BOUW JE EIGEN CONTRABAS MICROFOON VOOR LIVE OPTREDENS.

(Laatste wijzigingen: 27-07-2011)

SAMENVATTING:
Het resultaat is de bouw van een microfoon naar model AMT. De versie van AMT op een bas is hier te zien op
hun website. Een detailopname van de complete AMT microfoon kun je vergelijken met mijn eigen brouwsel.
Op de bas gemonteerd is het resultaat hiernaast te zien en uit te vergroten.

ALGEMEEN:
Microfoons voor een contrabas tijdens een live performance zijn in principe niet anders als voor andere instrumenten
en hebben geen bijzondere eigenschappen anders dan dat er een goede manier wordt gecreëerd om de microfoon
op de bas te monteren. Er zijn daarbij echter wat randvoorwaarden waarop extra gelet dient te worden.
Fundamentele problemen zijn de rondzing eigenschappen en het oppikken van andere instrumenten op het podium
die eigen zijn aan het het gebruik van een microfoon. Daar zijn maar enkele manieren die dergelijke problemen kunnen
verminderen maar nooit tot het nivo dat bereikbaar is met pick-up elementen die in de kam of onder de snaren worden
geplaatst. Geluidseigenschappen zijn eveneens altijd superieur bij een juiste plaatsing van een microfoon.
De keuze zal dus sterk afhangen van de omstandigheden waaronder gespeeld moet worden. Moet je opboksen tegen
een heel orkest bij een live optreden dan zal een microfoon niet snel in aanmerking komen. Speel je slechts met een
bijvoorbeeld alleen een pianist en een rustige drummer dan kunnen de betere microfoonklank een hogere prioriteit
krijgen dan de benodigde  geluidssterkte.
Vooral het rondzingen zal een beperking in de geluidssterkte opleggen. Daarbij is de plaatsing van de monitor om jezelf terug te horen cruciaal. In een kleine formatie wordt regelmatig gespeeld zonder een specifieke monitor voor de bas is me opgevallen, waarbij dus het geluid van de contrabas zelf voldoende kan zijn samen met de aanwezige PA. Rondzingen is dan veel minder een probleem door de grotere afstand tussen boxen en de contrabas microfoon. Om de geluidssterkte verhouding tussen teruggekoppeld geluid dat gaat rondzingen en de contrabas zelf te maximaliseren kan de microfoon met name op het sleutelgat worden gericht. We maken dan gebruik van een microfoon met een cardoïde richtkarakteristiek. Hoe dichterbij het sleutelgat hoe sterker het met name lage basgeluid met echter een afname van het typische snaargeluid. Het geluid uit het sleutelgat bevat vooral alleen laag, zodat de natuurlijkheid er weer onder lijdt. Het blijft dus een keuze uit harder kunnen of een meer natuurlijk geluid.

EFFECTEN RICHTINGSKARAKTERISTIEK MICROFOON:
In principe kunnen we kiezen uit een omnidirectionele (rondom gevoelige), een cardoïde (richtingsgevoelige) of een super-cardoïde (sterk richtingsgevoelige) microfoon. De omnidirectionele microfoon produceert het meest natuurlijke geluid. Richtmicrofoons hebben indien het geluid uit het sleutelgat wordt gebruikt veel effect maar indien natuurlijk geluid wordt nagestreefd zal bij toenemende richtgevoeligheid zoals van een super-cardoïde microfoon het geluid snel onnatuurlijk worden door een een gemis aan direct snaargeluid. Overigens als niet of minder op het sleutelgat wordt gericht werkt de oppervlakte van de bas vooral als een spiegel die het omgevingsgeluid reflecteert terug de microfoon in waardoor het richteffect veel minder leidt tot een afname in rondzingen en/of afname van omgevingsgeluid van andere instrumenten zoals drums dan verwacht. Alle richtmicrofoons leiden aan het proximity effect  (en zie: http://shure.custhelp.com/app/answers/detail/a_id/2844 ) waar een omnidirectionele microfoon geen last van heeft. Het proximity effect betekent dat het laag in verhouding tot het hoog sterk toeneemt indien men dichter bij een microfoon komt zoals blijkt uit dit typisch voorbeeld van DPA microfoons. Tussen 1 meter afstand en 1cm kan soms wel een toename van 22dB bij 50Hz in het laag optreden bij een (super-) cardoïde microfoon ofwel meer dan een factor 10 in amplitude of een factor 100 in geluidssterkte (vermogen). Zit een microfoon echter dicht op de contrabas dan is de bijdrage van laag t.o.v. hoog (zolang je niet naar het sleutelgat kijkt) feitelijk sowieso kleiner dan op een grote afstand omdat het instrument zo groot is in verhouding tot de afstand tot de microfoon. In principe vindt er dus een soort compensatie plaats van verlies in laag door het proximity effect.  Uiteraard compenseren deze twee effecten elkaar niet volgens dezelfde curve en is het ook sterk afhankelijk van de plaatsing van de microfoon al dan niet in de richting van het sleutelgat gericht. Sterke richtingsgevoeligheid heeft dus vooral nut indien op het sleutelgat wordt gericht. Zodra n.l. op de oppervlakte van de baskast wordt gericht heeft de richtingsgevoeligheid zoals al gezegd weinig invloed meer op rondzing effecten en omgevingsgeluid omdat die toch al geheel worden gereflecteerd door de bas kast zelf. Richtingsgevoeligheid helpt dan niet meer. Door de complexiteit van deze problemen is de keuze tussen omnidirectioneel, cardoïde of super cardoïde dus niet gemakkelijk. Voor de bouw hier is gekozen voor een cardoïde capsule dus een gewone richtingsgevoelig element. Je ziet overigens dat ook dat een fabrikant als DPA feitelijke alle oplossingen aanbiedt zoals uit het volgende hoofdstuk blijkt.

