Spojování více mikrofonů a princip kumulace

Zpráva

Viper_T · #1 Příspěvek od **Viper_T** » 13 říj 2012, 15:22

Ahoj, poslední dobou mi hlavou vrtá otázka zde lze použitím více všesměrových mikrofonů vytvořit jediný všesměrový mikrofon, který by měl lepší parametry (asi hlavně SNR). Vůbec mi teď nejde o mikrofonní pole a vytváření směrových charakteristik, nebo použití parabol atp.

O co mi tedy jde: představte si situaci, kdy mikrofon je ve zvukotěsné komoře a můžeme říci, že uvnitř je prakticky naprosté ticho. Do komory umístíme generátor zvukového signálu, který se snažíme mikrofonem zaznamenat. Co vše můžeme udělat na straně mikrofonu a jeho pomocných obvodů, abychom byly schopni zaznamenat co nejslabší generovaný signál co nejkvalitněji?

----------------------------------------------------------------------------

Moje úvaha je následující: Mikrofon (dejme tomu elektretová kapsle) má nějaký vlastní šum.
1) Domnívám se, že signál slabší než je vlastní šum mikrofonu nemůžeme zaznamenat.
2) Pokud signál jen velmi mírně převyšuje vlastní šum, již ho zaznamenat dokážeme, ale je extrémně zašuměný, a tím pádem téměř nepoužitelný.

Schopnost zaznamenat slabé signály pravděpodobně zlepšíme použitím mikrofonu s co nejnižším vlastním šumem, neboli největším SNR (Signal to Noise Ratio) protože pokud to správně chápu, tak
SNR = 94dB - vlastní šum,
kde 94dB je standardní testovací signál.

Druhý problém, tedy zašuměnost signálů blízkých vlastnímu šumu mikrofonu, bych vyřešil následovně. Použiji více mikrofonů v těsné blízkosti a jejich signály sečtu. Díky principu kumulace by se měl korelovaný užitečný signál z jednotlivých mikrofonů zesílit a naopak nekorelované šumy, které jsou generovány nezávisle v jednotlivých mikrofonech by se měly vzájemně vyrušit. Mikrofony musí být umístěny těstě vedle sebe, aby nedocházelo k posouvání fáze a tvarování směrové charakterisktiky.

Je tato úvaha správná?
Lze elektretové mikrofony spojit paralelně, nebo je nutné použít sumačního zesilovače?

Díky za názory.

Princip kumulace:

jarda · #2 Příspěvek od **jarda** » 13 říj 2012, 16:28

Příliš konkrétní a odborná otázka. Kdo z nás byl v mrtvé komoře a je expert v elektroakustice a mikrofonech? Asi jen ti, kteří tam pracují
https://cs.wikipedia.org/wiki/4%2733%22
http://www.hmf.ic.cz/mic_smerchar.htm

#3 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 13 říj 2012, 17:00

Viper_T píše:Díky principu kumulace by se měl korelovaný užitečný signál z jednotlivých mikrofonů zesílit a naopak nekorelované šumy, které jsou generovány nezávisle v jednotlivých mikrofonech by se měly vzájemně vyrušit. Mikrofony musí být umístěny těstě vedle sebe, aby nedocházelo k posouvání fáze a tvarování směrové charakterisktiky.

Myslím, že stochastické veličiny se v případě prostých sumátorů sčítají, musel bys to skutečně nějak matematicky zpracovat, ovšem to je zase další zdroj šumu (převodníky atd.). Ale nejsem tak silný v tomto oboru, tak mě třeba někdo opraví.

jarda · #4 Příspěvek od **jarda** » 13 říj 2012, 17:53

Problém prostoru - mono nebo prostor?
Problém dynamiky - přímo, nebo komprese/expanze - procesory dbx/dolby A
Problém použitelnosti - k čemu?
Akustika je doopravdy věda závislá na spoustě vstupů, a zejména lidském sluchu, individuálním. A i hudebním, takže i psychika. A poslechový prostor. A hudební řetězec.

