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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Rauschärmere Elektret Mikrofonkapsel?


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Autor: Stefan (Gast)
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Hallo,

ich benötige für den geplanten Einsatzzweck (Field-Recording im Wald) 
möglichst kleine (10mm geht so gerade eben noch) möglichst rauscharme 
Elektret-Kapseln... (ja, ein Widerspruch in sich).

Die kritischen Parameter sind Durchmesser und Eigenrauschen der Kapsel. 
Das Beste, was ich bisher in dieser Hinsicht ergooglen konnte, ist dies:
Primo EM172

Durchmesser ......... : 10 mm
SNR@1Pa(94 dB SPL) .. : 80 dB (Eigenrauschen 14 dB SPL)
Frequenzgang ........ : 60Hz - 20kHz 
                        oberhalb von 10kHz leider nicht mehr so linear
                        wie eigentlich gewünscht...

OK, damit sind diese Kapseln immer noch Welten von 
Studio-Großmembran-Mikrofonen entfernt (bis runter zu einem 
Eigenrauschen von 5-6 dB SPL) und ganz billig sind sie auch nicht (ca. 
15€/Stk) aber OK...

Kennt jemand Elektretkapseln mit max. 10mm Durchmesser mit noch weniger 
Eigenrauschen?

best,
Stefan

Autor: Route_66 H. (route_66)
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Hallo!
Welche Werte kann man denn mit MEMS Mikrofonen erreichen?
Klein sind sie ja...
https://www.elektroniknet.de/elektronik/messen-testen/klein-und-trotzdem-gut-120402.html

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Autor: Jens G. (jensig)
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Stefan (Gast)

>ich benötige für den geplanten Einsatzzweck (Field-Recording im Wald)
>möglichst kleine (10mm geht so gerade eben noch) möglichst rauscharme
>Elektret-Kapseln... (ja, ein Widerspruch in sich).

Wenn Du Wald und rauscharm meinst? Ja, das klingt nach Widerspruch ...
Da muß ja absolute Windstille sein, und keine geballte Zivilisation 
(Stadt, Straßen/Autobahn, ...) in der Nähe sein.

Autor: Stefan (Gast)
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Jens G. schrieb:
> Wenn Du Wald und rauscharm meinst? Ja, das klingt nach Widerspruch ...
> Da muß ja absolute Windstille sein, und keine geballte Zivilisation
> (Stadt, Straßen/Autobahn, ...) in der Nähe sein.

Geballte Zivilisation ist in der Tat nicht in der Nähe. Windstill muss 
es nicht sein. Blätterrauschen darf gerne aufgezeichnet werden. Das ist 
kein Problem. Problematisch an den bisher verwendeten Kapseln ist, dass 
sie nur 60dB SNR bei 94 dB SPL haben.

So ein Vogel ist, wenn er nicht zu weit weg ist (und auch nicht direkt 
neben dm Mikrofon sitzt) mit rund 70 dB SPL dabei. Ein Mikrofon mit 60dB 
SNR hat ein Eigenrauschen von 34dB SPL. Damit ergibt sich für die 
Aufnahme des Vogels ein SNR von maximal 36 dB...

Das ist verdammt wenig. Oder anders: Die Aufnahme rauscht böse. Völlig 
unabhängig von der Qualität des Aufnahmegerätes, des Vorverstärkers... 
Einfach nur, weil das Mikro so verflucht böse rauscht.

best,
Stefan

PS: der "Widerspruch" bezog sich auf rauscharm vs. Elektretmikrofon... 
Gegen Windgeräusche hilft ein Fell auf dem Mikrofon.

Autor: Stefan (Gast)
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Route_66 H. schrieb:
> Welche Werte kann man denn mit MEMS Mikrofonen erreichen?

Offenbar ähnliche (bei reduzierter Größe). Mir fehlt nur jede Erfahrung 
mit MEMS-Mikrofonen und ihrer Beschaltung für analoge 
Mikrofon-/Line-Eingänge.

best,
Stefan

Autor: Klaus R. (klara)
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Stefan schrieb:

> SNR@1Pa(94 dB SPL) .. : 80 dB (Eigenrauschen 14 dB SPL)
> Frequenzgang ........ : 60Hz - 20kHz
>                         oberhalb von 10kHz leider nicht mehr so linear
>                         wie eigentlich gewünscht...

Also 80 dB SNR ist doch schon mehr als beachtlich. Da kommen viele RIAA 
Vorverstärker für Schallplatten nicht dran.

Über 10 kHz? Viel wirst Du da auch nicht hören. Das Rauschen ist zudem 
auch von der Bandbreite abhängig.