DE BESTE PLAATS VOOR EEN GOED GELUID:
De beste plaats voor een goed en natuurlijk geluid lijkt inmiddels wel bekend en is hier te zien als advies van DPA microfoons: http://www.dpamicrophones.com/en/mic-university/application-guide/bass.aspx. Hier laat deze fabrikant zien wat voor een close miking in een studio setting (plaatje rechts naast: "Reference Standard Microphones for high output") de beste resultaten oplevert. Zoals ik al zij prefereren ze dus de DPA 4006 omnidirectionele of een (licht) cardoïd DPA 4011. De microfoon zit dus tussen de snaren en kast. De omnidirectionele DPA 4006 microfoon kent geen proximity effect in het laag maar loopt vlak door met zijn frequentiekarakteristiek tot in ver laag. De cardoïde DPA 4011 microfoon valt vanaf 200Hz (-3dB) af met 6dB/octaaf in het verre veld maar dat wordt door het proximity effect weer grotendeels gecompenseerd omdat deze vlak op de bas zit. Daarentegen heeft de afstand hierbij een wel heel erg sterke invloed, zodat geringe verplaatsingen een groot verschil in laag opleveren. Met een omni wordt het meest natuurlijke geluid verkregen bij gelijktijdig mogelijk voldoende isolatie van omgevingsgeluid in een studio setting door de close miking opstelling. De overdreven boost van het sleutelgat wordt gemeden in de hier voorgestelde positie in het midden van de bas. De microfoon zelf is zwaar door zijn eigen behuizing en is daardoor zoveel mogelijk ontkoppeld van de kast middels een zeer dikke dempende schuimrubber omhulling waarmee deze in de kam is geklemd. Voor een live optreden zul je echter meer gebruik moeten maken van de boost van de een gerichte microfoon op het sleutelgat. Een uitvoering met een super-cardoïde microfoon (waar ik dus geen voorstander van ben) laten ze in het laatste plaatje ook de revue passeren. Hier moet je echt richten op het sleutelgat. Welke afwegingen ook gemaakt worden weinig rondzingen en natuurlijk geluid zijn twee zaken die niet samengaan en je eigen prioriteit zal dus de keuze blijven bepalen. Wil je kunnen inspelen op de verschillende situaties dan is het plaatsen van de microfoon op een zwanenhals een goede mogelijkheid om te kunnen experimenteren. De uitvoering van AMT lijkt me voorlopig de beste keuze om na te bouwen voor een live situatie samen met een cardoïde microfoon.

MICROFOONCAPSULE:
Voor het zelf bouwen van een microfoon gaan we uit van een simpele electret-capsule (Zie: http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektretmicrofoon ). Deze zijn zowel als omnidirectionele en als directionele capsules voor een habbakrats te kopen. In de praktijk zijn dit vaak ook dezelfde elementen die gebruikt worden door zeer professionele fabrikanten zodat de resultaten niet onderdoen voor de hele dure microfoons die je kunt kopen. De ontwikkelkosten van een goede, mooie en praktische behuizing die de richtingsgevoelige eigenschappen van het basiselement òf niet verstoort òf verbetert en versterkt is een hele opgave. Omdat studio microfoons en instrument microfoons zeker in het verleden nooit massaproducten zijn geworden spelen ontwikkelkosten bij microfoons een grote rol. Deze dienen terugverdient te worden. Gezien de grote mythische kenmerken die geluidsproducten nu eenmaal vaak hebben, dat heden ten dage nog versterkt wordt door de alles behalve objectieve internetdiscussies, houdt men de prijzen lekker hoog terwijl de volumes intussen enorm zijn toegenomen. Goed we bouwen het dus zelf. Het uitgangspunt voor deze eerste cardoïde (richtingsgevoelige) microfooncapsule is de WM-55A103 van Panasonic. Wordt ook verkocht door Monacor onder typenummer MCE404U. Precies hetzelfde Panasonic product.
 

    Details voor elektronici:
De capsule heeft de behuizing die aan één kant van de electret (geladen vel dat de geluidstrillingen opneemt) zit aan de "source" van de ingebouwde JFET (versterker element) gelegd waardoor deze eenvoudig is te gebruiken, maar waardoor aan kwaliteit aanzienlijk wordt ingeboet. De capsule is daardoor voor vele toepassingen bruikbaar en in massa te maken. De electret spanning opgewekt door de geluidstrillingen op het element komt zo tussen de "gate" en de "source" van de JFET te staan zonder te kunnen worden tegengekoppeld. Dat betekent dat de niet lineaire overdracht die bij hoge "gate source" spanningen ontstaat niet kan worden verminderd maar wel kan leiden tot ongewenste vervormingen bij hoge amplitudes (hoge geluidssterktes). Door de spoortjes (3) los te krassen van de "source" kan een tegenkoppelspanning  worden aangelegd aan de electret die aan het huis zit. Daarmee kan de capsule omgetoverd in een fantastische microfoon met hoge uitstuurbaarheid en minimale vervorming. Dit geldt ook voor de kleinere omnidirectionele capsules welke echter maar met 1 spoortje zitten verbonden.

