Как определено, что это именно мембрана, а не перегруз в любой другой части тракта? И что вообще это именно перегруз, а не тембр голоса?

Да потому что при перегрузе совсем другой звук. А тут характерное дребезжание. В преде микшера точно перегруза нет. В преде микрофона - возможно, надо попробовать воткнуть аттенюатор. А вообще-то известная проблема оперных певцов. Не знаю, откуда такое недоверие

Перегруз в усилителе, не охваченном ОС (клипирование), весьма похож на чисто механическое клипирование.

Вот только после этого и можно судить о наличии механического перегруза. Как правило, механический перегруз более вероятен на низких частотах - но откуда в голосе взяться такому количеству низов?
Да и про плевательницу забывать не след.

Из прктического опыта - инженерного и звукорежисерского...