektronický obchod spoleˇcnosti Prodance [3.5.2012]. Dostupné z http://eshop.prodance.cz/. [3] Informace o spoleˇcnosti DPA Microphones [3.5.2012]. Dostupné z http://www.dpamicrophones.com/en. [4] Elektronický obchod spoleˇcnosti Audiopro, s.r.o [3.5.2012]. Dostupné z http://www.audiopro.cz/produktovy-katalog/. [5] Informace o spoleˇcnosti RØDE Microphones [3.5.2012]. Dostupné z http://www.rodemic.com/. [6] Elektronický obchod spoleˇcnosti DISK Multimedia, s.r.o [3.5.2012]. Dostupné z http://www.disk.cz/disk/producer.csp?CSPCHD=00000000000043mgyc8K000000CPSDJjnJzkBPEc5oHBqAFw–/. [7] Uˇzivatelská dokumentace mikrofonu B-5 [3.5.2012]. Dostupné z http://www.behringer.com/assets/B-5%20(OEM) P0224 S EN.pdf. [8] Uˇzivatelská dokumentace mikrofonu DPA 4003 [3.5.2012]. Dostupné z http://www.dpamicrophones.com/en/products.aspx?c=item&category=188&item=24008#specifications. [9] Uˇzivatelská dokumentace mikrofonu DPA 4090 [3.5.2012]. Dostupné z http://www.dpamicrophones.com/en/products.aspx?c=Item&category=188&item=24065#specifications. [10] Uˇzivatelská dokumentace mikrofonu RØDE NT55 [3.5.2012]. Dostupné z http://www.rodemic.com/download/nt55-s datasheet.pdf.

[11] Uˇzivatelská dokumentace mikrofonu Studio Projects C4 MkII [3.5.2012]. Dostupné z http://www.studioprojects.com/pdf/c series manual.pdf. [12] Informace o spoleˇcnosti Countryman Associate [3.5.2012]. Dostupné z http://www.countryman.com/. [13] Uˇzivatelská dokumentace mikrofonu Countryman EMW [3.5.2012]. Dostupné z http://www.countryman.com/download/EMW%20Lavalier%20datasheet.pdf. [14] Uˇzivatelská dokumentace mikrofonu DPA 4060 [3.5.2012]. Dostupné z http://www.dpamicrophones.com/en/products.aspx?c=item&category=193&item=24035#specifications. [15] Informace o spoleˇcnosti Audix Microphones [3.5.2012]. Dostupné z http://www.audixusa.com/index 12.shtml. [16] Uˇzivatelská dokumentace mikrofonu Audix TR–40 [3.5.2012]. Dostupné z http://www.audixusa.com/docs/products/TR40A.shtml. [17] Uˇzivatelská dokumentace pˇredzesilovaˇce RME Micstasy [3.5.2012]. Dostupné z http://www.rme–audio.de/download/sheets/sheet micstasy e.pdf. [18] Uˇzivatelská dokumentace pˇredzesilovaˇce Behringer ADA8000 [3.5.2012]. Dostupné z http://www.behringer.com/assets/ADA8000 P0187 M EN.pdf. [19] Servisni dokumentace pˇredzesilovaˇce Behringer ADA8000 [3.5.2012]. Dostupné z http://gyraf.dk/schematics/Behringer ada8000 analouge.PDF. [20] Aplikaˇcn´ı listy výrobce THAT1512 [3.5.2012]. Dostupné et.pdf.

z

http://www.thatcorp.com/datashts/THAT 1510–1512Datashe-

[21] Aplikaˇcn´ı listy výrobce Analog Devices SSM2017 [3.5.2012]. Dostupné z http://www.analog.com/static/importedfiles/data sheets obsolete/139484016SSM2017.pdf. [22] Self, Douglas Small Signal Audio Design Focal Press, 2010. ISBN 978-0-24053177-0. [23] Servisn´ı schéma mixáˇzn´ıho pultu SSL 82E149 [3.5.2012]. Dostupné z http://www.ka-electronics.com/images/SSL/ssl 82E149.pdf. [24] Aplikaˇcn´ı listy výrobce Wavefront AL1401AG [3.5.2012]. Dostupné z http://www.wavefrontsemi.com/UserFiles/File/AL Info/AL14/Wavefront%20AL1401AG%20OptoGen%20Data%20Sheet.pdf. [25] Dokumentace analyzátoru Audio Precision SYS-2722 [3.5.2012]. Dostupné z http://ap.com/download/file/143. [26] Dokumentace výrobce Alesis LX20 [3.5.2012]. Dostupné

z

http://pdf.textfiles.com/manuals/STARINMANUALS/Alesis-

/Manuals/ADAT%20LX20.pdf.

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta elektrotechnická Ladislav Zuzjak

Recommend Documents