Wenn Du einen Vogel aufnehmen willst der zu weit weg ist, so dass das 
Nutzsignal vom Rauschen überdeckt wird, dann mußt Du mit Richtmikrofonen 
arbeiten.
mfg Klaus

Autor: Stefan (Gast)
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Klaus R. schrieb:
> Wenn Du einen Vogel aufnehmen willst der zu weit weg ist, so dass das
> Nutzsignal vom Rauschen überdeckt wird, dann mußt Du mit Richtmikrofonen
> arbeiten.

Richtmikrofone scheiden aus. Das ganze ist für "Echtkopf"-Stereophonie, 
also für 3D-Aufnahmen gedacht. Das ist auch der Grund warum die Kapseln 
nicht zu groß werden dürfen.

best,
Stefan

PS: ein OKM II Classic ist vorhanden. Das ist das Teil mit dem SNR von 
36 dB in der Aufnahme...

Autor: MWS (Gast)
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Mal das Datenblatt eines ICS-40730 ansehen.

Autor: Dieter (Gast)
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Ein Rundummikrofonarray in Verbindung einer auwendigen digitalen 
Signalaufbereirung waere eine Loesung fuer das Problem.
Bei 300m/s, dh 30kHz waeren 1cm, ginge noch Korrelationsmessung von sehr 
kleinen Mikros dicht zusammen.

Autor: Mike B. (mike_b97) Benutzerseite
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theoretische Zusatzfrage:

4 Elektretkapseln als Array
jeweils zwei in Reihe und die beiden Zweige dann parallel zusammen 
gelötet

Verstärkt sich das einzelne Rauschen genauso wie das Signal?

Autor: Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)
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Mike B. schrieb:
> Verstärkt sich das einzelne Rauschen genauso wie das Signal?

Wenn es gut geht bringt jede Verdoppelung 3 db (sqrt(Anzahl))

Autor: roehrenvorheizer (Gast)
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Hallo,

ich habe früher mittels dreistufigem Transistorverstärker und 
Kondensatormikrofon Insektengebrumme und Vogelstimmen im Garten in 
Stereo mittels Kunstkopf aufgenommen. Dabei war immer das Eigenrauschen 
des schlechten Verstärkers maßgebend. Einen Fortschritt brachte die 
Verwendung eines OP37 mit schaltbarer 10- facher, 100- facher und 
1000-facher Verstärkung.

Aber Deine Ansprüche sind bestimmt höher.

MfG

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Mike B. schrieb:

> 4 Elektretkapseln als Array
> jeweils zwei in Reihe und die beiden Zweige dann parallel zusammen
> gelötet

Das Rauschen kommt ja nicht vom Mikrofon (das sollte eigentlich
rauschfrei sein), sondern vom dem nachfolgendem Verstärkungs-
transistor. Die Verringerung des Transistorrauschens durch
Parallelschaltung mehrerer Transistoren ist eine seit Jahr-
zehnten bekannte Methode.

> Verstärkt sich das einzelne Rauschen genauso wie das Signal?

Nein, es verringert sich mit der Wurzel der parallel geschalteten
Transistoren.

Autor: Klaus R. (klara)
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Harald W. schrieb:
> Die Verringerung des Transistorrauschens durch
> Parallelschaltung mehrerer Transistoren ist eine seit Jahr-
> zehnten bekannte Methode.

Ja, aber ...

Beitrag "Re: Parallelschalten von Halbleitern für kleines Rauschen"
(von  Abdul K.)

Zusammenfassung: Lohnt sich nur wenn man zuvor selektiert. Ist sehr 
aufwändig.

Beitrag "Re: Parallelschalten von Halbleitern für kleines Rauschen"
(von mir)
Der LT1115 hat geringe Rauschwerte.

Voltage Noise 1.2nV/ rtHz Max at 1kHz
              0.9nV/ rtHz Typ at 1kHz

Viel besser geht es kaum noch. Der OP37 rauscht mit 3.0nV/ rtHz Typ at 
1kHz.

Allerdings das nur die halbe Miete. Rauschen kommt von einem reellen 
ohmschen Widerstand. Eine typische Schaltung für eine Elektret 
Mikrofonkapsel ist die Membran, die elektrisch ein Kondensator ist und 
ein Widerstand in Reihe geschaltet. Zwischen Kondensator und Widerstand 
greift man das Nutzsignal ab. Das Dilemma, ein kleiner Widerstand 
rauscht weniger, allerdings verringert sich auch das Nutzsignal.

MWS schrieb:
> Mal das Datenblatt eines ICS-40730 ansehen.

