Bodenmikrofon bauen

Jun 27, 2023 Last reply: 2 years ago 357 Replies

Hallo zusammen, zur Ortung von Lecks in Wasserleitungen im Boden gibts im professionellen Bereich solche Dinger:

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Zur Ortung eines Rohrbruchs in unserer privaten Wasserversorgung möchte ich sowas nachbauen. Den 1. Versuch habe ich hinter mir:



- Stahlplatte 5x5cm



- darauf befestigt: Schallaufnehmer eines billigen Stethoskops



- kurzer Schlauch von Schallaufnehmer zu Elektretmikrofon



- MAX9814 als Verstärker mit 60dB Verstärung.



Wenn die Stahlplatte 2m entfernt von einem Schieber auf den Asphalt lege, kann ich beim Zudrehen des Schiebers extrem gut hören, wann er komplett geschlossen ist. Das Leck kann ich damit aber noch nicht hören. Weil: bei 60dB Verstärung habe ich ein erhebliches Grundrauschen im Kopfhörer. Prinzipiell funktioniert das Prinzip also, es ist aber noch Luft nach oben.



Nun habe ich 35mm-Piezo-Scheiben geordert. Dafür brauche ich jetzt einen geeigneten rauscharmen Verstärker(-Chip). Ich könnte natürlich wieder den MAX9814 verwenden. Aber der ist ja eigentlich für Elektrets gemacht. Schützen würde ich den mit 2 antiparallelen Schottkys. Oder rauscht das schon zu arg?



Mit was würdet Ihr so einen Verstärker umsetzen? Wichtig:



- hoher Gain



- geringes Rauschen



- Muss Kopfhörer treiben können



Unwichtig:



- Linearität



- Bandbreite (200Hz bis 2kHz reicht)



Fertige Module gibts mit LM386, aber der hat keinen ausreichenden Gain und das Rauschen ist erst gar nicht spezifiziert.



Michael


Am 27.06.2023 um 20:02 schrieb Michael S.:

Ich würde das 2-stufig bauen, einen OP als Vorverstärker und einen TDA1308 als Treiber für Kopfhören ...

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Grüße

Am 27.06.23 um 20:02 schrieb Michael S.:

Hallo,

der LM386 ist kein Mikrofonverstärker! Das ist ein Verstärker kleiner Leistung für Linepegelsignale zum Treiben von Lautsprechern oder Kopfhörern. Die werden zumeist mit ca. 30dB Verstärkung betrieben Daher ist das Gain und Rauschen gar nicht genauer spezifiziert.

Für erste Tests könnte man ein kleines Mischpult mit einem Mikrofonverstärker benutzen.

Wenn die benötigte Audiobandbreite eh begrenzt ist dann kann man ein passendes Bandfilter verwenden, das begrenzt auch das Brummen/Rauschen.

Ich empfehle sogar ein einstellbares Filter zu verwenden damit kann man dann das gewünschte Signal hervorheben.

Laut:

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ich das Eingangsrauschen des MAX9814 mit 30nV/√Hz eher als hoch. Da würde ich eher einen rauscharmen FET-Opamp einsetzen. Statt AGC würde ich die Verstärkung mit einem Poti regeln. Vorteil des MAX9814 ist wohl die einfache Stromversorgung

Rein mechanisch könnte man ein passendes Mikrofon mit Vorverstärker in ein angespitztes Metallrohr einbauen.

Bernd Mayer

Am Di.,27.06.23 um 20:02 schrieb Michael S.:

Im PDF steht was von "Frequency Shifting", suchen die vielleicht im Ultraschallbereich?

Erst mal was preiswertes fertiges probieren?

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Am 27.06.23 um 22:05 schrieb Wolfgang Martens:

das ist gut möglich.

Ich denke, das Rauschen von Lecks aus Wasser- und Gasleitungen kann auch im Bereich oberhalb von 2 kHz stattfinden.

Ich würde da erstmal ein bisschen reinhören wie das klingt und den Frequenzbereich analysieren vor einer Entwicklung.

Bernd Mayer

Am 27.06.2023 um 21:52 schrieb Bernd Mayer:

Habe ich nicht, müsste ich kaufen.

