Motional feedback met MEMS-microfoon

[Chocomel]

Vesper heeft een MEMS-microfoon VM2020, die geschikt is voor geluidsdrukniveaus tot 149 dB. Wat mijn aandacht trok is dat Vesper een toepassing ziet voor subwoofers:

Wat zouden ze daarmee bedoelen?

Even graven en je komt uit bij SparkFun, dat een breakout board aanbiedt en doorverwijst naar de Application Note: Improving Barge in Performance on Smart Speakers with Ultra High Dynamic Range Microphone. Op pagina 9 staat deze afbeelding:

Het lijkt wel een Motional FeedBacksysteem, waarbij er een microfoon aan de buitenzijde van de woofer is geplaatst als sensor. Gaaf! De woofer is een Peerless SLS-85, met een lineaire slag van 4,5 mm en een maximale slag van 10 mm. Als de MFB goed werkt, zou de volledige 10 mm bruikbaar worden. Een groot voordeel van een microfoon als MFB-sensor, is dat het goedkoper is om te implementeren dan een versnellingsopnemer op de conus. Heeft iemand hier al eens mee geëxperimenteerd?

[Pjotr]

Ik heb dat wel eens bekeken. Is al een oud idee, evenals een elektret. Deze ken ik niet maar die ik bekeken heb gingen niet laag genoeg.

[Chocomel]

Goed punt. Vesper is zelf niet eenduidig over de onderste grensfrequentie. De grafiek met de 'typical' frequency response verschilt per datasheet. In de ene is het -3 dB op 80 Hz, in de andere ver onder de 10 Hz.

[Pjotr]

Dat systeem wat je aanhaalt werkt akoestisch, dus met geluidsdruk. MFB werkt normaliter met de versnelling/snelheid van de conus. Een simpel piezo schijfje van een kwartje gaat tot onder de 0,1 Hz met heel weinig ruis. Probleem is een beetje hoe plak je dat geluidsdicht op een woofer conus...

[OWC]

En stabiel, en simpel universeel bruikbaar voor allerlei toepassingen incl die stabiliteit.

Zoiets werkt alleen enigszins als je beschikking hebt tot een snelle DSP en dan ook nog een product specifiek.

Dat is een hoop gedoe voor iets waarvan het de vraag is hoe hoorbaar en vooral significant het gaat zijn.
(er zullen vast gelijk mensen zijn die gaan roepen dat het voor hun een enorme verbetering was, maar dat is niet het punt hier).

Probleem bij veel van zulke MEMS of andere mic capsules, is dat 0,0 idee hebt van de afwijking en toleranties.
Plaatjes zien er altijd mooier en rechter uit dan dat ze zijn.
Dus je zult toch eerst een kalibratie opstelling moeten verzinnen.

[ds23man]

Even afgezien van de montagemethode, alle die Mems dingen sneuvelen op ruis. Dit is op MFBlabs tot in den treure uitgekauwd.

[Chocomel]

Ik heb even gezocht op MFBlabs op 'mems'. De discussies daar gaan over mems-accelerometers en zijn reeds enkele jaren oud. Over mems-microfoons kan ik weinig vinden.

[ds23man]

Een mems microfoon kun je ook als versnellingsopnemer gebruiken. Kern van het probleem is ruis, als je feedback toepast ga je zo een 20 dB versterken en zelfs 30 dB zoals Rob en ik doen. Dan heb je al snel een ruisende woofer.

[OWC]

Een mems drukmicrofoon is geen mems versnellingsopnemer.

De achterliggende werking is totaal anders.

[Pjotr]

Neemt niet weg dat je sommige wel als versnellingsopnemer kunt gebruiken, net zoals je dat met electret capsules kunt doen.

[ds23man]

Gaatje dicht plakken...

[OWC]

Neemt niet weg dat je sommige wel als versnellingsopnemer kunt gebruiken, net zoals je dat met electret capsules kunt doen.

Een luidspreker kun je ook als microfoon gebruiken.....

Er zijn betere opties.

[ds23man]

Klopt. Probleem met al die MEMS oplossingen is de dat gebruikte elektronica teveel ruist.

[Henkjan]

[Chocomel]

Interessante samenvatting!

[ds23man]

Ik zei toch al, teveel ruis...

Ik heb hier een dure NTi meetmicrofoon liggen. Max 154 db spl en een ruisvloer van 23 db.

[flamingbeatz]

Ik heb hier op dit moment toevallig een MFB test opstelling staan waar ik een MEMS mic in kan gebruiken. Het werkt prima, alleen de gevoeligheid voor druk van buitenaf is gevaarlijk en eng. Als iemand ergens in huis een deur sluit gaat het systeem dat proberen te corrigeren...
Ruis vind ik erg meevallen, maar ik gebruik dan ook een van de betere MEMS mics als het gaat om ruis. Ik meet ongeveer 36dB(A) op 6,25Cm, wat gelijk is aan ongeveer 12dB(A) terug gerekend naar 1m. Het interessante aan MFB met een mic vs een accelerometer is misschien dat de vervorming van de rolrand deels gecompenseerd kan worden. Na het toepassen van MFB is dit de grootst overblijvende bijdrager aan vervorming.

De mic als MFB werkt als het goed is ook als actieve bass trap. Ik ben er alleen nog niet over uit hoe ik het systeem ongevoelig maak voor zeer laag frequente druk zonder daar loopgain voor op te geven. PSI audio doet in hun AVAA iets met geperforeerde membranen, ik heb het gevoel dat dit daarmee te maken heeft.

De microfoon afsluiten en op de conus monteren heb ik nog niet geprobeerd, interessant, kom ik op terug.
Mijn systeem is trouwens compleet digitaal incl. de stroom terugkoppeling. Ik kan gemakkelijk verschillende typen sensoren testen en tunen.

Twee video's bij dit verhaal:



De loopgain van dit systeem:

Frequentierespons (SPL hier nog niet gekalibreerd):

[flamingbeatz]

De MEMS mic die ik hier heb werkt helaas niet als accelerometer. Wat eigenlijk natuurlijk alleen maar een goede eigenschap is voor een microfoon.

Hier een plaatje van wat de MEMS mic doet in verschillende montagemethoden.

Oranje: MEMS mic 6,25cm voor de conus.
Groen: MEMS mic OP de conus met het gaatje open en naar buiten "kijkend".
Turquoise: MEMS mic met het gaatje afgesloten, beweging in de Y as.
Blauw: MEMS mic met het gaatje afgesloten, beweging in de Z as.
Bruin: MEMS mic met het gaatje afgesloten, beweging in de X as.

Het leuke hieraan is wel weer dat het blijk dat de MEMS mic prima open op de conus gebruikt kan worden. Gunstig voor SNR en voor actieve bass trap toepassing, minder gunstig voor het AOP en het max. SPL in MFB toepassing.

[Chocomel]

Ha, jij bouwt het even. Mooi experiment!

Het AOP van de laatste MEMS-microfoons ligt rond de 130 dB. Zou dat niet genoeg zijn?

Ruis vind ik erg meevallen, maar ik gebruik dan ook een van de betere MEMS mics als het gaat om ruis. Ik meet ongeveer 36dB(A) op 6,25Cm, wat gelijk is aan ongeveer 12dB(A) terug gerekend naar 1m.

De ruis kan je uit de SNR halen, die wordt namelijk opgegeven bij 94 dB. Jouw microfoon heeft een SNR van 67 dB en dus een ruisvloer van 27 dB. Meestal wordt de A-gewogen waarde opgegeven. Zie TDK InvenSense - Microphone specifications explained.