Amplificare microfoni per misure audio

Ciao a tutti mi son reso conto di non aver mai postato una domanda, quindi voglio rimediare :-) Spero non siate tutti in vacanza, o perlomeno che siate connessi anche in spiaggia!

In lab stiamo facendo misure audio all'interno di un tubo, usando dei microfoni piezo resistivi (quindi con uscita differenziale, da ponte di Wheatstone) collegati ad una scheda di acquisizione a 16bit.

Nella situazione attuale li stiamo usando con un'alimentazione a 5V (le specifiche sono per 10V, e via un bit!) Tra l'altro qualcuno (il mister) ha deciso di comprare la versione a 2 psi anzichè la versione a 1 psi (e via un altro bit!). Risultato: uno schifo. Probabilmente 6 o 7 bit utili, usando livelli acustici oltre ogni limite ragionevole, con tutte le nonlinearità del caso.

Pensavo quindi di metterci un amplificatorino adeguato, il tutto nella maniera più semplice, veloce e indolore possibile. E magari anche senza intaccare troppo sul budget.

Non ho mai progettato nulla di simile, per cui chiedo lumi a chi ne sa qualcosa/ha già tentato qualcosa di simile. Ho individuato qualche soluzione che vi espongo qui di seguito, nella speranza che sappiate darmi qualche suggerimento.

Dati: Alimentazione disponibile: 5V, qualche centinaio di mA, proveniente dalla scheda di acquisizione (NI USB-6251). Eventualmente ci sarebbe anche un 10V, direttamente dall'alimentatore (switching) della scheda. Preferirei non aggiungere un altro alimentatore, per mantenere le cose compatte. Infatti vorrei mettere la schedina con gli ampli all'interno di una patch box già esistente, che si collega alla scheda di acquisizione. Amplificazione circa 100, per recuperare appunto quei 7-8 bit non sfruttati (probabilmente di più, considerando che i livelli sonori dovrebbero essere più bassi). L'ordine dei componenti verrà fatto su RS, altrimenti devo pagare io :-) Al limite potrei ordinare da Farnell, ma non sono sicuro se sia possibile. La schedina la realizzerò su un pezzetto di millefori, quindi niente SMD per questa volta...Non ho tempo di stampare PCB e al momento non ho neanche l'attrezzatura per farlo.

La prima soluzione a cui ho pensato è utilizzare uno di quei moduli DC-DC per ottenere +/-5V e con questi alimentare un ampli per strumentazione. I microfoni li alimenterei con gli stessi +/-5V del modulo, anche per mantenere le cose simmetriche e abbassare così il modo comune. Non ho visto niente di simile cercando su internet...Ci sono particolari controindicazioni nell'usare convertitori DC-DC in uno strumento?

Altra soluzione più semplicistica potrebbe essere usare un ampli per strumentazione in grado di funzionare con alimentazione singola, alimentato dal 5V o, più realisticamente, dal 10V (eventualmente con un 7808 in mezzo). Il problema in questo caso sarebbe che la scheda di acquisizione accetta solo intervalli di tensione simmetrici (ad esempio da -0.1V a 0.1V), quindi potrei scegliere tra:

-perdere un bit

-accoppiare in AC, (non credo comunque di avere bisogno di frequenze al di sotto della banda audio)

-usare un ingresso differenziale, dando all'ingresso invertente la polarizzazione dell'uscita del mio ampli, ma non so a che problemi andrei incontro.

A parte questo, non ho ancora trovato un INA con adeguato BP che funzioni con alimentazione singola.

Queste sono le mie idee confuse...Spero sappiate aiutarmi. Probabilmente avrò dimenticato qualche dettaglio importante...Nel caso, chiedete pure.

Grazie!

Pasu

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Pasu
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Pasu ( snipped-for-privacy@virgilio.it) ha scritto:

:: Pensavo quindi di metterci un amplificatorino adeguato

Credo che questo intervento non risolva la condizione pessima di misura. Ricorda che sono importanti la sensibilità e il fondo scala: bisogna lavorare verso il fondoscala con le misure e la sensibilità dovrebbe essere la più piccola possibile per ridurre gli errori (altrimenti perdi consistenza nella misura di un qualche bit).

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SBS

Ciao SBS grazie per la risposta. Credo però dovresti avere più fiducia nell'elettronica ;-) Nel mio caso ho 6-7 bit utili, non perchè il segnale è coperto da rumore. In quel caso, come dici tu, sarebbe inutile amplificare, perchè amplificheresti anche il rumore, senza guadagnarci niente, anzi, aggiungendo altro rumore con l'elettronica dell'ampli. Nel mio caso il segnale è pulitissimo (come potrebbe essere un segnale proveniente da microfoni da un migliaio di Euro ciascuno, a monte di un box di acquisizione della National Instrument...). Il problema è che il livello è talmente basso da non riuscire a coprire i 16bit disponibili, anche utilizzando la massima sensibilità (-0.1V..0.1V FS).

