क्यों (माइक्रोफोन) preamp डिजाइन अधिकतम 60 डीबी के लिए opamp लाभ को सीमित करते हैं?

Question

कई प्रो रिकॉर्डिंग गुणवत्ता वाले माइक्रोफोन preamps को देखते हुए, मैंने देखा कि मेरे द्वारा देखे गए प्रत्येक डिज़ाइन में एक opamp (असतत या IC) का उपयोग होता है, जो opamp द्वारा प्रदान किए गए लाभ को अधिकतम 60dB तक सीमित करता है। जबकि अधिकांश preamps 70db या 80dB पर पहुंचने के लिए दूसरे चरण (ट्रांसफॉर्मर) या किसी अन्य opamp का उपयोग करते हैं, मुझे आश्चर्य है कि वे वहां पहुंचने के लिए पहले opamp का उपयोग क्यों नहीं करते हैं। जो मैं समझता हूं, उससे कुछ फायदे होंगे:

• वोल्टेज बढ़ने से बेहतर सिग्नल-टू-शोर अनुपात,
• सरल ऑडियो पथ,
• कम भागों और लागत।

क्या यह 60dB से अधिक ओपैंप स्थिरता के साथ कुछ करना है?

यहाँ एक विशिष्ट योजनाबद्ध है। R12 की सीमा 40.1dB तक पहुंच जाती है। मैं इन सूत्रों का उपयोग कर रहा हूं:

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

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

मैंने यह भी देखा कि THAT-Corp द्वारा किए गए पूर्ण mic preamp IC का भी अधिकतम लाभ 60dB है।

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क्या आपने माना है कि 60dB (1000V / V) इस एप्लिकेशन के लिए पर्याप्त लाभ है? 70 डीबी = 3162 वी / वी। 80 डीबी = 10kV / वी। उपयोगकर्ताओं को उनके preamp से उतना लाभ प्राप्त करने की आवश्यकता नहीं है।

— vOF

GBW समस्या के अलावा, आपको यह विचार करने की आवश्यकता है कि असली opamps में केवल ~ 100dB का लाभ है, और आपको नकारात्मक प्रतिक्रिया के लिए कुछ रखने की आवश्यकता है।

— user207421

क्या आप पूर्व-amp के लिए एक लिंक प्रदान कर सकते हैं जो केवल "मानक" 60 डीबी लाभ के विपरीत 70 या 80 डीबी हासिल करता है?

— एंडी उर्फ

इस तरह के ज्ञानवर्धक उत्तरों के लिए आपको बहुत-बहुत शुभकामनाएँ, जो कि पठन का एक बड़ा नया मार्ग खोलते हैं जो मुझे इस भावुक विषय को बेहतर ढंग से समझने में मदद करेगा। मैं इस मंच से प्यार करता हूँ!

— मीटबेलरुगु

@ vofa: मैं स्रोत से 2 फीट से अधिक दूरी पर कम आउटपुट रिबन माइक्रोफोन (जैसे कोल्स 4038) का उपयोग करता हूं और दैनिक आधार पर लाभ के 60dB (फ्रंट पैनल पर अंकित) के आधार पर अधिक जोड़ देता हूं।

— मीटबेलरैग

Answer 1

लाभ / बैंडविड्थ उत्पाद, आप 60dB (1,000 बार) पर शायद 50KHz बैंडविड्थ चाहते हैं, इसलिए आपको लगभग 50MHz, लाभ / बैंडविड्थ उत्पाद (और अधिक HF विरूपण कम होगा) की आवश्यकता है ... इसे 80dB करें और अब आपको 500hHz GBP की आवश्यकता है, जो मुश्किल हो रही है अगर आप डीसी के पास कम शोर चाहते हैं (और कम लाभ पर स्थिर होने के लिए वास्तव में बुरी खबर है)।