Ja, das ist bei den professionellen Geräten einstellbar. Im Prinzip müsste man die Strecke dann mit verschiedenen Filtereinstellungen mehrfach abgehen.

Mit Rauschen kenne ich mich gar nicht aus und weiß nicht, was gut und schlecht ist. Auch weiß ich aktuell nicht, ob das Rauschen von der Electret-Kapsel kommt oder vom Verstärker

Hast Du einen Typ, den Du verwenden würdest?

Macht vermutlich Sinn. Habe halt so ein fertiges eBay-Modul genommen.

Ich werde mal mit den Piezos experimentieren. Die professionellen Mikros nutzen auch Piezos. Vermutlich setze ich den mit dem Rand auf ein kurzes Metallrohr und beschwere die Mitte mit einem anderen Stück Metall. Wenn dann der Körperschall vom Metallrohr aufgenommen wird und die Mitte der Piezoscheibe aufgrund der Massenträgheit des anderen Stücks Metall in Ruhe bleibt, sollte ein Signal entstehen.

Aber das Gebiet Audio ist Neuland für mich.

Michael

Am 27.06.2023 um 22:05 schrieb Wolfgang Martens:

Ich denke eher dass man damit das Spektrum so verschiebt, dass das menschliche Gehör besser ausgenutzt wird. Aber wenn ich das richtig verstehe, haben das die meisten Geräte auf dem Markt nicht.

Das hatte ich noch nicht gesehen. Ist wohl eher für den Bausektor und weniger im Gelände/auf der Straße gedacht. Aber was man da für ne Qualität bekommt steht in den Sternen. Ist aber Wert, drüber nachzudenken.

Michael

Am 27.06.2023 um 22:23 schrieb Bernd Mayer:

Hier kann man ab 2:0 ableiten, in welchem Bereich es interessant ist:

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Außer in dem Youtube-Video habe ich bisher keine Referenzgeräusche im Netz gefunden, um ein Gefühl zu bekommen, wie sich das anhören könnte. In was also reinhören?

Vorteil in meinem Fall: Auf dem Land, kaum Verkehr. Nebengeräusche sind hauptsächlich zwitschernde Vögel.

Ansonsten habe ich heute bei der ersten Begehung nichts im Boden gehört, was aus dem Grundrauschen hervorsticht.

Michael

[...]

Der berühmteste rauscharme OPV ist LT1028. Geringeres Rauschen als ein 50-Ohm-Widerstand. Ähnlich gut ist OPA1612.

Beide wurden hier bereits diskutiert.

Hallo,

Piezomikrofone sind hochohmig und da eignet sich vom Rauschen her ein FET-Opamp besser.

Für niederohmige Tauschspulen-Mikrofone ist der LT1028 optimal.

Irgendwo im Netz gibt es einen Vergleich rauscharmer Opamps in Abhängigkeit von Quellwiderstand.

Bernd Mayer

Am 27.06.23 um 22:37 schrieb Michael S.:

Hallo,

man kann ja erstmal zuhause anfangen und sich anhören wie es aus der Entfernung klingt wenn einer der zahlreichen Wasserhähne geöffnet wird.

Man kann zunächst mal ein vorhandenes Mikro verwenden und zur Aufnahme und Analyse einen PC, etwa mit Audacity. Der PC hat ja auch Möglichkeiten zum Filtern in Software.

Dann hat man schon mal eine erste Erfahrung und kann darauf aufbauen. Einfache kleine Audiomischpulte gibt es für ca. 60 €, etwa bei thomann.

Schon ein TL82 Opamp hat ein Rauschen von lediglich 15nV/√Hz. Ein OPA 2134 hat 8 nV/vHz, kostet aber mehr.

Bernd Mayer

Die Verhaeltnisse sind aehnlich wie hier:

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Luft-Mikrophone rauschen prinzipiell, und zwar um so staerker je kleiner sie sind, das Rauschen kommt aus der Luft und nicht aus der Elektronik.

Das muessten aber Dicken-Schwinger und keine Biege-Schwinger sein.

Das ist die Frage, ausstroehmendes Wasser erzeugt hohe Frequenzen.

Ja ich erinnere mich, das war vor 17 Jahren.

w.

