Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mikrofonverstärker Linear in dB, Hilfe?


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von Student (Gast)


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Hallo liebes Forum,

ich benötige einen Mikrofonverstärker, welcher linear in dB arbeitet. 
Sprich ein aufgenommenes Sinussignal soll linear in dB steigen wenn es 
lauter wird. Also z.B.

70dB Sinus Mikrofoneingangssignal -> 500mV Sinus Ausgangssignal
73dB Sinus Mikrofoneingangssignal -> 550mV Sinus Ausgangssignal
76dB Sinus Mikrofoneingangssignal -> 600mV Sinus Ausgangssignal
...

Also eine Änderung von 3dB soll immer einer Änderung des Ausgangssignals 
um 50mV entsprechen. Ist so etwas mit einer einfachen Schaltung aus 
Mikrofonverstärker+Logarithmierer möglich? Falls ja, welche Diode für 
den Logarithmierer(1N4148?) und welchen Widerstand? Bzw. wie berechne 
ich den Widerstand um das obige Verhalten zu erzielen?

Gruß und schonmal vielen Dank

von Hp M. (nachtmix)


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Student schrieb:
> 70dB

Bezogen auf was?

Student schrieb:
> Sinus Mikrofoneingangssignal -> 500mV Sinus Ausgangssignal

Soll das ein Kompressor werden?
Dann stellt sich auch die Frage nach den Zeitkonstanten und dem 
Frequenzbereich.
Wenn du hingegen versuchst einen Sinus zu logarithmieren, wirst du am 
Ausgang sicherlich keinen Sinus erhalten.

von Student (Gast)


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70 dB(A).  Ich gebe einen 1kHz Sinus auf mein Mikrofon und messe 
parallel dazu mit einem dB(A)  Pegelmesser.  Wenn ich nun den Sinuston 
immer um 3dB erhöhe, soll mein Mikrofonverstärkter am Ausgang einen 
Sinus ausgeben der linear ansteigt. Also 3dB mehr soll immer 50mV mehr 
Ausgangsamplitude entsprechen.

von Student (Gast)


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Frequenzbereich ist das hörbare Audiospektrum, also 15Hz-20kHz.

von THOR (Gast)


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Wenn du mit Quantisierungsrauschen leben kannst, kannst du das mit nem 
ADC samplen und nach belieben digital filtern. Matlabkenntnisse 
vorhanden?

von M iWi (Gast)


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Student schrieb:
> Hallo liebes Forum,
>
> ich benötige einen Mikrofonverstärker, welcher linear in dB arbeitet.
> Sprich ein aufgenommenes Sinussignal soll linear in dB steigen wenn es
> lauter wird. Also z.B.
>
> 70dB Sinus Mikrofoneingangssignal -> 500mV Sinus Ausgangssignal
> 73dB Sinus Mikrofoneingangssignal -> 550mV Sinus Ausgangssignal
> 76dB Sinus Mikrofoneingangssignal -> 600mV Sinus Ausgangssignal
> ...
>
> Also eine Änderung von 3dB soll immer einer Änderung des Ausgangssignals
> um 50mV entsprechen. Ist so etwas mit einer einfachen Schaltung aus
> Mikrofonverstärker+Logarithmierer möglich? Falls ja, welche Diode für
> den Logarithmierer(1N4148?) und welchen Widerstand? Bzw. wie berechne
> ich den Widerstand um das obige Verhalten zu erzielen?
>
> Gruß und schonmal vielen Dank

Wäre interessant zu erfahren was Du studierst...

VGAs sind erfunden, such Dir bei "THAT" in den Application Notes das 
heraus was Du brauchst, rechne den Krempel (selber!) durch und baue es.

MiWi

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Klingt für mich nach einem Job für einen DSP. Evtl. die kleinen 
ADSP-21xx von Analog Devices auf einen Eval Board.
http://www.analog.com/en/design-center/landing-pages/001/adsp-21xx-processors-software-and-tools.html

von Ralph B. (rberres)


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Student schrieb:
> Also eine Änderung von 3dB soll immer einer Änderung des Ausgangssignals
> um 50mV entsprechen.