यह भी विचार करें कि पहले चरण में 20 या 30 डीबी हासिल करने वाले शोर के लिए शोर पूरी तरह से हावी है (गणित करें), चीजों को विभाजित करने के लिए बहुत कुछ कहा जाना है ताकि पहले 30dB का लाभ कम हो। कम जेड स्रोतों और कम 1 / एफ शोर के लिए डिज़ाइन किया गया शोर चरण, जिसे अब केवल GBP के कुछ मेगाहर्ट्ज की आवश्यकता होती है और अजीब स्रोत प्रतिबाधा के साथ भी स्थिर करना आसान होगा। फिर बाकी एक दूसरे चरण में करें (जहां शोर कम मायने रखता है और आपके पास एक ज्ञात स्रोत प्रतिबाधा है)।

दूसरी मुश्किल बात यह है कि नियंत्रण क़ानून जो समझदारी बढ़ाते हैं यदि एक घुंडी लाभ नियंत्रण के लिए जा रहे हैं, तो एक क्लासिक इंस्ट्रूमेंटेशन चरण जिसमें एक लाभ सेटिंग रेज़र होता है जो कुछ ओम से भिन्न हो सकता है, शायद कुछ कश्मीर ओम, जो अगर आप के बारे में सोचते हैं यह परिमाण के केवल 3 आदेश हैं, रिवर्स लॉग पॉट बनाने के लिए बहुत मुश्किल है, फिर अधिक रेंज है।

Comments

मुझे संदेह है कि मैं एक वीडियो

— एम्पैम्प

सटीक फ़िल्टरिंग को अक्सर ज्ञात स्रोत-प्रतिबाधा विशेषताओं की आवश्यकता होती है, लेकिन कई प्रकार के प्रवर्धक उपकरण अपेक्षाकृत मनमाने स्रोत दोष के साथ काम करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। यदि किसी सिग्नल में महत्वपूर्ण घटक होते हैं जिन्हें फ़िल्टर किया जाना चाहिए, तो एम्पलीफायर चरण के साथ शुरू करना आवश्यक हो सकता है जिसका मुख्य उद्देश्य अज्ञात-प्रतिबाधा संकेत को ज्ञात-प्रतिबाधा संकेत में परिवर्तित करना है। कोई भी लाभ जो उस चरण में प्रबंधित कर सकता है, वह शेष सर्किट को शोर के प्रति कम संवेदनशील बना देगा, लेकिन अनफ़िल्टर्ड संकेतों को संसाधित करने के लिए अतिरिक्त हेडरूम की आवश्यकता हो सकती है।

— सुपरकैट

Answer 2

GBW ( लाभ-बैंडविड्थ उत्पाद) की बात है ) की बात है, इसलिए एक एकल चरण अच्छे प्रदर्शन के साथ असंभव है। यह केवल बैंडविड्थ के माध्यम से पर्याप्त नहीं है आप विरूपण को कम करने और फ्लैट प्रतिक्रिया के साथ सटीक प्रजनन प्राप्त करने के लिए पर्याप्त लाभ चाहते हैं (हालांकि 10kHz से अधिक के बारे में यकीनन विरूपण मानव सुनवाई के लिए महत्वहीन है)। बेशक आप हमेशा अधिक उचित लाभ के साथ चरणों के एक जोड़े हो सकते हैं। याद रखें कि बैंडविड्थ को -3 डीबी बिंदु (आउटपुट बैंड बैंड के किनारे पर आधा पावर तक कम हो जाएगा) द्वारा परिभाषित किया गया है, और यह ऑडीओफाइल मानकों द्वारा बिल्कुल सपाट नहीं है।

एक और मुद्दा यह है कि एक बहुत अच्छा ऑप- एक जोड़े- इनपुट-संदर्भित शोर स्तर हो सकता है$\text{nV}/\sqrt {\text {Hz}}$

चूंकि रिबन माइक्रोफोन जैसे बहुत कम वोल्टेज स्रोत कम प्रतिबाधा होते हैं, इसलिए यह एक अच्छा व्यापार है।

डिस्क्राइब का उपयोग करके बेहद कम शोर प्रदर्शन प्राप्त करने की अन्य विधियां हैं जैसे कि कई JFETs बल्कि उच्च नाली प्रवाह पर चलते हैं। यह शोर को कम कर सकता है, आदर्श रूप से जेएफईटी की संख्या के वर्गमूल द्वारा, लेकिन इनपुट समाई समानांतर में जेएफईटी की संख्या के लिए आनुपातिक है, इसलिए फिर से सुधार की तुलना में खराब प्रभाव तेजी से बढ़ता है।

Answer 3

क्यों (माइक्रोफोन) preamps डिजाइन अधिकतम 60 डीबी के लिए opamp लाभ को सीमित करते हैं?

