Hallo allerseits!
ich habe hier einen Fledermaus Detektor von Franzis.
https://www.elektronik-labor.de/Lernpakete/Fledermaus4.html Nachdem ich
damit etwas gespielt habe, möchte ich das alles genauer verstehen, denn
eigentlich sollte er als Basis dienen um etwas zu lernen.
Es geht erst mal um den Eingang. Könnt ihr mir genauer erklären, wie das
funktioniert? Ich versuche mein Verstandenes zu schreiben und wenn ich
voll daneben liege, bitte ich um Berichtigung.
Erste Frage ist wie genau jetzt der Arbeitspunkt von dem Transistor
eingestellt wird: Versorgt wird das über einen 5V Regler, d.h. über die
470k fließen so ungefähr 10 uA in die Basis. Je nach beta des
Transistors (so 300 gesagt) ergibt das 0.3 mA Kollektorstrom. Ergo am
Kollektor 3V. Also so grob in der Mitte der Versorgung... Leitet der
Transistor mehr, fällt Uc und damit fließt weniger in die Basis was den
Arbeitspunkt stabilisiert.
Wie berechnet sich denn jetzt die genaue Verstärkung für das Ultraschall
Signal?
Das verstärkte Signal ist dann AC gekoppelt an den Eingang des IC, aber
wenn ich da die Grenzfrequenz haben will: ist das 3,3n und 1k? da stehe
ich auf dem Schlauch.
Auch der 1 nF Kondensator ist mir nicht ganz klar. Eigentich eher gar
nicht.
Als letztes: Ich würde mich über Ideen und Vorschläge freuen, was ich an
der Eingangsverstärkung modifizieren kann. Gibt es bessere oder einfach
andere Schaltungen, die empfindlicher sind? Oder sparsamer? oder
ähnliches?
Vielen Dank für die Hilfe, ich hoffe ich bekomme Input für mein hands-on
Abenteuer!
Mein (bescheidenes) Verständnis liefert mir hierzu nur noch ein paar
Seltsamkeiten.
Ich weiß nicht wozu der 1k Widerstand am Emitter dient, weil mit dem
Elko zur Versorgung hebt er damit nur stabil das Potential.
Der 1nF von von B zu E könnte hochfrequente Einstreuungen oder
Schwingungen vorbeugen.
Oben beim Ausgang des Verstärkers ist der 1nF auch vermutlich aus dem
gleichen Grund. Für sehr hohe Frequenzen hat man ja einen kapazitiven
Spannungsteiler mit kaum einer Abschwächung, für niedrige Frequenzen
klar ein Hochpass.
Der CD2003 scheint wohl ein Nachfolger des legendären TBA120 zu sein.
Ich hab auch schon überlegt einen Fledermausdetektor zu bauen. Ich bin
aber noch am Ringen, ob ich nicht einen schnellen Sampler (200kHz) mit
Speicher baue, 5 sek aufnehme und mir das dann mit 1/10 Geschwindigkeit
anhöre... Ist sicher wesentlich besser aber viel aufwändiger.
Der Daniel schrieb:> Gibt es bessere oder einfach> andere Schaltungen, die empfindlicher sind? Oder sparsamer? oder> ähnliches?
Die Schaltung muss sich in erster Linie nach dem verwendeten Mikrofon
(Empfindlichkeit, Frequenzgang) richten. Oft liegt deren Empfindlichkeit
bei +/- 50 dbV pro Pascal (Elektret). Was den Frequenzgang betrifft,
fallen die meisten Elektretmikros (ECM) oberhalb von 10 - 20 kHz mit 12
dB/Oktave ab - MEMS-Mikros weisen abhängig von der Konstruktion flache
Frequenzgänge bis manchmal über 50 kHz auf (Knowles hat IMHO ein
digitales MEMS bis ca. 80 kHz im Angebot).
Der erste Schritt wären also Auswahl/Erwerb eines geeigneten Mikros -
ein weites Feld. Mehrere kommerzielle Fledermaus-Detektoren arbeiten mit
dem FG-23629 von Knowles - ein ECM mit 2.54 mm Kapsel-Durchmesser.
Leider lässt sich Knowles diesen Winzling teuer bezahlen (~ 30 Euro).
Als Alternative bieten sich MEMS-Mikros an, die aber praktisch immer nur
mit Reflow zu löten sind. Erschwerend kommt hinzu, dass der Frequenzgang
oberhalb der menschlichen Hörschwelle vom Hersteller praktisch nie
spezifiziert wird - Versuch macht Fluch und manchmal kluch.