Am 27.06.23 um 22:05 schrieb Wolfgang Martens:

Ich hatte mal in einem Projekt mit Druckluftleitungen und Lecksuche zu tun. Das fand im Ultraschallbereich statt. Wir hatten dann die klassischen Fledermaussucher im Einsatz.

Hier würde ich allerdings auch weniger im Ultraschallbereich vermuten.

Für den Preis ist das schon nicht schlecht.

@Michael Meine Erfahrung mit Piezo-Körperschallabnehmern ist eher simpel. Es basiert auf Piezosummerscheiben für kleines Geld sowohl was billige Summer ohne Elektronik (AFAIR seinerzeit bei Reichelt bestellt und dann aus dem Plastikgehäuse gelöst), die wir als billige Stetoskope auf den Körper geklebt hatten bis zum Einsatz als Clip auf dem Gitarrenhals. Vergiss das Rauschen und kümmere Dich um eine saubere akustische Ankopplung und guter Gegenmasse. Wie bei der Ultraschalluntersuchung ist alles, was Luftschicht zwischen Körperschallmikro und Körper ist, Gift für Dein Signal. Wenn Du, wie beim Stethoskop, via Luft einkoppelst, dann brauchst Du einen weichen Dichtungsabschluß und eine solide Abschirmung von Körperschallübertragungen von ungeliebter Seite, also von hinten.

Gruß Marte

Am 28.06.2023 um 01:09 schrieb Carla Schneider:

OK, das wusste ich nicht.

Die hier habe ich bestellt:

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Ja, vor allem, wenn es unter hohem Druck in Luft austritt und Kavitation entsteht. Da dürften im Erdreich leicht andere Verhältnisse sein. Auch im verlinkten Youtube-Video waren die Geräusche eher niederfrequent.

Am 27.06.2023 um 23:14 schrieb Bernd Mayer:

Das hört sich komplett anders an. Ich habe bereits gehört:

- Wasserhahn: Hochfrequent

- fast geschlossener Streckenschieber in Straße: Hochfrequent

- You-Tube-Video: Niederfrequent

- Ich durfte einmal bei einem professionellen Lecksucher kurz den Kopfhörer übernehme: Niederfrequent, ähnlich Youtube-Video.

TL082 liegen hier rum, damit könnte ich starten. Ich schau jetzt erstmal, was der MAX9815 an der Piezoscheibe macht. Das macht am wenigsten Aufwand und so groß ist der Rauschabstand zum TL082 dann auch nicht (6dB)

Ich frage mich außerdem, wie stark ein Wasserleck wohl rauscht, welches nicht niagarafallartige Dimensionen hat. Also der typische Fall einer undichten Rohrmuffe, eines Risses irgendwo, Korrosionsloch, usw. Diese Rohre befinden sich doch meist im Estrich oder Beton, ggfs. mit einem isolierenden Verhüterli drüber. Da schwitzt es also - gut schallisoliert - langsam raus.

Bei Gas mag das anders sein, irgendwer hat mir mal erzählt, da würde es in hohen Frequenzbereichen pfeifen, bis hin zum Ultraschall. Da braucht man also recht sicher eine Frequenzumsetzung.

Vorteil: Taugt auch zum Belauschen von Fledermäusen.

Volker

Das geringste Rauschen fand ich, wo ein JFET zu Hilfe genommen wurde. Im Datenblatt LT1028 gibt es vorne eine solche Schaltung. Ab 10 Hz < 1 nV/sqrt(Hz). FET-OPV haben eher enttäuschende 50 nV/sqrt(Hz).

LT1055, LT1115 sind auch in Betracht zu ziehen.

Es kommt neben dem Rauschen auch auf andere Qualitäten der OPV an. Hierbei sind LT1028 und OPA1612 superstark.

Nein, es war zuletzt 2020, davor 2019.

Es ist unter einer Straße, nicht im Gebäude.

Wir haben 5l/Minute Wasserverlust. Das ist relativ wenig, um es gut zu orten, entspricht aber der Quellschüttung im Spätsommer. Wenn der Sommer so trocken wird, wie die letzten, werden wir im Spätsommer alles Wasser im Rohrbruch versenken.

Deshalb will ich es finden. Ich weiß, dass es schwer ist. Aber aufgeben, das kann jeder.

Michael

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