माइक्रोफोन और अन्य श्रव्य उपकरणों के उत्पादन की पूरी श्रृंखला का एक अच्छा समग्र चित्र: -

चित्र से लिया यहाँ ।

जैसा कि एक स्टूडियो माइक्रोफोन देखा जा सकता है (प्रकार के आधार पर) -60 dBm (600 ओम के सापेक्ष इसलिए 0 dBm = 0.775 वोल्ट) से -20 dBm तक आउटपुट की एक श्रृंखला उत्पन्न कर सकता है। यह 1 kHz पर 1 पास्कल के मानक इनपुट दबाव स्तर के लिए है।

लाइन इनपुट का स्तर आमतौर पर लगभग 0 dBm होता है इसलिए एक विशिष्ट माइक्रोफोन preamp का उत्पादन 20 dB से 60 dB तक होगा।

Answer 4

कई op amp सर्किट डिजाइन किए गए हैं ताकि वे एक ज्ञात परिमित लाभ प्राप्त करें अगर एक अनंत-लाभ वाले op amp सहित आदर्श घटकों का उपयोग करके निर्माण किया जाए। व्यवहार में, ऐसे सर्किट का निर्माण हमेशा गैर-आदर्श घटकों के साथ किया जाएगा, और उनका व्यवहार काफी मेल नहीं खाएगा कि आदर्श घटकों के परिणामस्वरूप क्या होगा। एक बहुत ही मूल एम्पलीफायर पर विचार करें:

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

आदर्श घटकों का उपयोग करते समय, लाभ (R1 + R2) / R2 होगा; मैं कहता हूँ कि "नाममात्र का लाभ"। एक वास्तविक सर्किट में, यदि एक ऑप amp में लगातार ओपन-लूप लाभ होता है, तो लाभ 1 / (R2 / (R1 + R2) + 1 / opAmpGain होगा। अगर op amp का ओपन-लूप गेन (R1 + R2) / R2 से बहुत बड़ा है, तो R2 / (R1 + R2) के सापेक्ष 1 / opAmpGain बहुत छोटा होने जा रहा है, और इसका सटीक मान मायने नहीं रखेगा बहुत। इसके अलावा, भले ही ओपन-लूप का लाभ फ़्रीक्वेंसी जैसे कारकों के कारण भिन्न हो सकता है - या इससे भी बदतर - इनपुट वोल्टेज, सर्किट के लिए अधिकतम और न्यूनतम लाभ अपेक्षाकृत करीब होगा। उदाहरण के लिए, यदि ओपन-लूप का लाभ 500x और 1000000X के बीच भिन्न हो सकता है, तो सर्किट का शुद्ध लाभ लगभग 9.8x से 10x तक होगा। से अधिक भिन्नता कुछ उपयोगों के लिए आदर्श हो सकती है, लेकिन फिर भी बहुत छोटी है।

यदि R1 को 99K में बदल दिया गया (नाममात्र लाभ 10x से 100x में बदल दिया गया), तो ऑप amp के वास्तविक लाभ के लिए सर्किट की संवेदनशीलता दस गुना से अधिक बढ़ जाएगी। ऑप amp के वास्तविक लाभ में समान भिन्नता सर्किट के शुद्ध लाभ को लगभग 83x से 100x तक सीमित कर देती है - एक बहुत बड़ा बदलाव। यदि कोई दूसरी प्रतिलिपि के साथ नीचे दिखाए गए सर्किट (10x लाभ के लिए) को कैस्केड करता है, तो परिणामस्वरूप सर्किट में एक लाभ होगा जो लगभग 96x से 100x तक हो सकता है। उस सर्किट की एक प्रति का उपयोग करते समय सापेक्ष अनिश्चितता की एक बड़ी डिग्री, लेकिन एक चरण में 100x लाभ प्राप्त करने की कोशिश करते समय की तुलना में बहुत छोटा।