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Pasu

non puoi usare batterie da 9V solo durante le misure? Almeno nella fase prototipale evita il dc/dc.

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tristram

Sono misure abbastanza lunghe e non posso affidarmi a delle batterie. Mi immagino già la scena: le batterie cominciano a dare segni di sfinimento proprio sul più bello, quando le cose cominciano a funzionare e...Niente batterie di ricambio :-) Comunque non è un prototipo...È una cosa che DEVE funzionare e il più presto possibile. Non ci saranno repliche dello strumento, ma al massimo modifiche...Sul campo.

Grazie

Pasu

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Pasu

.=2E.............. .=C8 una cosa che DEVE funzionare e il pi=F9 presto .=2E............

comprati un buon alimentatore lineare + e - 12V da cui ricavi i 10V. Mi pare di capire che hai bisogno di qualche mA e non dovresti spendere molto. .=2E.........io userei le batterie magari in parallelo e magari ricaricabili, tutti i problemi che avrai non saranno imputabili alla qualita' dell'alimentazione.

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tristram

DC

Ho usato convertitori DC/DC in schede di acquisizione audio e non ho avuto problemi. Ho usato BurrBrown, ora TI, ma credo vadano bene anche altri. Ho usato i tipi con separazione galvanica, che credo sia una condizione irrinunciabile. Anzi la ragione principale per cui ho usato i convertitori DC/DC era proprio quella di ottenere un riferimeno di massa pulito per la parte analogica.

Ciao.

lucky

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lucky

L'alimentatore duale non è esattamente l'oggetto che rientra nella categoria "oggetti compatti" (soprattutto se ci sono altre 3 scatole in giro) :-) Il problema è che dovrei fare l'ordine ad RS, quindi vorrei prendere tutto in una volta sola. Potrei fare così: provo a metterci il DC-DC e se vedo picchi strani nello spettro allora provo ad alimentare a batterie.

Grazie di nuovo

Ciao

Pasu

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Pasu

Grazie 1000000. Cercavo proprio qualcuno che avesse già provato una cosa simile.

Grazie ancora a tutti, vi farò sapere come va a finire

Pasu

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Pasu

Rientro oggi, spero di essere ancora in tempo.

I miei dieci centesimi:

Hai un sensore piezoresistivo a ponte. Un amplificatore per strumentazione =E8 tra le soluzioni migliori, ti consiglio di guardarti:

formatting link

che suggerisce soluzioni adeguate alle specifiche situazioni, per ottimizzare la reiezione al modo comune e/o ai disturbi sull'alimentazione. Quest'ultima di solito =E8 abbastanza alta per alimentazioni switching (controlla nei datasheet che sia alta anche a

100kHz, non solo a 100 Hz) quindi usa pure l'alimentazione bilanciata.

Come IC ti consiglio i soliti TI/Burr-Brown scegliendo INA103 oppure INA217 (specifico per microfoni) se il tuo ponte piezoelettrico =E8 a bassa impedenza (qualche kohm). Meglio altri, con current noise pi=F9 basso (forse INA111, vedi tu) se =E8 ad alta impedenza.

Una ultima cosa: se ci metterai uno switching, considera la possibilit=E0 di usare tensioni pi=F9 alte di +5 / -5 V. Alcuni INA vanno misurabilmente meglio.

Ultimissima: il ponte piezoresistivo andr=E0 alimentato, suppongo, in continua. Se il resto =E8 fatto bene, ai piccoli segnali il rumore pi=F9 alto sar=E0 quasi certamente il rumore di modulazione del ponte. Consider=E0 la possibilit=E0 di mettere una normalizzazione (un divisore analogico veloce) tra uscita ampli e ingresso scheda

Ciao

Tullio

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Tullio Mariani

Ciao Tullio, non sei in ritardo, anzi, aspettavo il tuo intervento! :-) In realtà temevo fossi in ferie...

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Beh, sull'INA non c'erano dubbi... Vado subito a dare un'occhiata comunque.

È quello che spero. Il mio timore è che i disturbi di commutazione rientrino per accoppiamenti vari, non solo attraverso l'alimentazione.