DE VOORVERSTERKER:
Om de microfooncapsule van spanning te voorzien is gekozen voor standaard fantoomvoeding uit een mengpaneel. Er is verder gekozen voor een volledig symmetrische aansturing wat de gevoeligheid voor brom minimaliseert terwijl tevens de beste eigenschappen voor minimale vervorming worden gegarandeerd. Het schema is eenvoudig gehouden met een minimaal aantal standaard componenten welke op een gaatjes printpaneel kunnen worden gesoldeerd. Feitelijk kunnen alle onderdelen ook in SMD (Surface Mounted Device) vorm worden toegepast waardoor het veel kleiner kan worden maar dat is wat lastiger te doen als je niet eerst een echte printlayout maakt. Verder is het monteren van de kleine SMD's ook niet handig als tools ontbreken en je het met een eenvoudig soldeerboutje moet doen. Uitgegaan is van een belastingsimpedantie van het mengpaneel van ca 2,6k differentiële impedantie bij de simulaties. Lagere impedanties zijn in principe geen probleem aangezien de bron bestaat uit emittorvolgers. Voor de gebruikelijke asymmetrische ingangen (jack plug) bij vele contrabasversterkers kan één van de twee symmetrische uitgangen gebruikt worden, terwijl de andere uitgang ongebruikt wordt gelaten. Door om te schakelen naar de andere uitgang draait de fase en heeft men dus automatisch de beschikking over een fase omkeermogelijkheid. In dit geval zal wel gebruikt gemaakt moeten worden van een losse fantoomvoeding zoals b.v. van Behringer: http://www.thomann.de/nl/behringer_ps_400.htm 
Door het kastje eventueel te voorzien van een faseomkeerschakelaar en een mono-jack uitgang is de combinatie zo geschikt te maken voor elke situatie. Of beter in plaats de schakelaar twee mono-jack uitgangen. Er zijn vele andere mogelijkheden te bedenken met b.v. een 9V batterijvoeding of/en opamps.  Hoewel ik alle oplossingen heb uitgewerkt was dit voor mij niet opportuun omdat mijn contrabasversterker een fantoomgevoede XLR ingang heeft.

DE MICROFOON BEVESTIGING:
De microfoon kan zijn werk alleen goed doen als deze trillingsloos is bevestigd. Feitelijk zou hij dus middels een standaard op de grond moeten staan. In ons geval gaat dat niet omdat we de microfoon dichtbij willen hebben en de bassist met de contrabas over de nodige bewegingsvrijheid moet beschikken. De microfoon moet dus aan de contrabas vastgemaakt. Omdat trillingen en met name de lage frequenties onherroepelijk worden overgedragen via houder en bedrading aan de capsule zal de houder moeten worden bevestigd aan het minst trillende deel van de contrabas. De enige plek die daarvoor in aanmerking komt lijken mij de randen van de kast. Deze zijn dermate stijf en massief dat ze naar verwachting het minst zullen trillen. Alle andere bevestigingsmethoden die ik ooit heb gezien verwijs ik naar de prullenbak voor zelfbouw. Een tweede aspect is dat de middelen zelf die gebruikt worden voor de houder geen eigenresonanties mogen hebben en dus ook uitermate stijf moeten zijn. De enige uitvoering die ik heb gezien die enigszins voldoet en daarom nagebouwd kan worden is die van AMT: http://www.appliedmicrophone.com/products/show/11
Hoewel ze zelf ook een "Tail Piece" bevestiging aanbieden: http://www.appliedmicrophone.com/products/show/56 acht ik deze minder geschikt voor zelfbouw. Het staartstuk is alles behalve trillingsloos en als je niet over exact de juiste materialen beschikt met de juiste dempingseigenschapen afgestemd op de massa van de microfoon krijg je deze overdracht zelf niet voldoende geïsoleerd.

DE ONDERDELEN EN WAAR KOOP JE HET:
Als overzicht staan hieronder alle materialen die ik gebruikt heb waarmee de microfoon is gebouwd. Omdat ik al heel veel reeds in huis had ben ik gewoon even rond gaan kijken als iemand die nog niets heeft om zo een idee te krijgen wat je nu echt kwijt bent en waar je alles zou kunnen kopen.