AD8307 von analog Device?

Es ist zwar als log Gleichrichter für HF bis 500MHz gedacht, es steht 
aber in der Applikation auch eine Anwendung für NF im Datenblatt.

Ralph Berres

von W.A. (Gast)


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Student schrieb:
> Frequenzbereich ist das hörbare Audiospektrum, also 15Hz-20kHz.

Der Logarithmus von einer Sinuskurve ist keine Sinuskurve mehr, sondern 
enthält am Eingang nicht vorhandene Oberwellen.

Der Logarithmierer kann also sinnvoll meist nur ein steuerbarer 
Abschwächer/Verstärker sein, dessen Grenzfrequenz deutlich unterhalb der 
niedrigsten, zu verarbeitenden Signalfrequenz liegt.

von Ralph B. (rberres)


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Hp M. schrieb:
> Soll das ein Kompressor werden?

Student schrieb:
> 70 dB(A).  Ich gebe einen 1kHz Sinus auf mein Mikrofon und messe
> parallel dazu mit einem dB(A)  Pegelmesser.  Wenn ich nun den Sinuston
> immer um 3dB erhöhe, soll mein Mikrofonverstärkter am Ausgang einen
> Sinus ausgeben der linear ansteigt.

Das wäre ein unbearbeitetes Signal.

Student schrieb:
> Also 3dB mehr soll immer 50mV mehr
> Ausgangsamplitude entsprechen.

Also was denn jetzt? doch logarithmisch?

Was du meinst ist offenbar doch ein Dynamikkompressor?

Das geht nur mit einen VCA ( spannungskontrollierter Verstärker ) und 
einen log-Gleichrichter.

Dabei muss man dann den Kompromiss zwischen Einstellzeit und 
Verzerrungen bei den niedrigen Frequenzen finden. Niedrige Verzerrungen 
kann man nur mit langen Einstellzeiten erreichen.

Mir scheint die Problemstellung ziemlich unausgegoren zu sein.

Es gibt solche Kompressoren im Beschallungsbereich fertig zu kaufen.

Bei einschlägige Firmen die sich auf Beschallung und Homerecording 
eingestellt haben.

Ralph Berres

von Student (Gast)


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Hallo

danke für die Antworten. Digital ist das sicherlich einfach möglich, es 
muss aber analog gelöst werden.

Student schrieb:
> 70 dB(A).  Ich gebe einen 1kHz Sinus auf mein Mikrofon und messe
> parallel dazu mit einem dB(A)  Pegelmesser.  Wenn ich nun den Sinuston
> immer um 3dB erhöhe, soll mein Mikrofonverstärkter am Ausgang einen
> Sinus ausgeben der linear ansteigt.

>Das wäre ein unbearbeitetes Signal.

Das ist falsch. Unbearbeitet steigt das Signal aus dem Verstärker 
logarithmisch an. Eine Pegeländerung von 40dB(A) auf 43dB(A) ist 
lediglich eine Amplitudenänderung von wenigen mV. Eine Pegeländerung von 
70dB(A) auf 73dB(A) dagegen beträgt eine Amplitudenänderung von 40-50mV.

Also das Ausgangssignal steigt logarithmisch mit dem Eingangspegel an. 
Ich möchte nun aber eine Schaltung entwickeln welche linear ansteigt. 
Also 3dB Änderung soll immer einem konstanten Änderungswert der 
Ausgangsamplitude entsprechen, egal ob von 40 auf 43 oder von 70 auf 73.

Mit einem VGA ist das sicherlich möglich. Die Produkte von THAT sind mir 
bekannt. Allerdings muss ich dafür wieder eine Steuerspannung 
generieren, welche die einstellbare Verstärkung bestimmt.