Uhm...L'INA217 non c'è, INA111 out of stock. L'unico valido che avevo trovato è proprio l'INA103, che è disponibile in formato DIP ed ha ben 6MHz di GBWP!! Tra l'altro ha anche la Rg integrata per amplificare 100... Cosa posso chiedere di più dalla vita? L'impedenza è data per 2K+/- 0.8K sull'alimentazione, 1K6 sul segnale (anche se non mi è molto chiara questa differenza...)

I +/-5V li avevo scelti per avere i 10V sul ponte, come raccomandato dal datasheet. In effetti però ho visto anche che +/-5V validi non ce ne sono a catalogo, e l'INA che ho scelto non va a +/-5V... Quindi ho optato per un

+/-12V. Il ponte è dato per 2K, quindi pensavo di metterci una 470R su entrambi i rami dell'alimentazione, magari anche con un condensatorino di filtro...

E qui mi hai perso. Non ho capito cosa intendi per normalizzazione. Il box di acquisizione permette di selezionare il fondoscala tra +/-

0.1V,0.2V,0.5V,1V,2V,5V,10V. Nel manuale dicono che è possibile cambiare scala nel tempo di un campione... Ti riferisci a qualcosa del genere?

Ricapitolando, il mio ordine RS al momento è:

1 DC-DC converter TRACO 4.5/9 ->+/- 12V 3W 239-0018 £16.70 3 INA103KP 828-684 £10.15

Vado a leggere il documento che mi hai passato. Per ora grazie 1000.

(non)A proposito...Non so se hai mai ricevuto le mie email... Come è andata a finire per il tuo progetto di AFM con la scheda audio?

Ciao

Pasu

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Pasu

Lo ero. Due settimane a Otranto e dintorni (raccomando)

il link dovrebbe portare alla AN43 linear, di jim williams, la bibbia dei sistemi a ponte.

entrino

Facendo correttamente i ritorni non dovrebbe succedere

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Non =E8 comunque il migliore, se l'impedenza =E8 ~2kohm. Meglio 103 o 217.

e in

:-) considera se 100 non =E8 troppo.

anche

boh! forse il ponte non =E8 simmetrico (R uguali due a due, non tutte e

4).

no a

Non lo farei cos=EC. Abbasserei con un IC Vref (assorbono poco) a 5V (tipo AD586) ed eventualmente simmetrizzerei con un opamp. Tieni presente che il noise sulla alimentrazione del ponte, se il ponte non =E8 *perfettamente* a zero (ma in quel caso.. :-) va a modulare il segnale in uscita del ponte stesso (per questo suggerivo normalizzazione, vedi dopo)

No, a questo, che cancella il rumnore di modulazione detto sopra:

[FIDOCAD] LI 95 25 95 40 LI 95 40 100 40 MC 40 35 1 0 080 MC 55 35 1 0 080 MC 40 65 1 0 080 MC 55 65 1 0 080 LI 40 35 40 25 LI 40 25 55 25 LI 55 25 55 35 LI 40 45 40 65 LI 55 45 55 65 LI 40 75 40 90 LI 40 90 55 90 LI 55 90 55 75 LI 55 50 70 50 LI 70 50 70 35 LI 70 35 95 35 LI 40 60 70 60 SA 55 50 SA 40 60 SA 55 90 SA 95 35 SA 40 25 LI 40 25 20 25 MC 20 25 0 1 074 LI 100 50 95 50 LI 95 50 95 65 SA 95 55 LI 100 40 100 50 LI 95 65 135 45 LI 135 45 95 25 TY 105 40 5 3 0 0 0 * INA103 TY 10 15 5 3 0 0 0 * Vref RV 145 30 190 55 LI 70 60 80 60 LI 80 60 80 55 LI 80 55 95 55 LI 135 45 145 45 SA 145 45 LI 40 25 40 10 LI 40 10 170 10 LI 170 10 170 30 SA 170 30 LI 170 55 170 75 SA 170 55 MC 170 75 1 0 074 TY 155 85 5 3 0 0 0 * Alla scheda TY 145 40 5 3 0 0 0 * in A TY 170 30 5 3 0 0 0 * In B TY 170 55 5 3 0 0 0 * out A/B MC 25 130 2 1 580 MC 35 110 3 0 115 MC 15 120 3 0 115 LI 35 110 25 110 LI 25 110 25 120 LI 15 120 10 120 LI 10 120 10 45 LI 10 45 25 45 LI 25 45 25 25 SA 25 25 SA 25 120 LI 45 110 50 110 LI 50 110 50 125 LI 50 110 55 110 LI 55 110 55 90 SA 50 110 LI 25 130 25 140 TY 160 40 7 4 0 0 0 * DIV100 TY 160 45 5 3 0 0 0 * (TI/BB) MC 25 140 0 0 040

Ma che potrebbe essere superfluo, se ti fidi della alimentazione del ponte (ma se c'=E8 uno switching...). Sul DIV100: l'ho usato come il pane negli anni '90, non so se c'=E8 ancora, non ricordo se =E8 abbastanza veloce.