Microfoon capsule: WM-55A103 (Panasonic) bij Digikey € 2,00 (alleen goed voor grote aantallen: http://be.digikey.com/1/1/27254-microphone-cartridge-9-7mm-x-5mm-wm-55a103.html) of idem de MCE404U (http://www.okaphone.com/artikelen.asp?groep=683.)
Microfoon windkap: WS-30 11-15 mm Monacor € 3,50 (Feedback), of € 5,70 (Thomann).
Microfoonkabel C202 van Tasker € 1,50/m (Brigatti of Feedback)
Zwanenhals: LED 4W wandlamp 30cm productnummer: 1576121 € 9,99 (Kwamtum)
Mini XLR male en female kabeldelen 2x € 2,49 (Conrad)
Male XLR kabeldeel Neutrik NC 3MX € 2,50 (Conrad)
Krimpkous 12,7mm 1 m20 € 3,90 (Brigatti)
2 luidsprekerklemmen: 2x€ 0,50 (Feedback- service flightcase bouw)
Stripjes rubber (fietsband) + dubbelzijdig plaktape.
Aluminium buis 10mm doorsnede 1 m lang: € 3,79 (Praxis)
3 stuks spaanplaatschroeven 3 mm doorsnede 12 mm lang: € 3,49 (45st Praxis)
2x 4 mm boutje 16 mm lang: € 2,29 (25st Praxis)
2x 4 mm koppelmoer 30mm lang: € 1,99 (4st Praxis)
12 mm koppelmoer 30 mm lang: € 2,49 (2st Praxis)
Gordijnring donkerbruin hout voor 20 mm rail: € 3,59 (6st Praxis)
Meubeldop zwart rond 12mm: € 0,99 (4st Praxis)
Meubeldop zwart rond 16mm: € 1,29 (4st Praxis)
Ladeknop clear transparant wit (221): € 4,59 (Praxis)
4mm schroefdraad 1m lang: € 1,09 (Praxis)

Stukje bekoperd epoxy printpaneel: € 4,95 (Conrad)
Elektronica onderdelen, weerstanden 8x 0,11, elco's 3x 0,14, condensator 0,14, transistors 2x0,15: totaal € 1,74 (Conrad)
Alles ca €70,00 exclusief verzendkosten

VERZENDKOSTEN:
Conrad € 6,95 (http://www1.conrad.nl/ ),
Thomann € 8,00 (http://www.thomann.de/nl/index.html ),
Brigatti € 7,00 (http://www.brigatti.nl/ ).
Okaphone € 2,90 (http://www.okaphone.com/bestellen.asp)
Begrijpelijkerwijze zullen de echte kosten verschillen afhankelijk van reeds aanwezige spullen, eigen inventiviteit of de winkels om de hoek, andere leveranciers en verzendkosten. Grofweg maak je deze microfoon voor ver onder de € 100,= en enkele uren noeste arbeid met twee componenten lijm, boren, een soldeerbout met soldeer. Deze laatst genoemde zaken worden als aanwezig verondersteld.

DE BOUW VAN DE MECHANISCHE DELEN:
Een eerste proef bleek met een te dikke en korte zwanenhals (20cm) al duidelijk teveel beperkingen te hebben. De zwanenhals was van een pianolamp afgesloopt. Na enige omzwervingen in bouw- en meubel- markten vond ik de ideale zwanenhals (30cm) op een wandlampje voor een prikje (€ 9,99) bij de Kwantum. De zwanenhals was precies goed voor de toepassing, stevig en lang genoeg. De iets langere maar steviger zwanenhals in vergelijking met die van AMT en geeft daardoor iets meer mogelijkheden en tegelijk een betere stijfheid.
De microfoon voorversterker die ik gebouwd had werd daarna opgeblazen samen met de microfoon na een paar keer insteken met de fantoomspanning aan. Het was voor mij al meteen duidelijk waarom zodat na enige nieuwe PSpice simulaties (simulatie programma voor elektronica) enkele onderdelen werden toegevoegd om dit in de toekomst te voorkomen. Daarmee had ik meteen een reden om de originele capsule (achterzijde) van de microfoon te slopen en vast te stellen uit welke basis onderdelen (voorzijde) deze was opgebouwd en tot in alle details toe.

De 10mm doorsnee aluminium pijp is 23cm lang gekozen. Aan één zijde is er een koppelmoer (M4) ingelijmd met 2 componenten lijm die wordt gebruikt om de klem te kunnen aandraaien waarmee de microfoon wordt vastgezet op de bas. De ladeknop fungeert als aandraaiknop waarin 5,5cm M4 schroefdraad is gedraaid en vastgelijmd. Ook is de vierkante knop nog eens vastgelijmd aan de bus die eraan zit omdat deze onderling konden verdraaien.