Crifodo · #5 Příspěvek od **Crifodo** » 13 říj 2012, 18:26

V první řadě vypust z úvah tu miniaturní kapsli, která jednak zachytí malou plochou malou akustickou energii, jednak přidá šum kdovíjakého prvku v převodníku impedance. Asi bych volil spíš kvalitní dynamický nebo velký kondenzátorový mikrofon. Za něj extrémně nízkošumový zesilovač. Dokonalé stínění od rušivých polí. Nějaká stará zvukařská literatura uváděla, že je problém od určité citlivosti se základním šumem působeným hlukem molekul plynů vzduchu. Ty možnosti sčítání podílu měničů s eliminací rozdílných signálů (šumu) jsou u zvuku dost limitované fázovým posunem.

jarda · #6 Příspěvek od **jarda** » 13 říj 2012, 20:06

Souhlas, ale je to mono. A prostor? A dynamika? A orchestr? A v katedrále, nebo Sydney hala? 120 dB? A záznam? Takže spousty kvalitních a drahých studiových mikrofonů a 8/16/32... kanálových analogových magnetofonů

Atlan · #7 Příspěvek od **Atlan** » 13 říj 2012, 20:24

Díky principu kumulace by se měl korelovaný užitečný signál z jednotlivých mikrofonů zesílit a naopak nekorelované šumy, které jsou generovány nezávisle v jednotlivých mikrofonech by se měly vzájemně vyrušit.

Preco by sa maly vyrusit, budu nekorelovane a nahodne tak ze niekde sa mozu vyrusit ale niekde scitat....

#8 Příspěvek od **Sendyx** » 13 říj 2012, 20:25

K čemu tohle má vlastně sloužit ?

jarda · #9 Příspěvek od **jarda** » 13 říj 2012, 20:44

A jak je vyrušíš? Signál ze dvou mikrofonů? Tak, že bude 0?

Viper_T · #10 Příspěvek od **Viper_T** » 13 říj 2012, 21:22

Díky za odpovědi!
Celé je to pouze v teoretické rovině, proto jsem psal že mi to vrtá hlavou.
Prakticky mi jde o vytvoření velmi citlivého diktafonu(odposlechu) s řetězcem:
mikrofon(y) -> zesilovač -> mobil (Android - Easy voice recorder).

Easy voice recorder umí nahrávat z handsfree, to už mám vyzkoušené. Očekávám od toho to kvalitnější záznam slabých hovorů - vzdálených. Interní mikrofon slabé signály příliš zašumí (po zesílení v počítači). Při použití externího elektretového mic je to nepatrně lepší, ale to zdaleka nestačí. Proto hledám možná řešení.

jarda: Stačí mi pouze mono. Nejsem v audio elektronice zběhlý, a tak si nejsem jistý dotazem na dynamiku.

Crifodo: Ano, to úměru plochy a akustické energie chápu, proto mě napadlo použití více mikrofonů. Samozřejmě se nechci omezit jen na elektretové kapsle, ale z hlediska rozměrů a dostupnosti by to bylo nejsnadnější.

Atlan: To tak jednoduše je - střední hodnota bílého šumu je nulová. Samozřejmě jen v ideálním případě, v reálu je výsledek tím lepší, čím více signálů sečteme. Snad nekecám...

A jak je vyrušíš? Signál ze dvou mikrofonů? Tak, že bude 0?

Šum se vyruší sečtením několika nezávislých šumů, signál zůstane.

#11 Příspěvek od **Bernard** » 13 říj 2012, 21:35

Ucho lidské neposlouchá střední hodnotu, ale okamžitou hodnotu v čase. Energie toho šumu se nevynuluje, kam by unikl ten šumový výkon?

Crifodo · #12 Příspěvek od **Crifodo** » 13 říj 2012, 21:47

tam jde o to, že se sečtou podíly jednotlivých dílčích kanálů, desetina prvního z deseti, desetina z druhého atd. Soufázové signály narostou, nahodilý šum se uplatní jen svou váhou, v ideálním případě vyrušenou, pokud je symetrická kolem nuly. Ucho lidské poslouchá výsledný signál z té soustavy.

#13 Příspěvek od **mtajovsky** » 13 říj 2012, 21:58

Tak šum se nevyruší, ale sčítá se svým výkonem. To znamemá, že výsledné efektivní šumové napětí roste jen s druhou odmocninou počtu jednotlivých zdrojů, jsou-li výkonově stejné. Naproti tomu užitečný signál se sčítá rovnou, takže jeho hodnota roste s narůstajícím počtem zdrojů lineárně, tudíž rychleji. Toť celé to kouzlo.

jarda · #14 Příspěvek od **jarda** » 13 říj 2012, 22:03

A jde o jaký šum? A ví to i mikrofon? Šum je širokospektrální. A snímají ho oba mikrofony? Je třeba procesor s nadefinovaným šumem, a jakým? Bílým?

#15 Příspěvek od **mtajovsky** » 13 říj 2012, 22:06

jarda píše:A jde o jaký šum? A ví to i mikrofon? Šum je širokospektrální. A snímají ho oba mikrofony? Je třeba procesor s nadefinovaným šumem, a jakým? Bílým?

Nejde o snímaný šum. Jde o jejich vlastní tepelný šum. Šum, který by sejmuly z prostoru, už z hlediska této úlohy není šumem, ale užitečným signálem.