Fire Heart schrieb:> Ich bin> aber noch am Ringen, ob ich nicht einen schnellen Sampler (200kHz) mit> Speicher baue, 5 sek aufnehme und mir das dann mit 1/10 Geschwindigkeit> anhöre... Ist sicher wesentlich besser aber viel aufwändiger.
Das nennt sich "Zeitdehnung". Ich hab dafür einen FPGA (Artix-7) am
Start. Samplingrate: 1 MSp/s - im Augenblick noch ein ADC mit 12bit
Auflösung (AD7476A). Als Mikro ein FG-23629 von Knowles, der Verstärker
hebt die Frequenz umschaltbar entweder mit erster oder zweiter Ordnung
(bis ca. 200 kHz) an, die Gesamtverstärkung beträgt Frequenz- und
einstellungsabhängig bis zu 70 dB. Die Signale laufen in den
DDR-Speicher des FPGA-Boards, Wiedergabe daraus mit 10- oder 20-fach
verlangsamter Wiedergabe über einen USB-Ausgang. Mit dieser Mimik lassen
sich Aufnahmen wie diese hier realisieren:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chirps190918-22s2.png /
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chirps190918-22s.mp3
Unter 500 kSp/s würde ich da nicht ran gehen - Zwergfledermäuse starten
Ihren Chirp bei 70-80 kHz, anderen Arten bei höheren Frequenzen.
Burkhard schrieb:> Ich hab dafür einen FPGA (Artix-7) am> Start. Samplingrate: 1 MSp/s - im Augenblick noch ein ADC mit 12bit> Auflösung (AD7476A). Als Mikro ein FG-23629 von Knowles, der Verstärker> hebt die Frequenz umschaltbar entweder mit erster oder zweiter Ordnung> (bis ca. 200 kHz) an, die Gesamtverstärkung beträgt Frequenz- und> einstellungsabhängig bis zu 70 dB. Die Signale laufen in den> DDR-Speicher des FPGA-Boards, Wiedergabe daraus mit 10- oder 20-fach> verlangsamter Wiedergabe über einen USB-Ausgang.
Heißa, das ist ja die Edel-Version dessen, was ich mir vorgestellt hätte
(und vermutlich nie realisieren werde). Da habe ich ja gleich den
Fledermausexperten erwischt!
Ich hätte in "erster Näherung" mal einen Ultraschallempfänger verwendet,
wie er für die Abstandssensoren eingesetzt wird. Vermutlich geht damit
erst mal gar nix, oder?
Hallo,
ja, aber vergesst mich bitte nicht... ;-)
Also habe noch weiter überlegt. Der 3,3 nF Kondensator sollte den DC
level der verstärkten Echos vom Arbeitspunkt auf die 5V Versorgung
schieben. Richtig?
Dann verstehe ich aber noch immer nicht was der Sinn der 1 nF ist. Aus
dem Bauch heraus, klar, eine Frequenzabhängigkeit von dem 1 k Widerstand
an dem IC. Dadurch wird die Impedanz kleiner. Aber welchen Effekt hat
das?
Ansonsten entnehme ich, dass es nicht viel Sinn macht, an dem Verstärker
der Ultraschall Signale zu basteln, sondern erst mal andere Mikrofone zu
versuchen.
Burkhard schrieb:> Naja, diese Sensoren sind meist nur in einem sehr engen Frequenzband um> die spezifizierte Frequenz herum empfindlich (z.B. 40 kHz +/- 700 Hz) -> damit erwischt Du nur wenige Rufe/Arten.
Mit solchen ist aber der vom TO genannte Franzis-Bausatz ausgestattet.
Und zumindest meine Haus- und Hoffledermaus wird damit schön erkannt.
Wieso nennst du das FG-23629 von Knowles? Das ist doch auch nur bis
10...20kHz nutzbar.
Aber ich glaube, der TO wollte nur die Eingangsschaltung verstehen. Er
könnte dazu den Teil auch mal in LTSpice nachbilden und so sehen, wie
welche Komponente wirkt. Als Start kann er ja hier mal nachschauen:
Beitrag "[LTSpice] Realistische Ersatzschaltung Elektretmikro FG-23629"
Wenn er einigermaßen professionell Fledermäuse finden und unterscheiden
will, dann braucht er das hier:
https://www.amazon.de/Wildlife-Acoustics-Inc-Fledermausdetektor-Android/dp/B076VHLCC5/ref=sr_1_3?keywords=fledermaus+Detektor&qid=1571383477&sr=8-3
und ein Android Smartphone/Tablet. Kostet aber ...