Als klemmen voor de basrand is gekozen voor twee kunststof luidsprekerklemmen. Eén klem is voorzien van een stukje van een koppelmoer waar de schroefdraad is uitgeboord met een 4mm boor, zodat er een busje in de klem kan worden gelijmd door de sleuf aan de binnenzijde van de klem met een 7,5mm boor op te boren. Het 13mm lange busje is gemaakt van een 7,5mm dikke schroef waarin een 3,8mm gat is geboord. Tevens is er een grote sluitring (18mm ring voor M6 met een 7,5mm opgeboord gat) opgelijmd die een stevig vlak vormt waartegen de knop zich afzet bij het aandraaien en die daarmee voorkomt dat de klem geheel scheef gaat staan bij het aandraaien door vervormingen speling. Zie het resultaat. De andere luidsprekerklem is uitgeboord op dezelfde plek met een 10mm boor om rond de pijp te passen. Hierin is een gat geboord voor M4 boutje om de klem ergens op de pijp te kunnen vastzetten. Eerst was er M4 getapt in het gat maar snel bleek dat de kantelkracht bij het aandraaien de kunststof daar te zwak voor bleek. Daarna is een stuk van een koppelmoer gebruikt die middels vijlen pas is gemaakt voor het ovale gat in de klem dat overblijft achter de pijp. Ook dat was onvoldoende waarna eerst een te klein plaatje op de koppelmoer was gesoldeerd maar uiteindelijke ook weer een complete ring waarin ook een gat van 10mm is geboord. Alles ter ondersteuning van de kunststof klem. Solderen van ijzer gaat alleen maar met S39 of een dergelijk product. Je ziet in dit plaatje ook dat het RVS boutje waarmee de klem wordt vastgezet. De ring met de gesoldeerde koppelmoer zitten met 2 seconden lijm in de klem gemonteerd. Het resultaat voldoet uitstekend. Echter zou ik mogelijk bij een nieuwe bouw twee dikke metalen strippen nemen die voldoende dik zijn om kantelen in de gaten (10mm gat voor de pijp en 3,8mm gat voor de aandraaiknop) te voorkomen. Eigenlijk precies zoals AMT doet, hoewel de praktijk bij het klemmen weerbarstiger blijkt te zijn op het moment dat je het toepast. De kracht waarmee de buis dient te worden vastgeklemd op de contrabas moet erg groot zijn om te vermijden dat deze gaat schuiven bij het verbuigen van de zwanenhals. De beide klemmen zijn voorzien van een stukje dubbelzijdig plaktape met een stukje rubber (binnenband van fiets of EPDM dakbedekking). Dit om glijden en beschadiging op de basrand te voorkomen.

De andere zijde van de pijp moet worden uitgeklopt tot ca 11mm doorsnee over een lengte van ca 1cm. Dan kan in de pijp een M10 fijn (1mm spoed) metrische draad worden getapt waarin de zwanenhals kan worden vastgedraaid. Een M10 fijn tap had ik niet en is nog niet zo makkelijk te kopen en relatief duur. Het is de standaard schroefdraad die wordt toegepast voor het bevestigen van lampfittingen in kappen. Vandaar dat deze ook op de zwanenhals aanwezig is. Oude lampfittingen slingeren bij mij overal rond en de stukjes buis met schroefdraad zaten daarin ook nog bij. Ik heb een stalen uitgezocht en daar twee zaagsneden ingemaakt waardoor een soort neptap ontstond goed genoeg voor aluminium. Ook aan de andere zijde van de zwanenhals komt een stukje aluminium pijp (22mm lang) waarin schroefdraad wordt getapt nadat het eerst ook tot 11mm is uitgeklopt. En met wat moed en beleid is het me gelukt daar toch 10mm fijne draad mee te tappen voor de zwanenhals.
Ook in dit korte stukje pijp is weer een stukje afgezaagde koppelmoer gelijmd van ca 1cm lang. Daartegen aan is een houten gordijnring geschroefd waarvan het gat van de ring nog eens is opgeboord tot 3cm doorsnede om iets meer ruimte te bieden aan de windkap waarin de microfooncapsule zit. De schroef heb ik lichtjes verlijmd bij vastzetten zodat deze niet mee gaat draaien als je de ring verdraait om de microfoon een andere richting op te laten wijzen. Op 3 punten rondom in de ring zijn gaatjes geboord met zelftappertjes (3mm doorsnede 12mm lang) die de windkap centreren en vasthouden. De ophanging van de windkap is op deze manier ook soepel door het materiaal van de windkap zelf. Dat werkt echter pas als er redelijk wat massa in de windkap aanwezig is. De capsule is wat te licht waardoor achter de capsule een stuk koperen bus is bevestigd (gebruikt is een 12mm busje met 10mm schroefdraad waarmee normaal lampenfittingen worden bevestigd) met daarop een 12mm meubeldop die de kabel netjes centreert en afsluit. De zwanenhals heeft aan één zijde een stukje verloop schroefdraad van zichzelf van M10 naar M8. Omdat M8 te klein is voor het stukje aluminium pijp is dit vervangen door een stukje (ingekort) buisschroefdraad uit een oude lampfitting. Overigens kun dit ook los kopen in de betere hobbywinkel. De voorversterker is gebouwd op een stukje gaatjes printpaneel. Deze is opgenomen in de kabel tussen een female mini XLR waarvan de male op de aluminium pijp wordt bevestigd en de male XLR voor een fantoom gevoede microfooningang. Aan de capsule wordt een weerstand en condensator bevestigd en de symmetrische microfoonkabel waarvan de afscherming aan de koperen bus is gesoldeerd. Dit laatste is niet echt noodzakelijk. In principe zou de microfoon elektrisch afgeschermd moeten zijn maar zowel simulatie als praktijk laten zien dat de ingangen zo laagohmig zijn dat van opgepikte brom geen sprake is. Daarom heb ik dat achterwege gelaten omdat dit alleen maar extra verstoring voor de richtgevoeligheid kan toevoegen. De mini male XLR op de aluminium pijp is op een oneigenlijke manier bevestigd door de kabelontlasting te gebruiken en af te schuinen en vervolgens vast te zetten met een zelftapper. Eerst was dit een mini XLR met kunststof kabel ontlasting die kapot ging waarna de veel goedkopere en betere volledig verchroomd koperen versie is toegepast  verkrijgbaar bij Conrad. Het gat voor de zelftapper is ook schuin in de buis geboord. Vlak boven het gat voor de zelftapper is een 4mm gat voor de kabel geboord. De hierboven beschreven onderdelen met een de kunststof (mislukte) versie mini XLR zijn o.a. hier te zien. De voorversterker is zo dicht op de XLR bevestigd om er een buisje van koper omheen te kunnen zetten van inwendig ca 19mm doorsnede dat aan de steker wordt geplakt zodat de XLR tevens de voorversterker bevat. Het buisje is gewikkeld van koperfolie om 3/4" elektriciteitbuis die alleen als mal heeft gefungeerd. De binnenkant van de folie was eerst geïsoleerd met ductape. De buitenkant is de koperfolie ook met ductape afgeplakt evenals dat het geheel met ductape op de XLR wordt geplakt. Aan de kabeluitgang is gebruik gemaakt van een 16mm meubeldop om de koperen buisbehuizing af te sluiten. Aan de top van de meubeldop is een 3mm kabelgat geboord waar doorheen de C202 microfoonkabel loopt. Deze klemt behoorlijk zodat het voldoende ontlast. Gedeeltelijk is hier een ongemonteerd resultaat te zien.