Geht sowas nicht einfacher? Oder gibt es fertige ICs?

von Rolf S. (audiorolf)


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Hp M. schrieb:
> Soll das ein Kompressor werden?

Das kann ich mir beim besten Willen nicht vorstellen. Das würde eine 
extreme Deformation des Signals zur Folge haben.

Für einen Kompressor braucht man bandweise Pegelintegrale als 
Steuerinformation für den Lautstärkesteller.

Als Lösung der Aufgabe würde ich einen einfach Controller benutzen. 
AD-Wandlung und dann einen iterativen Logarithmierer. Der liefert binnen 
samppe-Geschwindigkeit das Ergebnis.

: Bearbeitet durch User
von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Es gibt drei Arten von logarithmischen ICs
1. DC-Logarithmierer, die nur pos. oder nur neg. Signale logarithmieren, 
das ist es nicht.
2. logarithmische Detektoren, wie der von Ralph genannte AD8307, das ist 
es auch nicht, da kommt eine Gleichspannung raus, wenn man 
Wechselspannung einspeist.
3. das ist wohl gemeint: ein beidseitig (pos. und neg Halbwelle) 
logarithmisch begrenzender Verstärker.
Die sind relativ selten, Kompressoren machen es mit einer Regelung, hier 
erfolgt das sanfte Clippen sofort.
TL441 kann das, wenn ich das Datenblatt damals richtig verstanden habe.
Philips hatte sowas
http://elcodis.com/parts/6043410/TDA8780M.html#datasheet
"TDA8780M True logarithmic amplifier"
Mit der Bezeichnung gefunden:
http://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-078.pdf
Fig.3 zeigt die gesuchte Kennlinie

: Bearbeitet durch User
von Ralph B. (rberres)


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Student schrieb:
> Das ist falsch. Unbearbeitet steigt das Signal aus dem Verstärker
> logarithmisch an. Eine Pegeländerung von 40dB(A) auf 43dB(A) ist
> lediglich eine Amplitudenänderung von wenigen mV. Eine Pegeländerung von
> 70dB(A) auf 73dB(A) dagegen beträgt eine Amplitudenänderung von 40-50mV.

Unbearbeitet ist ein Verstärker immer linear. ( sollte er wenigstens 
sein ).

Wenn der Eingangspegel sich um 3db ändert, ändert sich der Ausgangspegel 
ebenfalls um 3db. db ist immer noch ein dimensionsloses Verhältnismaß.

Was du willst ist eine Dynamikkomprssion.

Wenn es dir um die Gewinnung einer Gleichspannung für eine Anzeige geht, 
ist der AD8307 genau das was du brauchst, wenn du aber die 
Wechselspannung am Ausgang erhalten willst, läuft es über eine Lösung 
mit einen VCA raus,samt log Gleichrichter der die Regelspannung für den 
VCA erzeugt.

Und da gibt es nun mal Kompromisse die man eingehen muss.

Ralph Berres

von Student (Gast)


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>Wenn es dir um die Gewinnung einer Gleichspannung für eine Anzeige geht,
>ist der AD8307 genau das was du brauchst, wenn du aber die
>Wechselspannung am Ausgang erhalten willst, läuft es über eine Lösung
>mit einen VCA raus,samt log Gleichrichter der die Regelspannung für den
>VCA erzeugt.

Wie du richtig vermutet hast möchte ich letzlich eine Gleichspannung 
erzeugen. Da mir die Version mit einem VCA zu aufwendig ist, werde ich 
dann wohl die logarithmische Gleichspannung in linear umwandeln.

Meine Schaltung erzeugt eine vom Pegel abhängige Gleichspannung zwischen 
-240mV und 0mV. Dies entspricht einem Mikrofon Bereich von 40dB(A) bis 
76db(A).

