Коэффициент гармоник (ака THD) динамических микрофонов

Выбор микрофона для измерения коэффициента гармоник (Кг или THD) акустических систем и\или наушников. Проверка различных вариантов из доступных обычным радиолюбителям.
Рассчитано на электронщиков и увлечённых энтузиастов.
Графиков, цифр и занудства будет много…

1. Intro
Для начала сошлюсь на нормативную базу:
1. ГОСТ 16123-88 Микрофоны Методы измерений электроакустических параметров
2. ГОСТ Р 53575-2009 (МЭК 60268-5:2003) Громкоговорители Методы электроакустических испытаний
Это для тех, кто хочет (и может) выполнить всё абсолютно правильно. ;)

Замер АЧХ при использовании розового шума особых сложностей не вызывает: достаточно иметь в наличии достоверно откалиброванный или проверенный измерительный микрофон.
Это позволяет увидеть АЧХ акустической системы (АС), фазовые характеристики и т.д.

А вот с измерением коэффициента гармоник Кг (THD в англоязычном обозначении) возникают вопросы.
ГОСТ Р 53575-2009 говорит следующее:
Если просто, то для радиолюбителя проку мало: никакой конкретики, ни типа микрофона.
Догадайся, мол, сама. ©
Только лишь увеличивается количество вопросов. ((

Чтобы немного систематизировать накопленную информацию, я проверил несколько вариантов (из тех, что в наличии; думаю, что такие варианты доступны большинству).

2. Встроенная звуковая карта ПК
Чтобы знать, какой вклад в измерения вносит встроенная звуковая карта (ЗК),
выполнена стандартная проверка:
выход и вход ЗК закорочен коротким кабелем с джеками 3,5мм на обеих сторонах.
Далее тест на частотах 160, 400, 1000 и 2500 Гц:
ВЫВОД: Кг ЗК — в пределах 0,02 %, чего достаточно для дальнейших измерений.

Далее в качестве базовой будет использоваться формула:
Кг = Кг(зк) + Кг(дин) + Кг(мик),
где
Кг — суммарный коэффициент гармоник;
Кг(зк) — коэффициент гармоник, вносимый звуковой картой;
Кг(дин) — коэффициент гармоник динамика (или АС), т.е. интересующий нас параметр
Кг(мик) — коэффициент гармоник, вносимый измерительным* микрофоном

Если принять, что ЗК вносит в измерения незначительную погрешность,
то формула упрощается до вида:
Кг = Кг(дин) + Кг(мик)

3. Октава МД-380
Нестареющая классика Отечественный динамический микрофон Октава МД-380

Кабель был дополнен XLR разъёмом, чтобы подключиться к АЦП Alctron XU-2.

АЧХ микрофона согласно документации производителя:
Фактическая АЧХ:

Как бы дико не казалось, но с файлом калибровки возможно использовать динамические микрофоны для замеров АЧХ:
График зелёным цветом — АЧХ АС Sven, измеренная микрофоном ECM999;
график жёлтым цветом — АЧХ АС Sven, измеренная микрофоном МД-380.

Вследствие бОлее низкой чувствительности МД-380 график смещён на 15 дБ.

Примечание: здесь и далее усиление на АЦП установлено «на 9 часов».

Естественно, для замеров фазовых характеристик АС динамические микрофоны не годятся.

Шумовая полка:

Теперь самое интересное: замер Кг. Все запаслись помидорами? ))
В качестве источника звука — активная АС F&D:
По обыкновению, выполнены доработки:
— отключен регулятор громкости
— вырезаны все регулировки тембров
— добавлены ёмкости по питанию
— снижено усиление микросхем УМЗЧ до Ку=10

Поначалу использовалась АС, внутри которой размещён УМЗЧ.
Но в процессе замеров (особенно на НЧ) обнаружились какие-то призвуки.
Все замеры пришлось отправить в корзину.
И начать всё сначала, подключив пассивную АС ( в ней призвуки отсутствуют).

Условия замеров:
— частоты 160, 400, 1000, 2500 Гц
— уровень сигнала 1В (действ., т.е. 0,25 Вт на динамик)
— замер в нескольких см от диффузора


Если кто не согласен, смотрите п.1 ))

ВАЖНО не забыть подключить файл калибровки!
Иначе все результаты пойдут лесом.

Кг (THD) по частотам:

Делать какие-то выводы из графиков выше рано, т.к. неизвестно, какой вклад от динамика АС, а какой — от микрофона.
Поэтому едем дальше…

4. Измерительный микрофон Superlux ECM999
Вы думаете, что купите измерительный микрофон и всё будет ОК? Дудки!

Подключаем, измеряем:

Никого не смущают цифры?
Кг динамика в обоих замерах — одинаковый (для каждой частоты).
С заводским измерительным микрофоном получены цифры больше,
т.е. на частотах 400, 1000 и 2500 Гц ECM999 имеет Кг выше, чем МД-380.

5. Микрофон LG JHC-1
Микрофон имеет XLR разъём с правильной распайкой внутри. Правда, комплектный кабель «превращает» выход в несимметричный.
Металлический корпус обеспечивает качественное экранирование.
Словом, кто ещё не купил, поспешите на авито. ))

АЧХ микрофона намного ровней (особенно на НЧ) по сравнению с МД-380:

Шумовая полка:

Кг по частотам:
Полученные цифры напоминают мик МД-380.

6. RFT mk102
На ринг выходит тяжеловес: конденсаторный микрофон RFT mk102.
Если честно, чуда не произошло: никаких значений, значительно отличающих от полученных выше, я не увидел.

Кстати, для 1кГц одновременно удалось измерить значение 94дБ(А):

7. Анализ результатов
Все замеры сведены в табличку:
Возникает закономерный вопрос: «Дальше что?»

Элементарно: в каждой строке (для одной частоты) находим минимальное значение.
Это и есть коэффициент гармоник динамика (на данной частоте).
Всё, что более минимального значения — это вклад микрофона.

Как говорит мудрое выражение, коэффициент гармоник познаётся в сравнении. ))

ВЫВОДЫ (всё имхо).
Конденсаторный измерительный микрофон RFT mk102 (или его аналог Brüel & Kjær) закрывают задачи по измерению АЧХ, Кг и т.д. Но цена не радует.

Измерительные микрофоны на базе электретных капсюлей доступны по цене, но по измерениям Кг пролетают, как фанера над Парижем.

А вот динамические микрофоны порадовали. Да, потребуется файл калибровки, но для рядового любителя никаких плясок с бубном или нестандартного оборудования не потребуется.

Но не спешите покупать динамические микрофоны на авито. Тут всех поджидает ложка дёгтя:
как оказалось, динамические микрофоны имеют свойство помирать без всяких на то причин.
На фото ниже три микрофона LG JHC-1:
Два из них потеряли чувствительность более чем на 20 дБ!
По сути это «тыква». Обнаружилось эта неприятность буквально во время выполнения всех замеров.
Катушки целые. Предположительно, размагнитилась система.

На этом всё. Всем удачных экспериментов!
P.S. На подходе 2-я часть: будем мучить электретные капсюли.