DE WIJZIGING VAN DE ORIGINELE MICROFOON CAPSULE, WAAROM EN HOE:
De originele capsule is bedoeld voor eenvoudige massale toepassing waarbij weinig hoge eisen worden gesteld aan overstuurbaarheid en lineariteit.
Door een aanpassing van de capsule kunnen we daar heel veel in verbeteren. De electret, het gevoelige microfoon element zit boven op een JFET gemonteerd. Door dit te doen is er al een grote versterking mogelijk voordat kabels en behuizingen brom en andere storing kunnen introduceren. De behuizing zelf wordt als afscherming gebruikt. De JFET kent in principe 3 aansluitingen namelijk de gate (ingang) de source (aarde) en de drain (uitgang). De gate ontvangt het signaal van de electret rechtstreeks en is in principe niet uitgevoerd. Je kunt er dus niet bij. De instelling van de JFET wordt aan zijn lot overgelaten door de gate intern in de JFET met een super hoogohmig weerstand aan de source te leggen. De gate source overgang is ook nog intern beschermd door een diode (zie: JFET intern.) Er loopt dus geen gatestroom. Het electret materiaal is als een voorgepolariseerde lading direct in contact met de gate gebracht (back-electret). Het microfoon membraam bestaat uit een geleidende dunne folie die aan het huis zit verbonden middels een ring en vlak voor de de voorgepolariseerde gate zit. Er bestaat dus een lading tussen de gate en het membraam. Als het membraam trilt en als gevolge daarvan de afstand varieert tussen membraam en gate ontstaan er dus potentiaalveranderingen op de de gate die de JFET aansturen. De behuizing is middels een felsrand aan drie soldeer vlakjes gekoppeld (drie voor meer contactzekerheid) die direct aan de source zitten doorverbonden. Op die manier staat de spanning gewoon tussen gate en source. De variërende stroom wordt afgenomen aan de drain. Door de drie vlakjes los te krassen van de drain krijgen we de mogelijkheid om het versterkte signaal van drain terug te koppelen via het membraam naar de gate, waardoor de lineariteit enorm toeneemt. Door tevens de source als source volger te gebruiken en niet direct aan aarde te leggen wordt de uitstuurbaarheid zowel groter en hebben we een symmetrisch signaal van source en drain beschikbaar.
Omdat de behuizing nu niet geaard is lijkt er nu een toename mogelijk van brom. Er zijn twee fenomenen die dit tegengaan. De ingang is laagohmig geworden door de 100% tegenkoppeling op de electret die is toegepast en door de symmetrische uitvoering middels het gebruik van de source treedt er een common mode rejectie op van het bromsignaal dat nu door zowel drain als source wordt opgevangen. Er is dan ook geen spoor van bromgevoeligheid te herkennen. Aan de slag dus. Middels bijvoorbeeld een klein horloge schroevendraaiertje die van gehard staal zijn gemaakt kras je de drie verbindingen door.
Daarna soldeer je een weerstand van 10M ohm, die je recht naar achteren laat wijzen, aan één van de vlakjes. De weerstand is zo hoogohmig gekozen om een minimale ruisbijdrage te garanderen maar zorgt er wel voor dat het potentiaal van het membraam aan nul gelegd kan worden. Voor de zekerheid maar ook voor stabiliteit van de verbinding van de weerstand naar de capsule soldeer je nog een extra draad naar één van de andere twee overgebleven vlakjes en naar de weerstand. Het is zaak snel te solderen zodat er zo min mogelijk warmte in het geheel wordt gepompt wat alleen maar schade aan de JFET maar ook met name aan de electret zou kunnen toebrengen. De 100nF terugkoppel capaciteit wordt verbonden met de drain met een tussen blank draadje en verbonden bij de zojuist aangesloten weerstand (dus ook weer aan het huis). De kabel wordt aangesloten aan de drain (rood) en de source (wit) en met de afscherming aan de weerstand. Rond de weerstand + de condensator en coax wordt een stukje isolatieband of ductape gedaan zodat er nergens sluiting met het koperen hulsje kan ontstaan indien deze er gedeeltelijk in wordt geschoven. Er dient echter ruimte te blijven tussen de capsule achterkant en de isolatie tape om minimale beïnvloeding van de richtingsgevoeligheid te realiseren. De goede (onbelemmerde) bereikbaarheid van de achterzijde van de capsule door de geluidsgolf is namelijk ook cruciaal voor de richtingskarakteristiek. Het totaal mag dan ook niet geheel in het koperen busje worden geschoven! Het resultaat  (zonder isolatie) is hier ongeveer (oudere samenstelling) te zien. Het gebruik van de electret in een principeschema van de originele electret en een gewijzigde electret kun je hier vergelijken. Zie voor het origineel ook de wikipidea.

