Dwusystemowy mikrofon stołowy (DIY)

Spis treści

Mikrofon stołowy (DIY)

Tym czym dla telegrafisty jest klucz, tym dla "gawędziarzy" mikrofony. Bywają różne: ręczne, stołowe, "krawatowe", itp. Ze względu na rodzaj stosowanych przetworników są: dynamiczne, elektretowe, pojemnościowe, itd. Obecnie najczęście stosowane to (w maksymalnym skrócie):

  • mikrofony dynamiczne (magnetoelektryczne) - w których drgania membrany przenoszone są na cewkę umieszczoną w silnym polu magnetycznym. Charakteryzują się dobrymi właściwościami kierunkowymi, wąskim (co bywa zaletą) pasmem przenoszenia, nie wymagają zasilania, odporne są czynniki zwnętrzne, w tym warunki atmosferycznyne. Wadą jest stosunkowo niewielkie napięcie sygnału użytecznego,
  • mikrofony elektretowe - to odmiana mikrofonów pojemnościowych, w których jedna z okładzin kondensatora wykonana jest z elektretu. Zmiana odległości pomiędzy okładzinami mikrofonu skutkuje zmianą pojemności. Mikrofony te wyposażane są w aktywny przedwzmacniacz. Wymagają więc zasilania. Zaletą są: niewielkie rozmiary, płaska i szeroka charakterystyka przenoszenia, duży sygnał użytkowy. Wady to: wrażliwość na wilgoć, konieczność stosowania zasilania.

W przeszłości mikrofony stołowe wykonywane były głównie jako dynamiczne lub pojemnościowe. Obecnie bardzo często tak w mikrofonach ręcznych, jak i stołowych wykorzystywane są wkładki elektretowe. Spotykane w sieci oferty mikrofonów stołowych odstraszały parametrami i/lub ceną. Mikrofon ręczny ("gruszkę") już miałem. 

Konstrukcja mechaniczna mikrofonu stołowego nie jest zbyt skomplikowana, ale... nie chciało mi się "rzeźbić". Ale gdy w moje ręce trafił uszkodzony zestaw mikrotelefonu nagłownego CB MN71 wiedziałem, że mikrofon stołowy mam... w zasięgu ręki. I nie pomyliłem się. 

Co jest potrzebne?

Zrobienie mikrofonu (stołowego) nie jest problemem. Można do tego celu wykorzystać standardową wkładkę elektretową (ECM). Gotowe też kosztują niewiele. Ale...

Obudowa mikrofonów

W pewnych sytuacjach zawężoneprzez mikrofon dynamiczny pasmo (300-3400Hz) sygnału jest korzystne. Ale w niektórych sytuacjach (np. tzw. pile up'u, "nawarstwienia" się wielu korespondentów) korzystne jest (przy zachowaniu wymaganej szerokości pasma) przesunięcie składowych spektrum sygnału w kierunku wyższych częstotliwości (przy jednoczesnym stłumieniu niższych) i uzyskanie sygnału modulującego z tzw. przesterem (overdrive, obcięcie wierzchołków). Stosunkowo łatwo jest ten efekt uzyskać wykorzystując wkładkę ECM.

Chciałem więc połączyć zalety mikrofonu: dynamicznego (w postaci zmodyfikowanej wkładki W66) i elektretowego, w jednej konstrukcji. Sklejenie klejem polistyrenowym elementów (z tworzywa sztucznego ABS) mikrotelefonu nagłownego CB MN71 pozwoliło szybko, łatwo i IMO estetycznie wykonać potrzebną obudowę.

Górna część to osłona słuchawki. Dolna to mikrofon, której otworki powiększyłem. Tak więc mikrofony zostały już "upakowane". Jednakże ich bezpośrednie równoległe połączenie nie nie jest celowe, gdyż:

  • sygnał użyteczny generowany przez zmodyfikowaną wkładkę W66 jest niewielki (pojedyncze miliwolty) i wymaga wzmocnienia, sygnał wytwarzany przez wkładkę ECM jest stosunkowo duży (ok. 1V) i wymaga jedynie transformacji impedancji,
  • oporność (rzeczywista, prąd stały) mierzona na zaciskach wkładki W66 to ok. 230ohm, natomiast oporność na zaciskach wkładki ECM to ok. 1,2-1,6kom,
  • podanie napięcia zasilania dla wkładki ECM jest niezbędne, dla wkładki W66 bezcelowe, a wręcz może przyczynić się do jej uszkodzenia.

Uznałem, że mój mikrofon stołowy winien charakteryzować się następującymi parametrami (podane napięcia dotyczą układu nieobciążonego, przy obciążeniu ok. 300om napięcie nie winno spadać poniżej 0,3V):

  • praca w trybie standardowego mikrofonu elektretowego  - zasilanego poprzez kabel mikrofonowy (nap. zas. 8-12V). Napięcie sygnału użytecznego ok. 1V,
  • praca w trybie standardowego mikrofonu dynamicznego - możliwość podłączenia do standardowych gniazd mikrofonowych, napięcie sygnału użytecznego ok. 0,7V, 
  • praca w trybie mieszanym -  gdy obie wkładki (W66 i ECM) sterują wzmacniaczem mikrofonu stołowego. napięcie sygnału użytecznego ok. 1-1,1V.