60dB का एक लाभ 1000: 1 वोल्टेज लाभ होगा। जबकि एक उच्च ओपन-लूप लाभ के साथ एक सेशन एम्पी 1000: 1 में प्राप्त होता है, जो ऑडियो फ्रीक्वेंसी पर व्यावहारिक रूप से मामूली दो-हीन एम्प्ली से थोड़ा सस्ता हो सकता है, ऑप एम्प जो कि ऐसे उच्च लाभ पर अच्छी तरह से काम करेंगे, के लिए उपयुक्त हैं बहुत अधिक महंगा हो। लाभ के कुछ स्तर पर, दो सस्ते amps का उपयोग एक amp की तुलना में अधिक व्यावहारिक होगा जो उच्च लाभ पर अच्छी तरह से काम करने के लिए पर्याप्त गुणवत्ता का है।

Answer 5

60 डीबी का मतलब है कि माइक से 1 एमवी 1 वी बाहर हो जाता है। यह उस अधिकतम के बारे में है जिसे आप माइक्रोफ़ोन बढ़ाना चाहते हैं और "लाइन स्तर" इनपुट में फीड करना चाहते हैं। अधिकांश माइक्रोफोन सामान्य ध्वनि स्तरों के लिए कुछ mV का उत्पादन करते हैं।

Comments

एफटीआर, स्टूडियो कंडेनसर माइक्रोफोन केवल इतना स्तर प्रदान करते हैं क्योंकि उनके पास पहले से ही एक निश्चित-लाभ वाला पहला प्रस्तावना चरण है, जो (आमतौर पर एक साधारण असतत वर्ग-ए, मेरा मानना ​​है)। और यह आंशिक रूप से आवश्यक है क्योंकि अलग-अलग mic preamps आम तौर पर कैप्सूल से कच्चे संकेत के साथ करने के लिए पर्याप्त लाभ नहीं है। तो आप वास्तव में यह तर्क नहीं दे सकते कि "अधिक लाभ होना आवश्यक नहीं है" - हाँ, यह आवश्यक है! यह सिर्फ एक अलग स्थान पर हासिल किया गया है। और कुछ mics, विशेष रूप से कई रिबन में, ऐसा कोई सक्रिय चरण नहीं है और इस प्रकार वास्तव में> preamp से 60 dB लाभ की आवश्यकता होती है।

— वामावर्तबौट

ज्यादातर स्टूडियो कंडेनसर में @leftaroundabout सर्किट महत्वपूर्ण वोल्टेज लाभ प्रदान नहीं करता है, यह सब कैप्सूल आउटपुट के बेवकूफ उच्च प्रतिबाधा (कम आवृत्ति पर थिंक गीगा ओम) के बफरिंग के बारे में है, क्योंकि यह वास्तव में केबल केबल से अच्छी तरह से नहीं बचता है। उचित पूर्वाग्रह के साथ एक कैप्सूल एमवी के 10 एस का उत्पादन बहुत खुशी से करेगा, यह सिर्फ बहुत उच्च प्रतिबाधा पर करता है। एक अर्थ में यह एक रिबन के विपरीत समस्या है, जिसका उत्पादन थोड़ा छोटा है, लेकिन बहुत कम स्रोत प्रतिबाधा है, सामने के अंत के डिजाइन स्पष्ट रूप से बहुत अलग हैं ...

— दान मिल्स

@DanMills: आप सही हैं, प्रतिबाधा decoupling इन सर्किट की अधिक महत्वपूर्ण विशेषता है। लेकिन फिर, आप यह भी कह सकते हैं कि एक कैपेसिटिव स्रोत केबल की क्षमता के साथ ही ठीक रह सकता है: केबल केवल स्तर को दर्शाता है, लेकिन ( जैसे गिटार पिकअप के उच्च आगमनात्मक प्रतिबाधा के साथ ) आवृत्ति प्रतिक्रिया में बहुत बदलाव नहीं करता है। इसलिए, अगर हमें प्रतिकूल प्रभाव के बिना मनमाना लाभ होता है, तो हम बिना किसी प्रेत शक्ति के इलेक्ट्रेट कंडेनसर मिक्स भी संचालित कर सकते हैं। बस, यह तर्क "हमें उस लाभ की आवश्यकता नहीं है" अपने आप ही पकड़ में नहीं आता है ; हम हमेशा अधिक लाभ का उपयोग कर सकते हैं ।

