Что такое фантомное питание для микрофона

Что такое фантомное питание для микрофона

Фантомное питание для микрофона: основы для повторения схемы

Фантомное питание для микрофона: капсюль электретного микрофона аналогичен тем, которые использовались в телефонах, кассетных магнитофонах и компьютерах. Этот элемент, фактически, является конденсатором с определенным фиксированным зарядом. Звуковое давление двигает диафрагму, вызывая изменения емкости. Это движение создает переменное выходное напряжение при очень высоком выходном сопротивлении источника. Сток внутреннего МОП-транзистора капсюля нагружен внешним резистором (Рисунок 1).

Низкий импеданс выхода

Резисторы R1 и R2 обеспечивают соответствующее выходное сопротивление и питание от источника 10 В. Основные характеристики этого простого капсюля превосходны, но для того, чтобы соответствовать профессиональным стандартам фантомного питания для микрофона, он требует дальнейшей обработки сигнала.

На выходе микрофона с фантомным питанием формируется низкоомный дифференциальный сигнал. Низкий импеданс выхода обеспечивает простой буфер на микросхеме IC1. Инвертор с единичным усилением на микросхеме IC2 получает питание от выхода IС1. Смещением для неинвертирующего входа IC2 служит хорошо отфильтрованное выходное напряжение микросхемы IC1. Сдвоенный усилитель IС1/IС2 был выбран из-за его низких шумов и низких искажений. R6 и R7 предназначены для защиты от емкости длинной линии, радиочастотных помех и бросков напряжения, возникающих при «горячем подключении» к источнику фантомного питания.

Для исключения попадания постоянного напряжения фантомного питания на линии аудиосигнала на выходах усилителя включены разделительные конденсаторы С2 и С3. Размах выходного дифференциального напряжения ограничен уровнем примерно 2 В пик-пик, что обусловлено неспособностью источника питания обеспечить выходные токи операционных усилителей при более высоких напряжениях. Однако этот уровень является достаточным, поскольку он соответствует пределам линейного диапазона капсюля.

Источник фантомного питания 48 В

Микрофоны с фантомным питанием получают энергию для своих активных цепей от приемного конца схемы через те же провода, по которым передается звуковой сигнал. Источник фантомного питания 48 В подключается к обеим сигнальным линиям через резисторы R10 и R11 сопротивлением 6.8 кОм. Такое подключение позволяет микрофону с низким выходным сопротивлением передавать дифференциальный сигнал переменного тока при относительно «мягкой» импедан-сной характеристике источника фантомного питания. Питание на микрофон подается с сигнальных линий через резисторы R8 и R9. Стабилитрон D1 регулирует питание микрофона и усилителя.

Кроме того, эти резисторы обеспечивают мягкую импедансную характеристику симметричной линии. Вы можете разместить микрофон в сотнях футов от источника фантомного питания и усилителя приемной стороны и при этом получить превосходные характеристики. На приемной стороне используется мало-шумящий инструментальный усилитель IC3, состоящий из трех внутренних операционных усилителей. Его конфигурация и лазерная подгонка номиналов резисторов обеспечивают отличный коэффициент подавления синфазных сигналов (CMR).

Подавление шумов и фона

Высокий CMR подавляет шумы и фон шины питания, имеющие одинаковые амплитуды на обеих сигнальных линиях. Хотя низкий шум (1нВ/√Гц) и не нужен для микрофонов с высоким уровнем выходного сигнала, подобных тем, который описан здесь, он необходим для профессиональных ленточных и электродинамических микрофонов со слабыми выходными сигналами. Микрофоны этих типов являются строго пассивными электромеханическими генераторами и не нуждаются в источнике питания.

Фантомное питание для микрофона получило такое название оттого, что эти типы микрофонов «подвешены» на 48 В. Выпускаемые электретные капсюли имеют различные размеры и физические конфигурации. В частности, они могут быть как всенаправленными, так и направленными (с кардиоидной диаграммой направленности). Направленные капсюли имеют сзади вентиляционное отверстие; для получения надлежащих характеристик их следует устанавливать так, чтобы обеспечить свободный доступ как спереди, так и сзади.