Also:

Ist Werte:
40dB(A)=-240mV
43dB(A)=-238mV
46dB(A)=-237,4mV
...
...
...
67dB(A)=-165mV
70dB(A)=-135mV
73dB(A)=-83.7mV
76dB(A)=-8.7mV

Wie Ihr seht steigt die Gleichspannung logarithmisch an. Was ich nun 
möchte ist ein linearer Anstieg:

Soll Werte:
40dB(A)=-240mV
43dB(A)=-220mV
...
...
...
67dB(A)=-60mV
70dB(A)=-40mV
73dB(A)=-20mV
76dB(A)=0mV

Soetwas scheint mit dem AD8307 möglich zu sein. Vielen Dank dafür 
schonmal. geht soetwas evtl. auch mit einer gewöhnlichen 
Logarithmier/Potenzier Schaltung aus OP und Diode?

von Rolf S. (audiorolf)


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Gibt es und so wird es in manchen ICs auch gemacht, z.B. in 
Analogmultiplizierern. Diese dort benutzten Dioden sind aber sehr fein 
aufgebaut, frei von Hochstromartefakten und werden entsprechend 
angesteuert, d.h. sie sind spannungs- und temperaturkompensiert. Per 
Hand baust Du das nicht mal so einfach nach.

: Bearbeitet durch User
von Georg (Gast)


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Student schrieb:
> Was ich nun
> möchte ist ein linearer Anstieg:

Aber das ist doch das, was seit vielen Jahrzehnten jede Pegelanzeige an 
jedem Verstärker anzeigt? Gleichmässige Abstände auf der Anzeigeskala 
für gleiche dB-Differenzen?

1000 mal gelöst, 1000 mal wars kein Problem...

Georg

von Erwin D. (Gast)


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Rolf S. schrieb:
> Gibt es und so wird es in manchen ICs auch gemacht, z.B. in
> Analogmultiplizierern. Diese dort benutzten Dioden sind aber sehr fein
> aufgebaut, frei von Hochstromartefakten und werden entsprechend
> angesteuert, d.h. sie sind spannungs- und temperaturkompensiert. Per
> Hand baust Du das nicht mal so einfach nach.

Die Frage ist, wozu er diese Gleichspannung benötigt. Wenn er damit 
messen will, hast du sicherlich recht. Aber wenn er die Spannung nur zur 
Anzeige des Pegels braucht, reicht sicherlich der Logarithmierer mit 
OPV/Diode aus der Bastelkiste.

von Ralph B. (rberres)


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Erwin D. schrieb:
> Aber wenn er die Spannung nur zur
> Anzeige des Pegels braucht, reicht sicherlich der Logarithmierer mit
> OPV/Diode aus der Bastelkiste.

Aus eigener Erfahrung ist sowas eine ziemlich driftente Angelegenheit.

Da lobe ich mir die Lösung wie es der AD8307 und die meisten Log 
Verstärker in HF Messgeräten machen. Kaskadierte Verstärker , welche 
Stück für Stück in die Begrenzung gehen, und dessen gleichgerichtete 
Ausgangssignale aufsummiert werden. Das funktioniert stabil und genau 
genug. Die Kosten für den AD8307 halten sich in Grenzen, wenn man nicht 
40 solcher Gleichrichter braucht wie z.B. in einen großen Mischpult.

Ralph Berres

von Erwin D. (Gast)


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Ralph B. schrieb:
> Aus eigener Erfahrung ist sowas eine ziemlich driftente Angelegenheit.
>
> Da lobe ich mir die Lösung wie es der AD8307 und die meisten Log
> Verstärker in HF Messgeräten machen.
Ja klar. Ich wollte das ja nur als Argument gegenüber dem Vorschlag von 
Rolf bringen. Für Anzeigezwecke braucht man keine unbezahlbare Lösung.

@Rolf: nicht bös gemeint :-)

von Harald W. (wilhelms)


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Erwin D. schrieb:

> Für Anzeigezwecke braucht man keine unbezahlbare Lösung.

Ja, im einfachsten Fall nimmt man einen LM3915. Passende Schaltung
steht im Datenblatt.

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