Im AN-1165, Seite 2, heißt es:
 For a 20kHz bandwidth, this multiplication factor is 141. Using the ADA4075-2 as an example, its noise density of 2.8 nV/Hz multiplied by 141 gives a noise level of 0.395 μV, or 128 dBV. ...

Das muß man erst einmal mit einer Elektret Mikrofonkapsel und speziell 
angepasstem internen Widerstand hinbekommen. Die Bandbreite von 20 kHz 
macht sich beim Rauschen mit Faktor 141 bemerkbar. 10 kHz Bandbreite 
rauschen da mit Faktor 100. Das sind die physikalischen Rails.
mfg Klaus

Autor: Burkhard K. (buks)
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Route_66 H. schrieb:
> Hallo!
> Welche Werte kann man denn mit MEMS Mikrofonen erreichen?
> Klein sind sie ja...
> 
https://www.elektroniknet.de/elektronik/messen-testen/klein-und-trotzdem-gut-120402.html

Kommt aufs Mikro an, schon recht gut scheint mir das (digitale) IM69D130 
von Infineon mit 69 dB SNR und -36 dbFS Empfindlichkeit bei einer 
Bandbreite von 20 Hz bis 20 kHz: 
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IM69D130-DS-v01_00-EN.pdf

: Bearbeitet durch User
Autor: Lurchi (Gast)
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Bei den Elektretkapseln rauscht vor allem der interne Verstärker. Der 
Externe Verstärker sollte schon gut sein, aber die Anforderungen sind 
eher nicht ungewöhnlich. D.h. so etwas wie NE5532/OP37 sollte 
ausreichen.

Wegen der relativ hohen Impedanz wäre ein LT1115 übrigens schlechter, 
wegen mehr Stromrauschen.

Das Rauschen der Kapseln ist in der Regel auch frequenzabhängig - über 
einen weiten Bereich mit 1/f Type rauschen. D.h. die Werte lassen sich 
nicht so einfach umrechnen. Wenn man höher in der Frequenz will, sind 10 
mm ggf. schon zu groß.

Autor: Dieter (Gast)
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Wie waere es mit einer empfindlichen Kristallmikrofonkapsel. Da waere 
noch kein rauschender Verstaerker integriert.

Autor: Udo K. (udok)
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Ich glaube mich erinnern zu können, dass

- Das die Kapsel sehr wohl ein Eigenrauschen hat, dass mit der Fläche
  abnimmt (zufällige Bewegungen der Luftmolekühle...)

- Das Rauschen dann vom internen FET bestimmt wird.

- Die interne FET Schaltung ist meist eine Primitivschaltung,
  wo der FET als Verstärker auf einen externen Widerstand arbeitet.
  Dieser macht viel Verzerrung, und rauscht auch je nach Fet
  mehr als die Kapsel selbst.
  Da gab es im Netz Schaltungen, die eine deutliche Verbesserung 
bringen.

- Welchen Opamp man dannach verwendet ist ziemlich wurscht.

- Die MEMS Mikrofone sind vorallem klein und billig,
  können aber nicht mit einer   guten Kapsel mithalten wegen der kleinen 
Fläche.

: Bearbeitet durch User
Autor: roehrenvorheizer (Gast)
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Autor: Mike B. (mike_b97) Benutzerseite
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Lurchi schrieb:
> Bei den Elektretkapseln rauscht vor allem der interne Verstärker.
> Der
> Externe Verstärker sollte schon gut sein, aber die Anforderungen sind
> eher nicht ungewöhnlich. D.h. so etwas wie NE5532/OP37 sollte
> ausreichen.

In den 10mm-Elektretkapseln ist doch gar kein Verstärker drin...?! 
zumindest in denen mit zwei Anschlüssen...
das ist nur ne Membrane

Autor: Rainer V. (a_zip)
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Hallo, ich erinnere mich an einen Beitrag zu Elekretemicro und 
Verstärker, wo das Micro geöffnet wurde und der Fet lahmgelegt wurde. 
Leider habe/finde ich den Link nicht mehr. Ich weiß, nicht sehr 
hilfreich, aber vielleicht kennt das ja ein Mitleser oder der TO sucht 
noch mal gezielt nach solchen Beiträgen...
Viel Spass und Gruß, Rainer

Autor: Jürgen S. (engineer) Benutzerseite
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Stefan schrieb:
> SNR@1Pa(94 dB SPL) .. : 80 dB (Eigenrauschen 14 dB SPL)
Das sind sicher A-bewertete Angaben, nehme ich an.