Фантомное питание для микрофона и директ бокса 48V

6.1 Фантомное питание вида P48, P24 и P12

Зачастую существует путаница в различных, но на самом деле сходных видах фантомного питания. DIN 45596 определяет, что фантомное питание может быть достигнуто одним из трех видов стандартных напряжений: 12, 24 и 48 вольт. Чаще всего способ питания микрофона может меняться в зависимости от подаваемого напряжения. Индикация того, что микрофон получает питание, обычно отсутствует, но напряжения 48 вольт вольт будет рабочим наверняка.

6.2 Фантомное питание электретных микрофонов

Схема ниже (Рис.19) самый простой способ подключить электретный микрофонный капсюль к балансному входу микшерного пульта с фантомным питанием 48 вольт.

Рис.19 — Простейшая схема подключения электретного микрофона
к микшерному пульту

Учтите, что это лишь самый простой способ "пришпандорить" электретный микрофон к пульту. Подобная схема работает, но имеет свои недостатки, такие как высокая чувствительность к шуму фантомного питания, не балансное подключение (склонна к помехам) и высокое выходное сопротивление (нельзя использовать длинные кабели). Эта схема может быть использована для проверки капсюля электретного микрофона при подключении к микшерному пульту с помощью короткого кабеля. Также при использовании этой схемы шумы переходных процессов (например при включении или отключении фантомного питания, при присоединении к микшерному пульту, а так же отключении от него) имеют очень большой уровень. Другой недостаток этой схемы в том, что она не симметрично загружает питающую цепь фантомного питания. Это может сказаться на работоспособности некоторых микшерных пультов, особенно старых моделей (в некоторых микшерных пультах входной трансформатор может закоротить и сгореть, в этом случае пины 1 и 3 замыкаются через резистор 47 Ом).

На практике эта схема работоспособна при использовании с современными микшерными пультами, но она не рекомендуется для проведения реальной записи, либо всякого другого применения. Гораздо лучше использовать схему с балансным подключением, она значительно сложнее, но намного лучше.

6.3 Симметричная схема подключения электретного микрофона

Выход этой схемы (Рис.20) симметричный, и имеет выходное сопротивление 2 кОм, благодаря чему ее возможно использовать с микрофонным кабелем длинной до нескольких метров.

Рис.20 — Симметричная схема подключения электретного микрофона

Емкости в 10 мкФ, которые включены на выход пинов Hot и Cold, должны быть высококачественными пленочными конденсаторами. Их номинал может быть уменьшен до 2,2 мкФ если входное сопротивление предусилителя 10 кОм или более. Если вы по какой-то причине используете вместо пленочных конденсаторов электролиты, то следует подбирать конденсаторы рассчитанные на напряжение более 50 В. Кроме того, в параллель им необходимо включить пленочные конденсаторы в 100 нФ. Конденсаторы, включаемые в параллель со стабилитроном должны быть танталовыми, но при желании совместно с ними можно использовать пленочные конденсаторы в 10 нФ

Читайте также:  Intel advanced network services

Подключаемый кабель должен быть двужильным экранированным. Экран припаивается к стабилитрону и не припаивается к капсюлю. Распиновка стандартная для XLR разъема.
Источник: PZM Modifications web page by Christopher Hicks.

6.4 Улучшенная схема подключения электретного микрофона к фантомному питанию

Эта схема (Рис.21) обеспечивает меньшее выходное сопротивление чем схема рассмотренная выше (Рис.20):

Рис.21 — Альтернативная схема питания электретного микрофона
от фантомного питания микшерного пульта

В качестве биполярных PNP транзисторов могут использоваться BC479. В идеале они должны быть подобраны максимально одинаковыми, с целью минимального уровня шума и согласованности усиления. Имейте ввиду, что напряжение между коллектором и эмиттером может достигать 36 В. Емкости в 1 мкФ должны быть высококачественными пленочными конденсаторами. Схема может быть улучшена путем добавления конденсаторов номиналом 22 пФ параллельно резисторам 100 кОм. Для минимизации собственного шума резисторы номиналом 2,2 кОм должны быть точно подобраны.
Источник: PZM Modifications web page by Christopher Hicks.

6.5 Внешний блок фантомного питания

Это схема (Рис.22) внешнего блока фантомного питания, используемого с микшерными пультами, у которых фантомного питания нет:

Рис.22 — Внешний блок фантомного питания

Источник питания +48 В заземлен на землю сигнальную (пин 1). Напряжение +48 В может быть получено с использованием трансформатора и выпрямителя, с помощью батареек (5 штук по 9 В, итого 45 В, которых должно быть достаточно), либо с использованием DC/DC преобразователя, питаемого от батареи.