Ahim=E9 no. hai provato su mariani(at)ipcf(dot)cnr(dot)it?

Rimandato, probabilmente a una delle prossime vite. Se dovesse essere prima, ti contatter=F2 eventualmente qui.

Ciao

Tullio

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Tullio Mariani

Ottimo tempismo allora :-)

Ottima lettura, ci ho speso l'ultima oretta e più.

Mi fido.

...

Purtroppo non è troppo (scusa il bisticcio), al limite cambio scala, o ci aggiungo una resistenza.

Non ci avevo pensato.

In effetti, nella mia ottimistica visione pensavo che fosse solo modo comune... Certo! Con segnale nullo... :-) Ma un 7805/7905? Non mi serve precisione, solo pulizia. Ho visto ora sul datasheet, questi hanno una 50ina di dB di regolazione di linea. Pochi vero?

Ora è chiarissimo. Nemmeno sospettavo l'esistenza di una cosa simile... Praticamente ottieni lo stesso vantaggio di un'acquisizione raziometrica, giusto?

Allora, il DIV100 è fuori produzione e credo sia stato sostituito dall'AD586, che costa circa 90 monete d'oro...

Era sicuramente al cnr, ma ricordo un "t." all'inizio. Ma forse mi sbaglio.

Sempre a disposizione. Nel caso puoi scrivermi a gigapasu, su gmail punto com.

Grazie!

Pasu

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Pasu

ro?

Anche le variazioni lente potrebbero romperele scatole modulando il segnale. Se l'uscita del 7805 varia di 0,2 V (ci pu=F2 stare) l'ampiezza del segnale all'uscita del ponte varia del 4%. Se per te =E8 accettabile, pace, ma resta il fatto che questo tipo di regolatori hanno una uscita abbastanza sporca. Ti consiglio un Vref a 5V e lo schema che ti postavo - c'=E8 un Vref Analog Devices con uscita bufferata e fltrabile ad alta impedenza pre-buffer:

formatting link

ma forse =E8 raffinatezza eccessiva

La imparai per cancellare il runore del laser (erano ancora He-Ne, con vagonate di ripple e di 1/F) dalla uscita di fotocelle differenziali: differenza diviso somma...

Forse sbagli, AD586 =E8 un riferimento di precisione, vedi sopra. Ho controllato, il div100 non esiste pi=F9 (sigh! ho perso un amico ;-). Puoi adattare qualunque moltiplicatore/divisore analogico, ma se hai difficolt=E0 prova a far bastare una alimentazione ben pulita al ponte.

o=2E

Va bene ugualmente mariani, t.mariani, tullio.mariani vanno tutti nello stesso account. Comunque non ho ricevuto: abbiamo un antispam molto efficace ma anche tignoso, so che i messaggi da certi domain (es yahoo) li brucia subito, forse fa lo stesso con gmail.

Ciao

Tullio

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Tullio Mariani

Alla fine mi sono fatto prendere la mano e ho messo un REF02 + inseguitore ad opamp di precisione OP213 (anche se in realtà non mi servono 5V precisissimi, ma almeno è a basso rumore) e invertitore (con l'altra metà dell'opamp). Probabilmente metterò anche un BJT in anello (come suggeriva Franco un paio di giorni fa in un altro post), perchè ora i microfoni sono 3 (3*5mA), ma in futuro chissà...

Oopps, hai ragione, mi sono incasinato col copincollaggio. La sigla è AD534KD (datasheet da RS, se funziona:

formatting link
Comunque mi sembra di capire che il DIV100 era un ibrido, questo invece è un "normale" IC.

Condoglianze :-) Sono sempre i migliori quelli che se ne vanno.

Infatti, per adesso provo così, i fondi non sono poi così illimitati...

Tra l'altro ieri ho aperto per curiosità una scatoletta preamp+alimentatore per un microfono sonda, pagata (solo la scatoletta) più di 400Euri. Ebbene, dentro c'è un elevatore di tensione DC-DC(!!) da 3V ad una 30ina, un generatore di corrente da 4mA (2 BJT) e 3 LED con dei comparatori (LM339). Ah, c'è anche un INA per realizzare un filtro per la pesatura A, che a noi non serve. È fantastico, 400 Euro per 20Euro si e no di materiale. Quasi quasi mi metto in commercio :-)

Grazie mille ancora una volta

Pasu

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Pasu

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