HildeK schrieb:> Als Start kann er ja hier mal nachschauen:> Beitrag "[LTSpice] Realistische Ersatzschaltung Elektretmikro FG-23629"
Oh, der Beitrag war wohl von dir, Burkhard, und es ging sogar um das
FG-23629! Aber auch da sah es doch nach einem Tiefpassverhalten oberhalb
von 10kHz aus?
Der Daniel schrieb:> Nachdem ich> damit etwas gespielt habe, möchte ich das alles genauer verstehen, denn> eigentlich sollte er als Basis dienen um etwas zu lernen.
Leider vernachlässigt Franzis die Erklärungen in sämtlichen Baubüchern
und Bausätzen immer mehr. Bei dem hohen Preis erwarte ich das aber.
Der 3,3 nF Kondensator lässt nur AC durch, so dass die beiden
Schaltungsteile links und rechts davon eine unterschiedliche
Ruhespannung haben können.
Der 1nF Kondensator bildet zusammen mit der Ausgangsimpedanz des
Mikrofonverstärkers einen Tiefpass, damit das Ding nicht auf Radiowellen
reagiert.
Kann jemand ein Bespiel posten, wie die Aufnahme einer Fledermaus (oder
generell eines hochfrequenten Signals) dann klingt, wenn man die
Schaltung mit einem CD2003 aufbaut. Im Grunde handelt es sich ja um
einen Mischerverstärker, der die trigonometrischen
Summenfunktionen/Produktfunktionen bemüht, um ein hochfrequentes Signal
herunterzutransformieren. Da dies aber nur für rein sinusförmige Signale
wirklich mathematisch stimmt, ergeben sich für reale Signale vermutlich
jede Menge Artefakte ... und ich frage mich, ob sich das dann überhaupt
noch gut anhört...
Fire H. schrieb:> Kann jemand ein Bespiel posten, wie die Aufnahme einer Fledermaus (oder> generell eines hochfrequenten Signals) dann klingt, wenn man die> Schaltung mit einem CD2003 aufbaut.
Es gibt jede Menge Youtube Videos, die die Geräusche von Fledermäusen
mit dem Franzis-Bausatz (eigentlich von B. Kainka) zu Gehör bringen.
Z.B. https://www.youtube.com/watch?v=xc0J8QZNjWc> Im Grunde handelt es sich ja um> einen Mischerverstärker, der die trigonometrischen> Summenfunktionen/Produktfunktionen bemüht, um ein hochfrequentes Signal> herunterzutransformieren. Da dies aber nur für rein sinusförmige Signale> wirklich mathematisch stimmt, ergeben sich für reale Signale vermutlich> jede Menge Artefakte ... und ich frage mich, ob sich das dann überhaupt> noch gut anhört...
Es ist ein Mischer, der f_out ausgibt nach der Formel
f_out=f_in-f_mischer.
Es würde sich für Musik furchtbar anhören, denn dann stimmen die Akkorde
nicht mehr. Bei den Fledermäusen hat man ja keinen Bezug :-).
Thomas B. schrieb:> Da hast Du mich auf eine Idee gebracht.> Ich kaufe das Ding und baue das Mikro aus.
Hast du gesehen, dass das Gerät 200 Euro kostet?
Um Fledermäuse festzustellen, reicht das Franzis-Gerät. Es knattert halt
einfach nur, wenn welche in der Nähe sind.
Für genauere Analysen liebäugel ich mit diesem Mikro + Recorder:
https://www.dodotronic.com/product/ultramic-384k-ble/?v=2a47ad90f2ae
Man kann es eben auch einfach irgendwo anbringen, aufnehmen lassen und
dann später analysieren.
Thomas B. schrieb:> Ich kaufe das Ding und baue das Mikro aus.
Es wäre wesentlich sinnvoller, das Teil einfach an ein Tablet oder
Smartphone zu stecken, die passende App dazu laden und dann bekommst du
sogar Infos über die Fledermausart.
Der Daniel schrieb:> Also habe noch weiter überlegt. Der 3,3 nF Kondensator sollte den DC> level der verstärkten Echos vom Arbeitspunkt auf die 5V Versorgung> schieben. Richtig?> Dann verstehe ich aber noch immer nicht was der Sinn der 1 nF ist. Aus> dem Bauch heraus, klar, eine Frequenzabhängigkeit von dem 1 k Widerstand> an dem IC. Dadurch wird die Impedanz kleiner. Aber welchen Effekt hat> das?
Die beiden 1k Rs und die 1nF und 3.3nF Cs bilden einen flachen
Bandpass mit einem Maximum bei ca. 100kHz.
Der eine 1k R wird natuerlich auch noch f. den Arbeitspunkt des
Transistors benutzt und der andere um Pin 16 auf DC 5V zu setzen.
Fledermausdetektor-Eingang.png
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