Założenia te spowodowały, że niezbędnym było dokonanie modyfikacji wkładki W66, co zostało opisane w odrębnym artykule. Oprócz zasilania wkładki ECM poprzez kabel mikrofonowy układ winien zapewniać możliwość zasilania z: zewnętrznego zasilacza napięcia DC 9-12V lub baterii typu 6F22 (9V).

Ze względu na wielkość obudowy zrezygnowałem z potencjometrycznej regulacji napięcia wyjściowego. Choć widzę celowość zastosowania takiego rozwiązania.


Wzmacniacz mikrofonowy

Wzmacniacz mikrofonowyW sieci można znaleźć wiele schematów wzmacniaczy mikrofonowych. Oczywiście są takie wykonane na wzmacniaczach operacyjnych. Zawierające lub nie układy kompresji. Ale to miał być układ prosty. W montażu i uruchomieniu. Dlatego w prototypie zrezygnowałem z układów budowanych na opampach.

Moją uwagę zwrócił schemat zamieszczony na portalu electroschematics. Wybór okazał się trafny, gdyż układ:

  • jest niskoszumny,
  • pracuje w oczekiwanym zakresie napięć zasilania
  • jest odporny na przesterowanie.

Nie pozostało mi nic innego jak przystosować go do moich potrzeb. Nie był to proces ani praco, ani czasochłonny:Schemat wzmacniacza

Jak widać na tranzystorze T1 pracuje standardowy wzmacniacz współpracujący z wkładką ECM, natomiast na tranzystorach T2 i T3 zbudowano układ wzmacniacza sygnału ze zmodyfikowanej wkładki W66.

Podczas pracy w układzie sterowanym wkładką ECM wzmacniacz na tranzystorze T1 (ale przełączniku S2 ustawionym w pozycji W66+ECM) zasilany jest poprzez diodę D1, a napięcie użytkowe z kolektora T1 podawane jest (poprzez C5 i R5) na bazę T2. Przełącznikiem S1 możliwe jest wyłączenie wkładki ECM, co powoduje zawężenie pasma mikrofonu.

W układzie z wyłączoną wkładką W66, aktywną (przełączenie przełącznikiem S2 w pozycję ECMzasilanie dostarczane jest z gniazda mikrofonowego transceivera poprzez kabel mikrofonowy. Po stronie TRX'a (dobrze filtrowane) napięcie winno być podane przez rezystor 1,5-2,2k.

Dołączenie mikrofonu stołowego (przełącznik S2 w pozycji W66+ECM, zasilanie czerpane z baterii 9V - 6F22 lub zewnętrznego zasilacza) do gniazda TRX'a przystosowanego do wkładki ECM nie powoduje negatywnych skutków. Może jednak wymagać ustawienia odpowiedniego poziomu sygnału. Przełączenie S1 w pozycję "Off" powoduje wyłączenie mikrofonu, niezależnie od stanu przycisku PTT.

C2 miał pierwotnie wartość 68pF. Miał "ciąć" szumy (ujemne sprzężenie zwrotne rosnące z częstotliwością). Ale okazało się, że i bez niego poziom szumów nie jest powalająco wielki. 

A z nim różnica pomiędzy pasmem przenoszenia wkładki W66 a ECM malała. Obcinało szelesty w głoskach. Więc go wylutowałem. 

Tranzystory (T1-T3) nie były jakoś specjalnie dobierane. BC848C - 3 z brzegu, odcięte z taśmy. Co ciekawe po uruchomieniu w układzie z rezystorem R6=47k (na

oryginalnym schemacie 10-47k) uzyskałem wymagane napięcia. A układ pracował bez zniekształceń.

Układ C5R5 decyduje nie tylko o wielkości napięcia sterującego z kolektora, ale można "regulować" ;) udział wyższych częstotliwości w wyjściowym sygnale użytkowym. Trzeba pamiętać, że napięcie na kolektorze T1 jest wielokrotnie wyższe niż to jakie podawane jest z cewki wkładki W66

Ważne jest to, by "regulację" prowadzić po podłączeniu wkładki W66 do wejścia wzmacniacza. Jeśli tego nie zrobimy, parametry sygnały wyjściowego ulegną radykalnej zmianie po jej podłączeniu.prasowanka (mirror)

Bo wkładka W66 swą niewielką rezystancją bocznikuje sygnał doprowadzony z kolektora T1.

układ elementów

Po lewej prezentuję (w skali 1:1) rysunek obwodu drukowanego kompletnego wzmacniacza. Jest to tzw. mirror czyli odbicie lustrzane. Po wyprasowaniu płytki metodą termotransferu najpierw lutujemy drobne elementy. Przełączniki - na końcu. Przełączniki są jednocześnie elementem konstrukcyjnym mocującym płytkę do obudowy.


sygnaływypraska
Po wlutowaniu elementów układ ruszył od razu.

 

Wkładki: W66 oraz ECM można przylutować bezpośrednio do przewodów, ale ja wytrawiłem płytkę, którą umieściłem pod wkładką W66 i to od niej wyprowadzone są przewody sygnałowe.

