Rauscharme Verstärkung von Mikrofonsignalen, Röhren oder Chips?

In groben Zügen kommt es auf die Signalquelle, also den Mikrofontyp an.

Es gibt einige sehr rauscharme Vakuumröhren.

Es gibt einige rauscharme IC-Verstärker, aber nicht viele.

Es gibt auch diskrete Halbleiter, sowohl bipolar als auch JFET, und diese sind oft die beste Wahl für eine Eingangsstufe, möglicherweise mit einem IC für die späteren Verstärkungs- und Ausgangsstufen.

Unter den Vakuumröhren hat die 7586 (Nuvistor) einen guten Ruf. (Dito einige Marken von 6060-Trioden, wenn ich mich richtig erinnere, und, glaube ich, die V301, wenn Sie eine zuverlässige Quelle für Komponenten aus der Zeit des 2. Weltkriegs haben ...).

Um eine Röhre als rauscharmen Verstärker zu verwenden, muss man bedenken, dass sie eigentlich einen recht hohen Rauschwiderstand hat, also ihre beste Rauschzahl bei einer hohen Quellimpedanz erreicht. Schließlich können Sie die Impedanzen der Netzkreise beliebig hoch halten.

Daher ist eine als Kathodenfolger betriebene Röhre eine gute Wahl, um eine Stromverstärkung bereitzustellen, wenn sie von einer Kondensatormikrofonkapsel gespeist wird (typischerweise 30 pf). Es ist notwendig, den Eingang mit einem Gitterleckwiderstand im Bereich von 1 GOhm oder höher vorzuspannen (beachten Sie die RC-Zeitkonstante und Sie werden sehen, dass dies die LF-Leistung des Mikrofons bestimmt). Siehe Neumann U47 usw.

Bei einer niedrigen Quellenimpedanz wie einem Bändchenmikrofon kann die Röhre jedoch nur eine rauscharme Leistung erzielen, indem sie diese Quellenimpedanz mit einem hochstufigen Aufwärtstransformator an die Rauschimpedanz des Mikrofons anpasst.

Ein guter Ersatz für eine Vakuumröhre in ähnlichen Anwendungen (hohe Quelle Z) ist ein geeigneter rauscharmer JFET. Holen Sie sich das NatSemi „Discrete Databook“ von 1978: jetzt eine Rarität, aber mit mehr guten Informationen, als Sie fast überall sonst finden können – einschließlich Rauschspannungen vs. Frequenz und Strom für eine Reihe von Geräten.

Sie werden feststellen, dass einige relativ großflächige FETs (zum Schalten) relativ niedrige Rauschspannungen aufweisen. Tatsächlich sind dies mehrere kleine JFets parallel. Siehe RMS-Summierung von Rauschquellen ... Achten Sie besonders auf "Prozess 55" (2N5459), der mit Drain-Strömen von 1 mA oder mehr betrieben wird.

Soweit ich weiß, können Sie bei niedriger Quellenimpedanz Bipolartransistoren immer noch nicht schlagen - normalerweise PNP und normalerweise mittlere Leistung (wieder relativ große Fläche). Sogar der BC214 ist nicht schlecht (siehe noch einmal das Nat Semi-Datenbuch), aber einige Designer empfehlen den Hitachi 2SC2547 (und wenn Sie ein NPN-Äquivalent benötigen, denke ich den 2SA1075). Damit können Sie bei Strömen um 10 mA den Rauschwiderstand des Transistors auf einen Wert im Bereich von 10 bis 30 Ohm reduzieren.

Ich überlasse es Ihnen, das in nV / rtHz umzuwandeln und mit den besten Operationsverstärkern zu vergleichen, die Sie finden können, oder dem AD797 ...

Zwischen Vakuumröhren und diskreten Halbleitern, die jeweils optimal genutzt werden, bezweifle ich, dass Sie mehr als einen Unterschied im Rauschpegel von etwa einem dB feststellen werden.

Letztendlich ist man natürlich an die Rauschzahl der Mikrofonkapsel selbst gebunden, also an die Brown'sche Bewegung der auftreffenden Luftmoleküle. Auch hier ist eine großflächige Kapsel leiser (fühlen Sie hier ein Thema?) auf Kosten einer geringeren HF-Leistung (wenn ihre Abmessungen 1/4 Wellenlänge des Tonsignals überschreiten). Es gab Doppelmembran-Mikrofone (großer LF, kleiner HF) mit internen Frequenzweichen, um diesen Nachteil zu überwinden.

Und wie @pjc50 feststellt, kommt jede weitere Verbesserung darüber hinaus effektiv von mehreren parallelen Mikrofonen: mit DSP, um nicht nur die Nachteile ihrer räumlichen Dispersion zu überwinden, sondern auch Vorteile wie synthetisches Beamforming zu bieten.