Между сигнальными проводами и землей должны быть по два стабилитрона на 12 В, включенные спина к спине, чтобы не допустить импульс в 48 В через конденсаторы на вход микшерного пульта. Резисторы, номиналом 6,8 кОм, следует использовать высокоточные (1%) для уменьшения уровня шума.

6.6 Получение напряжения +48 В для фантомного питания

В микшерных консолях напряжение фантомного питания обычно получают используя отдельный трансформатор, либо DC/DC преобразователь. Пример схемы, использующей DC/DC преобразователь можно найти на http://www.epanorama.net/counter.php?url=http://www.paia.com/phantsch.gif (схема одного микрофонного предусилителя от PAiA Electronics).

Если вы используете батарейка, то возможно вам будет полезно знать, что множество микрофонов, требующих фантомное питание, прекрасно работают и с напряжением меньше 48 В. Попробуйте 9 В, а затем увеличивайте его до тех пор, пока микрофон не начнет работать. Это гораздо проще, чем использовать DC/DC преобразователь. Однако необходимо помнить, что звучание микрофона, запитанного от меньшего напряжения, может сильно отличаться, и это следует учитывать. Пять батареек по 9 В обеспечат питание 45 В, которого должно хватить любому микрофону.

Если вы используете батарейки, закоротите из конденсатором, чтобы ограничить звуковой тракт от их шума. Для этого можно использовать конденсаторы на 10 мкФ и 0,1 мкФ в параллель с батарейками. Также батарейки могут использоваться с резистором на 100 Ом и конденсатором на 100 мкФ 63 В.

6.7 Влияние фантомного питания на подключаемый динамический микрофон

Подключение динамического микрофона двужильным экранированным кабелем ко входу микшерного пульта с включенным фантомным питанием не приведет ни к каким физическим повреждениям. Так что с наиболее популярными микрофонами проблем быть не должно (если они правильно распаяны). Современные динамические микрофоны с балансным подключением сконструированы таким образом, что их подвижные элементы не чувствительны к положительному потенциалу, получаемому от фантомного питания, и они прекрасно работают.

Множество старых динамических микрофонов имеют центральный отвод, заземленный на корпус микрофона и экран кабеля. Это может привести к короткому замыканию фантомного питания на землю и спалить обмотку. Легко проверить так ли это в вашем микрофоне. С помощью омметра проверяется контакт между между сигнальными выводами (2 и 3) и землей (вывод 1, либо корпус микрофона). Если цепь не разомкнута, то не используйте данный микрофон с фантомным питанием.

Не пытайтесь подключить микрофон с не балансным выходом ко входу микшерного пульта с фантомным питанием. Это может привести к повреждениям оборудования.

6.8 Влияние фантомного питания на другое аудио оборудование

Фантомное питание в 48 В это достаточно высокое напряжение, по сравнению с тем, с которым обычно работает обычное аудио оборудование. Необходимо быть очень внимательным и не включать фантомное питание на входах, к которым подключено оборудование, не предназначенное для этого. В противном случае это может привести к повреждению оборудования. В особенности это касается оборудования потребительского класса, подключенного к пульту через специальный адаптер/конвертер. Для безопасного подключения используется трансформаторная развязка между источником сигнала и входом пульта.

6.9 Подключение профессиональных микрофонов к компьютерам

Типичные компьютерные аудио интерфейсы обеспечивают питание напряжением лишь 5 В. Зачастую это питание носит название фантомного, но следует понимать, что оно не имеет ничего общего с профессиональной аудио техникой. Профессиональным микрофонам, как правило, требуется питание 48 В, многие из них будут работать и с напряжением от 12 до 15 вольт, но бытовая звуковая карта не сможет обеспечить и этого.

В зависимости от бюджета и технической подкованности, вы можете либо перейти на использование бытовых микрофонов, либо самостоятельно изготовить внешний блок фантомного питания. Можно использовать как внешний источник напряжения, так и встроенный в компьютер блок питания. Как правило, каждый компьютерный блок питания имеет выход +12 В, так что остается лишь подключить его правильном образом.