Mit den Mikros und ihren Daten ist das so eine Sache: Viele Angaben 
fehlen bei den Consumer-Mikros oder sind nicht vergleichbar. Gerne 
werden z.B. S/N und Maxpegel auf andere Grenzwerte bezogen und / oder 
A-bewertet. Damit fallen viele Werte - besonders bei MEMS-Mikros - 
scheinbar besser aus. Anbei ein Versuch, das zu vergleichen, geschätzte 
/ umgerechnete Werte in rot.

Die Werte kommen direkt aus den Datenblättern. Bei den Kapseln kommen 
noch etwas verbessernde / verschlechternd Werte hinzu, wenn man die 
analoge Umsbeschaltung ins Spiel bringt.

Bei digitalen MEMS kommt wiederum die feste, nicht ändere 
Analogeinstellung hinzu, welche indirekt z.B: die Übersteuerungsgrenze 
limitiert. Es ist daher besser, für Sonderanwendungen analoge MEMS zu 
benutzen und sie selber anzusteuern. Auch ist deren Grenzfrequenz nicht 
eindeutig, weil es von der Art der PDM-Dezimation abhängt, was man da 
auswerten kann.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Mike B. schrieb:

> In den 10mm-Elektretkapseln ist doch gar kein Verstärker drin...?!
> zumindest in denen mit zwei Anschlüssen...
> das ist nur ne Membrane

Das glaube ich nicht. Die in Elektretkapseln verbauten FETs sind
schon ziemlich speziell und auf dem freien Markt kaum zu bekommen.

Autor: Johannes T. (johannes_t)
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Bei Tierstimmen und kleinen Abmaßen hab' ich bei knowles bisher immer 
was gefunden:

https://www.knowles.com/department-details/dpt-microphones

Autor: Klaus R. (klara)
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Johannes T. schrieb:
> Bei Tierstimmen und kleinen Abmaßen hab' ich bei knowles bisher
> immer
> was gefunden:
>
> https://www.knowles.com/department-details/dpt-microphones

Die größte Empfindlichkeit liegt wohl bei -42 dBV bei 1 kHz@1Pa. Hier 
einer der MEMS.

https://www.knowles.com/docs/default-source/model-downloads/sph1642ht5h-1_reve.pdf?Status=Master&sfvrsn=4

Wie laut ist 1Pa?
mfg klaus

Autor: Matthias G. (matttthias)
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WM61A - das beste Mikrofon ever...
Durchmesser 6mm


https://www.digikey.de/products/de?keywords=wm61a

Im Datenblatt hört´s bei 20 KHz auf...
Du kannst damit aber auch Ultraschall bis 50 KHz "hören"

Wird seit einigen Jahren leider nimmer produziert.
Restbestände sind aber noch auffindbar.

Autor: Lurchi (Gast)
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Klaus R. schrieb:
> Wie laut ist 1Pa?
> mfg klaus

1 Pa sind 94 dB Schallpegel, also schon recht laut und man sollte da 
schon langsam Gehörschutz tragen.

Autor: Lurchi (Gast)
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Ich hatte vor Jahren mal gute Erfahrungen mit einer Sennheiser KE4-211 
Kapsel gemacht. Allerdings könnte es schwierig sein die zu bekommen. Es 
gab noch gute Signale bis weit über 20 kHz hinaus - allerdings war da 
meine Schallquelle nicht mehr so gut bekannt. Das Rauschen war damals 
für die geringe Größe (4.8 mm) sehr gut. Das Rauschen ist über einen 
großen Bereich 1/f artig.

http://www.music.mcgill.ca/caml/lib/exe/fetch.php?media=equipment:ke_4_211_2_gb.pdf

Autor: Jürgen S. (engineer) Benutzerseite
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Lurchi schrieb:
> Ich hatte vor Jahren mal gute Erfahrungen mit einer Sennheiser KE4-211
> Kapsel gemacht
In der Tat gute Werte für eine solche Kapsel. Habe sie mal in meine 
Liste eingearbeitet. Ich plädiere aber trotzdem für klassische Kapseln, 
die auch mit höheren Spannungen betrieben werden. Darüber lässt sich 
besonders einfach eine hohe Empfindlichkeit und damit ein gutes S/N 
darstellen. Der Klassier unter den Mikros ist diesbezüglich DPA, die mit 
130V arbeiten. Allerdings brauchen die spezielle Speiseteile und 
arbeiten nicht mit den 48V aus den Pulten.

Route_66 H. schrieb:
> Welche Werte kann man denn mit MEMS Mikrofonen erreichen?
> Klein sind sie ja...
MEMS haben nur eine minimale Membran und damit automatisch wenig 
Luftleistung, die genug Spannung macht im Vergleich zur Rauschspannung. 
Aus demselben Grund werden ja auch nach wie vor Großmembranmikros 
eingesetzt, obwohl KMB viel linearer sind.

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