 

OPBOUW CAPSULE EN WERKING: (zie foto 1 en foto 2)
De opbouw van de microfoon capsule is a.d.h.v. de gesloopte versie duidelijk te zien. Het bestaat uit een rond stukje ordinair enkelzijdig printpaneel met 6 gaatjes voor het geluid ene twee soldeervlakjes waarin de twee aansluitingen source en drain van een gewone bestaande JFET uitkomen die erop zit gemonteerd (zie: achterzijde capsule). Aan de binnenzijde (waar de fet zit, zie foto 2 bruine paneel met zwarte fet) steekt het pootje dat de gate vertegenwoordigt door de dikke bodem van een nylon busje (foto 2 geheel links). De dikke bodem heeft een uitsparing waarin de fet precies zit opgesloten. De rand van de bodem is weer voorzien van 6 luchtgaten evenals het paneeltje om geluid door te laten. Verder past om het dikke stuk in het midden van bodem (waarin de fet ligt opgesloten) weer een busje dat tussen de gaten weer afsluit. Dat busje is gemaakt van een specifiek poreus materiaal, een soort schuim dat het geluid vertraagd doorlaat (zie foto 2 iets rechtsonder het midden).  Op dit geheel ligt een metalen plaatje (foto 2 rechts) wat is voorzien van lading middels het electret (back-electret principe), met weer 8 gaatjes voor het doorlaten van geluid, dat tegen het pootje van de fet aanligt en daardoor contact met de gate maakt.

Op het plaatje ligt daarna weer een flinterdunne zwarte ring (rechtsboven op de foto 1 of linksonder foto 2) dat waarschijnlijk het electret is zelf is die zorgt voor de lading tussen gate en membraam. Op die dunne zwarte ring ligt een metalen ring waarin het diafragma (geleidende membraam) zit gespannen (foto 2 rechtsonder) welke capacitief kijkt naar de het via de electret geladen plaatje dat aan de gate zit. Op de ring zit het huis met een klein gaatje van ca 2 mm waardoor het geluid binnenkomt. Het gaatje is afgedekt met een dun zwart viltje dat het hele huis bedekt en vuil buiten moet houden. De ring van het diafragma maakt rechtstreeks contact met de behuizing. De rand van de behuizing zit gefelst rond het paneeltje en maakt contact met met de 3 soldeervlakjes op het paneel die in principe aan de source van de fet zitten. Fundamenteel meet deze microfoon het drukverschil tussen voor en achterkant van het diafragma als gevolg van een verschillende plaats in het geluidsveld. Hij meet zo gezegd de gradiënt van de geluidsgolf. Omdat bij een hogere frequentie de gradiënt toeneemt bij gelijkblijvende amplitude loopt ook het drukverschil alsmaar op. Dus het uitgangssignaal stijgt in principe met 6dB/octaaf. Omdat er een vertragend element is ingebouwd middel de poreuze ring zal er een drukvertragend effect optreden. Deze heeft tot gevolg dat er een soort mechanisch filter in het systeem zit die de amplitude met 6dB/octaaf doet afvallen omdat het poreuze materiaal de hogere frequenties als het ware absorbeert. Het resultaat is een vlakke frequentiekarakteristiek. Ergens in het laag werkt deze absorptie niet meer waardoor er een kantelpunt ontstaat. Dat is het punt dat de capsule gemeten in het verre veld gaat afvallen met 6dB/octaaf voor lage frequenties (Zie 0 graden curve frequentie karakteristiek). Dat gebeurt dus bij ca 200Hz (-3dB punt). Vanaf dat punt gaat echter ook het proximity effect werken (zie b.v. ook http://shure.custhelp.com/app/answers/detail/a_id/2844) . De curve uit de grafiek is gemeten met een bron op 1 meter afstand. Zodra je dichterbij komt gaat vanaf 30 cm het proximity effect de curve al sterk ophalen wat resulteert in een ongeveer vlakke karakteristiek. Bij een afstand van 10 cm zie al zo'n +12 dB gain bij 50Hz. Een typisch voorbeeld van de verschillende curven laat DPA hier zien.