— लेफ्टनैबाउटआउट

Answer 6

लाभ-बैंडविड्थ उत्पाद के बारे में अन्य उत्कृष्ट उत्तरों के अलावा, एक और समस्या है। बहुत अधिक लाभ के साथ, इनपुट ऑफसेट वोल्टेज के कारण इनपुट सेशन amp संतृप्त हो सकता है। कई मिक्सर बोर्ड पहले लाभ चरण के लिए 5532 सेशन amp का उपयोग करते हैं। इसमें 0.5mV का एक विशिष्ट ऑफसेट वोल्टेज है, लेकिन यह तापमान पर 5mV जितना अधिक हो सकता है। लाभ के 60dB के साथ, 5mV इनपुट ऑफ़सेट आउटपुट पर DC ऑफ़सेट का 5V हो जाता है। 5532 में 10MHz विशिष्ट लाभ-बैंडविड्थ उत्पाद भी है, इसलिए 60dB पर बैंडविड्थ अधिकतम 10kHz पर है।

जब बहुत अधिक लाभ होता है, तो बहुत अधिक शोर होता है। एक प्रस्तावना के बाद, मैं अधिक लाभ प्राप्त करने के लिए एक कम-पास सक्रिय फिल्टर का उपयोग करना पसंद करता हूं, और उच्च आवृत्ति वाले कुछ preamp आउटपुट शोर को भी फ़िल्टर करता हूं। मैं OPA2134 सेशन amp का उपयोग करता हूं, जिसे मैंने लिंकविट्ज़ लैब में अच्छी सक्रिय फिल्टर डिजाइन सलाह के माध्यम से सीखा । जब तक अधिकतम आवृत्ति कम नहीं होती, तब तक मैं एकल चरण में लाभ के 60dB से भी कम का उपयोग करूंगा। दो 40dB चरणों बेहतर होगा।

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धन्यवाद टॉम। इसके अलावा अच्छा है। किस आवृत्ति पर आप कम पास फिल्टर -3 डीबी बिंदु सेट करते हैं?

— मीटबेलरैग

3DB बिंदु अनुप्रयोग पर निर्भर करता है, और कहीं भी हो सकता है। मेरे ऑडियो प्रोजेक्ट्स के लिए, यह आमतौर पर 10kHz या उससे कम होता है, क्योंकि मेरे द्वारा उपयोग किए जाने वाले अधिकांश स्रोत ऊपर कोई उपयोगी संकेत नहीं बनाते हैं। मेरी नवीनतम परियोजना शायद 1kHz या उससे कम होगी, क्योंकि यह बहुत कम आवृत्ति स्रोत के लिए है, जहां मूल कहीं 30Hz से 70Hz के आसपास है।

— टॉम एंडरसन

धन्यवाद टॉम। बस जिज्ञासु: क्या है कि ऑडियो स्रोत 1KHz से ऊपर कुछ भी नहीं है? सिंथ?

— मीटबेलरैग

@MeatBallRagu परियोजना लाइव प्रवर्धन है और हमिंगबर्ड्स की उड़ान शोर को सुन रही है। मुझे यकीन नहीं है कि कितने हार्मोनिक्स की आवश्यकता है, लेकिन मौलिक केवल 70Hz तक है। मेरे बास-खिलाड़ी के कानों के लिए, ऐसा लगता है कि दूसरा हार्मोनिक सबसे जोर से है। मैंने यह सेटअप पहले बनाया है, लेकिन अब मैं एक विनीत चाहता हूं कि मैं अपने पिछले यार्ड में स्थापित कर सकता हूं। मेरे पास अब शांत खिड़कियां भी हैं, और मुझे उम्मीद है कि हेडफ़ोन के बजाय बड़े वक्ताओं पर सुनने में सक्षम हो।

— टॉम एंडरसन