7. T-powering и A-B powering

T-powering новое название того, что ранее называлось A-B powering. T-powering (сокращение от Tonaderspeisung, так же рассмотренное в стандарте DIN 45595) было разработано для использования в портативных устройствах, и до сих пор широко распространено в звуковом кинооборудовании. T-powering в основном используется звукооператорами в стационарных системах, там, где требуется использовать длинные микрофонные кабели.

Читайте также:  Nvstlink в автозагрузке что это

T-powering обычно имеет напряжение 12 В, подаваемое на балансную пару через резисторы на 180 Ом. Из-за разности потенциалов на микрофонном капсюле, при подключении динамического микрофона через его катушку начнет течь ток, что негативно скажется на звучании, а спустя какое-то время приведет к повреждению микрофона. Таким образом к данной схеме могут быть подключены микрофоны, специально предназначенные для питания по технологии T-powering. Динамические и ленточные микрофоны при подключении будут повреждены, а конденсаторные скорее всего не будут работать должным образом.

Микрофоны, использующие T-powering, с точки зрения схемотехники представляют собой конденсатор, и, следовательно, препятствуют протеканию постоянного тока. Преимуществом технологии T-powering является то, что экран микрофонного кабеля не обязательно подключать с обоих концов. Эта особенность позволяет избежать появления земляной петли.

Схема подключения микрофона, питаемого по технологии T-powering от внешнего источника, к микшерному пульту с симметричным входом, приведена на рисунке ниже (Рис.23):

Рис.23 — Схема внешнего питания T-powering

Примечание: схема придумана на основе знаний, полученных при изучении технологии T-powering. НА ПРАКТИКЕ ЭТА СХЕМА НЕ ПРОВЕРЯЛАСЬ.

8. Другая полезная информация

Микрофоны с балансным выходом можно использовать при подключении к не балансному входу, делая соответствующую разводку (это частая практика). Микрофоны с не балансным выходом, соответственно могут быть включены в симметричный вход, но никаких преимуществ это не дает. Не симметричный сигнал может быть преобразован в симметричный с помощью специального устройства — Di-Box.

6.1 Фантомное питание вида P48, P24 и P12

Зачастую существует путаница в различных, но на самом деле сходных видах фантомного питания. DIN 45596 определяет, что фантомное питание может быть достигнуто одним из трех видов стандартных напряжений: 12, 24 и 48 вольт. Чаще всего способ питания микрофона может меняться в зависимости от подаваемого напряжения. Индикация того, что микрофон получает питание, обычно отсутствует, но напряжения 48 вольт вольт будет рабочим наверняка.

6.2 Фантомное питание электретных микрофонов

Схема ниже (Рис.19) самый простой способ подключить электретный микрофонный капсюль к балансному входу микшерного пульта с фантомным питанием 48 вольт.

Рис.19 — Простейшая схема подключения электретного микрофона
к микшерному пульту

Учтите, что это лишь самый простой способ "пришпандорить" электретный микрофон к пульту. Подобная схема работает, но имеет свои недостатки, такие как высокая чувствительность к шуму фантомного питания, не балансное подключение (склонна к помехам) и высокое выходное сопротивление (нельзя использовать длинные кабели). Эта схема может быть использована для проверки капсюля электретного микрофона при подключении к микшерному пульту с помощью короткого кабеля. Также при использовании этой схемы шумы переходных процессов (например при включении или отключении фантомного питания, при присоединении к микшерному пульту, а так же отключении от него) имеют очень большой уровень. Другой недостаток этой схемы в том, что она не симметрично загружает питающую цепь фантомного питания. Это может сказаться на работоспособности некоторых микшерных пультов, особенно старых моделей (в некоторых микшерных пультах входной трансформатор может закоротить и сгореть, в этом случае пины 1 и 3 замыкаются через резистор 47 Ом).

На практике эта схема работоспособна при использовании с современными микшерными пультами, но она не рекомендуется для проведения реальной записи, либо всякого другого применения. Гораздо лучше использовать схему с балансным подключением, она значительно сложнее, но намного лучше.

6.3 Симметричная схема подключения электретного микрофона

Выход этой схемы (Рис.20) симметричный, и имеет выходное сопротивление 2 кОм, благодаря чему ее возможно использовать с микрофонным кабелем длинной до нескольких метров.