Wzmacniacz (bez obciążenia i przyłączonych mikrofonów, rozwarte wejścia) generował na wyjściu szumy o napięciu ok. 3mV. Po podłączeniu mikrofonów mówienie (naturalna głośność) do nich z odległości ok. 35-40cm powodowało pojawienie się na wyjściu napięcia rzędu 270-350mV. Po włączeniu wkładki ECM - 450-500mV. Pomiar przeprowadziłem przy pomocy oscyloskopu UTD2052CEX.

 


Konstrukcja mechaniczna

 

Wzmacniacz

Jakkolwiek walory użytkowe prezentowanego urządzenia głównie zależą od własności wzmacniacza to jednak konstrukcja mechaniczna jest nie mniej ważna. Tak pod względem mechanicznym estetycznym. Estetyka zmusiła mnie do opanowania zagadnienia polerowania pleksi. Teraz wydaje mi się proste, ale początki nie były zachęcające.

Konstrukcja mechanicznaKonstrukcję obudowy obu mikrofonów opisałem wcześniej. Wykorzystałem również oryginalną rurkę. Wymagała jedynie niewielkiego "podgięcia". Sposób jej mocowania do osłony wkładki W66 zapewnia jej obrót w płaszczyźnie pionowej w zakresie +/-45 (90) st. w stosunku do standardowego położenia.

PTTZ kolei zamocowanie tejże rurki na "statywie" mikrofonu umożliwia jego pochylenie tak do przodu, jak i odchylenie do tyłu. Pełen zakres wychylenia to ok. 270 st. Tak duży zakres regulacji położenia obu mikrofonów daje duże możliwości ich ustawienia wobec operatora.

W podstawie (baza to bezbarwne pleksi, czarna część wykonana ze sklejki modelarskiej 3mm, bo łatwo wyciąć gniazdo przełącznika, polakierowanej na czarny mat) umieściłem przełącznik PTT (typu TACT-Switch, 12x12) od którego przewody doprowadzone są do gniazda mikrofonowego na tylnej ściance obudowy wzmacniacza.

Tylna ścianka wzmacniacza oraz dół zasobnika na baterię wykonałem z kawałka (w kształcie L) płaskownika duralowego. Na tylnej ściance znajdują się:

Tył

 

  • włącznik mikrofonu elektretowego ECM,
  • przełącznik trybu pracy urządzenia (wkładka W66 + ECM, wkładka elektretowa (ECM),
  • gniazdo mikrofonowe (oraz sterowania PTT),Z profilu i nie tylko...
  • gniazdo zasilania zewnętrznego (DC 9-12V).

Wszystkie elementy metalowe urządzenia są połączone razem i przyłączone do masy wzmacniacza. Ze względu na duże wzmocnienie może być konieczne poeksperymentowanie z miejscem przyłączenia masy.

Uwagi końcowe

W trakcie budowy mikrofonu stołowego przetestowałem kilkanaście rodzajów wkładek dynamicznych, mikrofonogłośników, słuchawek - spełniających rolę mikrofonu, itd. We wszystkich tych testach zmodyfikowana wkładka W66 potwierdziła swą wyższość. Być może inne (specjalizowane) wkładki są lepsze, ale wymagałoby to ich zakupu.

Przeprowadzony odsłuch potwierdził to, że założenia dotyczące urządzenia zostały spełnione. Uzyskiwany sygnał użytkowy (sygnał audio) we wszystkich opcjach jest wystarczający do wysterowania toru modulatora czy wejść mikrofonowych urządzeń nadawczych.

Nie można jednak w podsumowaniu pominąć faktu, który może budzić zastrzeżenia ze strony niektórych użytkowników.

Wciśnięcie przycisku PTT powoduje pojawieniem się (czas trwania impulsu to ok. 25ms) na wyjściu wzmacniacza sygnału (o amplitudzie ok. 0,7V czyli na poziomie sygnału użytecznego).

Przez korespondenta (w zależności od budowy układu modulatora) może(!) on być słyszalny jako puknięcie w momencie naszego przejścia z odbioru na nadawanie.

W tej wersji osłona mikrofonów "zawieszona" jest sztywno na statywie. Zastosowałem (relatywnie prostą, w postaci cienkiej gąbki) separację mikrofonów od obudowy.

Ten element konstrukcji (mechanicznej) wymaga dalszego dopracowania. Być może dalszej modyfikacji wkładki W66. A może kolejnego artykułu.

Podawane w artykule napięcia wyjściowe odnoszą się do układu nie obciążonego. W trakcie testów zmieniałem obciążenie wzmacniacza (300om, 600om, 1kom, 2,7kom, 4,7kom) i zauważyłem, żę napięcie wyjściowe zależy od wielkości obciążenia (ok. 0,7V bez pociążenia, ok. 0,36V przy obciążeniu 300om) przy niewielkich zmianach charakterystyki częstotliwościowej układu.

Jeśli jesteś zainteresowany tym co jeszcze udało mi się zrobić z lutownicą w ręku zapraszam do Warsztatu krótkofalowca.