HET VOORVERSTERKER SCHEMA:
De voorversterker heeft de functie de JFET verder te bufferen en de fantoomvoeding te kunnen gebruiken voor de JFET. Tevens blijken wat extra beschermingsmaatregelen nodig die voorkomen dat de zaak kapot gaat. De aangeboden fantoomvoeding is standaard een 48V volt spanningsbron met voor beide gebalanceerde microfoondraden een 6k8 weerstand in serie. Dat beperkt de af te nemen DC stroom en verlaagd de beschikbare spanning zodra er stroom wordt afgenomen. Op het eerste gezicht lijkt het vrij onschuldig omdat de beschikbare stroom beperkt is en de spanning meteen in elkaar zakt zodra men iets aansluit. Maar de ingangen zijn gekoppeld via een elco (grote C) naar de ingangen van de voorversterker in een mengpaneel of een basversterker. Die ingangen kennen ook een protectie meestal uitgevoerd middels diodes om te voorkomen dat plotselinge 48 Volt amplitudes e.e.a. stuk maken. Zodra de elco's echter opgeladen zijn als de fantoomvoeding aan staat en er wordt iets aangesloten kunnen deze kortstondig de volledige 48V ter beschikking stellen. Dit maakt het noodzakelijk ook de aan te sluiten componenten te beschermen tegen het plotseling op 48 volt aansluiten is mij inmiddels gebleken door het stuk gaan van het eerste ontwerp na een paar keer aansluiten. De te nemen maatregelen zijn vrij rigoureus gedaan zodat de maximum spanningen voor de gebruikte componenten waaronder de 10 volt voor de capsule nooit meer overschreden kunnen worden ook niet kortstondig. De componenten kosten niets, het kost wat meer ruimte en een paar verbindingen meer. Voor insiders: de diodes D1 en D2 zorgen ervoor dat maximale reverse piekspanning over de basis emittor niet overschreden kunnen worden, door het opladen van C3 en C4 tijdens het inschakelen. Daarenboven zorgt de zener D3 ervoor dat de maximale spanning over de capsule nooit boven de 10 volt kan komen. De twee weerstanden R8 en R9 beperken de maximaal mogelijke laadstroom o.a. ter bescherming van de zener. De weerstanden R2 en R3 zijn hoog gekozen om een grote gain te realiseren. De maximale uitsturing wordt enerzijds bepaald door de aanwezige spanningsruimte tussen source en drain en anderzijds door de gekozen stroom in de emittor weerstanden R4 en R5 in samenhang met de belastingsimpedantie op de uitgang. E.e.a. is (theoretisch) goed voor maximaal 150dB geluidsdruk bij een normale mixer belasting van ca 1k3 aan iedere uitgang. Het schema is feitelijk goed voor alle toepassingen zoals dwarsfluit, sax en trompet. Onderstaand het hele schema inclusief de aangepaste capsule (klik voor vergroting):



LAYOUT VOORVERSTERKER: Er is met gewone componenten gewerkt hoewel alles zoals gezegd in principe ook in SMD kan worden uitgevoerd als je het kleiner wilt bouwen. De bovenstaande componenten in het rode vierkant vormen de voorversterker. De layout was uitgewerkt voor de versie zonder protectie en wordt mogelijk nog bijgewerkt zodra alle proeven achter de rug zijn. Voorlopig heb ik de toegevoegde componenten er kris kras bijgezet omdat het sneller is dan een nieuwe layout maken. Het gaat mij in eerste instantie om de proeven. De nieuwe layout zou er zo uit kunnen zien.

AFWERKING: Om het geheel ietsje netter eruit te laten zien zijn de beschadigingen van de aluminium pijp door het uitkloppen en inklemmen in de bankschroef weggewerkt met drie stukjes krimpkous. Die zitten op de overgangen van de buisjes naar zwanenhals en bij de aandraaiknop. Uiteindelijk is later de hele zwanenhals ook in krimpkous gezet omdat deze resonanties ging vertonen. De krimpkous werkt dempend en is dus noodzakelijk. Dus feitelijk kan het geheel met één lange krimpkous bedekt worden.

EXPERIMENTEN:
We zullen nu na de bouw wat verder gaan experimenteren met het uiteindelijk resultaat en dat vooral vergelijken met piëzo pick-ups in of onder de kam om een idee te krijgen of een microfoon nu wel echt een nuttige optie is. De voorlopige resultaten lijken een duidelijker mooier geluid te kunnen produceren maar uiteraard ook gevoelig te zijn voor rondzingen en ook voor het opvangen van ongewenst omgevingsgeluid. Niets nieuws onder zon dus alleen dan dat uit de eerste proeven al meteen blijkt dat het spiegelende effect van de baskast zich zeer duidelijk manifesteert in alle opzichten. Dit betekent dat je de richting van waaruit je de microfoon moet laten kijken heel specifiek moet laten zijn wil je omgevingsgeluid verminderen door gebruik te maken van de richtgevoeligheid. Uitgebreidere proeven zullen nog plaats vinden om een evenwichtig advies te kunnen formulieren over het beste gebruik en om het zodanig te omschrijven dat men de werking ervan begrijpt. Het kan nog zijn dat een proef met een omni nuttig is aan het einde van de rit. Uit de eerste proeven bleek al dat er ook nog onvoldoende ontkoppeling is bereikt tussen de bas en de microfoon en dat er resonantieverschijnselen in de zwanenhals zitten.