Рис.20 — Симметричная схема подключения электретного микрофона

Емкости в 10 мкФ, которые включены на выход пинов Hot и Cold, должны быть высококачественными пленочными конденсаторами. Их номинал может быть уменьшен до 2,2 мкФ если входное сопротивление предусилителя 10 кОм или более. Если вы по какой-то причине используете вместо пленочных конденсаторов электролиты, то следует подбирать конденсаторы рассчитанные на напряжение более 50 В. Кроме того, в параллель им необходимо включить пленочные конденсаторы в 100 нФ. Конденсаторы, включаемые в параллель со стабилитроном должны быть танталовыми, но при желании совместно с ними можно использовать пленочные конденсаторы в 10 нФ

Подключаемый кабель должен быть двужильным экранированным. Экран припаивается к стабилитрону и не припаивается к капсюлю. Распиновка стандартная для XLR разъема.
Источник: PZM Modifications web page by Christopher Hicks.

6.4 Улучшенная схема подключения электретного микрофона к фантомному питанию

Эта схема (Рис.21) обеспечивает меньшее выходное сопротивление чем схема рассмотренная выше (Рис.20):

Рис.21 — Альтернативная схема питания электретного микрофона
от фантомного питания микшерного пульта

В качестве биполярных PNP транзисторов могут использоваться BC479. В идеале они должны быть подобраны максимально одинаковыми, с целью минимального уровня шума и согласованности усиления. Имейте ввиду, что напряжение между коллектором и эмиттером может достигать 36 В. Емкости в 1 мкФ должны быть высококачественными пленочными конденсаторами. Схема может быть улучшена путем добавления конденсаторов номиналом 22 пФ параллельно резисторам 100 кОм. Для минимизации собственного шума резисторы номиналом 2,2 кОм должны быть точно подобраны.
Источник: PZM Modifications web page by Christopher Hicks.

6.5 Внешний блок фантомного питания

Это схема (Рис.22) внешнего блока фантомного питания, используемого с микшерными пультами, у которых фантомного питания нет:

Рис.22 — Внешний блок фантомного питания

Источник питания +48 В заземлен на землю сигнальную (пин 1). Напряжение +48 В может быть получено с использованием трансформатора и выпрямителя, с помощью батареек (5 штук по 9 В, итого 45 В, которых должно быть достаточно), либо с использованием DC/DC преобразователя, питаемого от батареи.

Читайте также:  Забыла пароль на портале госуслуги что делать

Между сигнальными проводами и землей должны быть по два стабилитрона на 12 В, включенные спина к спине, чтобы не допустить импульс в 48 В через конденсаторы на вход микшерного пульта. Резисторы, номиналом 6,8 кОм, следует использовать высокоточные (1%) для уменьшения уровня шума.

6.6 Получение напряжения +48 В для фантомного питания

В микшерных консолях напряжение фантомного питания обычно получают используя отдельный трансформатор, либо DC/DC преобразователь. Пример схемы, использующей DC/DC преобразователь можно найти на http://www.epanorama.net/counter.php?url=http://www.paia.com/phantsch.gif (схема одного микрофонного предусилителя от PAiA Electronics).

Если вы используете батарейка, то возможно вам будет полезно знать, что множество микрофонов, требующих фантомное питание, прекрасно работают и с напряжением меньше 48 В. Попробуйте 9 В, а затем увеличивайте его до тех пор, пока микрофон не начнет работать. Это гораздо проще, чем использовать DC/DC преобразователь. Однако необходимо помнить, что звучание микрофона, запитанного от меньшего напряжения, может сильно отличаться, и это следует учитывать. Пять батареек по 9 В обеспечат питание 45 В, которого должно хватить любому микрофону.

Если вы используете батарейки, закоротите из конденсатором, чтобы ограничить звуковой тракт от их шума. Для этого можно использовать конденсаторы на 10 мкФ и 0,1 мкФ в параллель с батарейками. Также батарейки могут использоваться с резистором на 100 Ом и конденсатором на 100 мкФ 63 В.

6.7 Влияние фантомного питания на подключаемый динамический микрофон

Подключение динамического микрофона двужильным экранированным кабелем ко входу микшерного пульта с включенным фантомным питанием не приведет ни к каким физическим повреждениям. Так что с наиболее популярными микрофонами проблем быть не должно (если они правильно распаяны). Современные динамические микрофоны с балансным подключением сконструированы таким образом, что их подвижные элементы не чувствительны к положительному потенциалу, получаемому от фантомного питания, и они прекрасно работают.

Множество старых динамических микрофонов имеют центральный отвод, заземленный на корпус микрофона и экран кабеля. Это может привести к короткому замыканию фантомного питания на землю и спалить обмотку. Легко проверить так ли это в вашем микрофоне. С помощью омметра проверяется контакт между между сигнальными выводами (2 и 3) и землей (вывод 1, либо корпус микрофона). Если цепь не разомкнута, то не используйте данный микрофон с фантомным питанием.

Не пытайтесь подключить микрофон с не балансным выходом ко входу микшерного пульта с фантомным питанием. Это может привести к повреждениям оборудования.

6.8 Влияние фантомного питания на другое аудио оборудование

Фантомное питание в 48 В это достаточно высокое напряжение, по сравнению с тем, с которым обычно работает обычное аудио оборудование. Необходимо быть очень внимательным и не включать фантомное питание на входах, к которым подключено оборудование, не предназначенное для этого. В противном случае это может привести к повреждению оборудования. В особенности это касается оборудования потребительского класса, подключенного к пульту через специальный адаптер/конвертер. Для безопасного подключения используется трансформаторная развязка между источником сигнала и входом пульта.

6.9 Подключение профессиональных микрофонов к компьютерам

Типичные компьютерные аудио интерфейсы обеспечивают питание напряжением лишь 5 В. Зачастую это питание носит название фантомного, но следует понимать, что оно не имеет ничего общего с профессиональной аудио техникой. Профессиональным микрофонам, как правило, требуется питание 48 В, многие из них будут работать и с напряжением от 12 до 15 вольт, но бытовая звуковая карта не сможет обеспечить и этого.

В зависимости от бюджета и технической подкованности, вы можете либо перейти на использование бытовых микрофонов, либо самостоятельно изготовить внешний блок фантомного питания. Можно использовать как внешний источник напряжения, так и встроенный в компьютер блок питания. Как правило, каждый компьютерный блок питания имеет выход +12 В, так что остается лишь подключить его правильном образом.

7. T-powering и A-B powering

T-powering новое название того, что ранее называлось A-B powering. T-powering (сокращение от Tonaderspeisung, так же рассмотренное в стандарте DIN 45595) было разработано для использования в портативных устройствах, и до сих пор широко распространено в звуковом кинооборудовании. T-powering в основном используется звукооператорами в стационарных системах, там, где требуется использовать длинные микрофонные кабели.

T-powering обычно имеет напряжение 12 В, подаваемое на балансную пару через резисторы на 180 Ом. Из-за разности потенциалов на микрофонном капсюле, при подключении динамического микрофона через его катушку начнет течь ток, что негативно скажется на звучании, а спустя какое-то время приведет к повреждению микрофона. Таким образом к данной схеме могут быть подключены микрофоны, специально предназначенные для питания по технологии T-powering. Динамические и ленточные микрофоны при подключении будут повреждены, а конденсаторные скорее всего не будут работать должным образом.

Микрофоны, использующие T-powering, с точки зрения схемотехники представляют собой конденсатор, и, следовательно, препятствуют протеканию постоянного тока. Преимуществом технологии T-powering является то, что экран микрофонного кабеля не обязательно подключать с обоих концов. Эта особенность позволяет избежать появления земляной петли.

Схема подключения микрофона, питаемого по технологии T-powering от внешнего источника, к микшерному пульту с симметричным входом, приведена на рисунке ниже (Рис.23):

Рис.23 — Схема внешнего питания T-powering

Примечание: схема придумана на основе знаний, полученных при изучении технологии T-powering. НА ПРАКТИКЕ ЭТА СХЕМА НЕ ПРОВЕРЯЛАСЬ.

8. Другая полезная информация

Микрофоны с балансным выходом можно использовать при подключении к не балансному входу, делая соответствующую разводку (это частая практика). Микрофоны с не балансным выходом, соответственно могут быть включены в симметричный вход, но никаких преимуществ это не дает. Не симметричный сигнал может быть преобразован в симметричный с помощью специального устройства — Di-Box.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector