Фантомное питание для микрофона: кому и зачем оно нужно

Для решения возникших технических трудностей производители разработали специализированные устройства, такие как линейные предусилители и микрофонные активаторы. Эти устройства предназначены для усиления сигнала, при этом минимизируя появление дополнительного шума. Непромышленные версии таких устройств компактно подключаются в цепь между микрофоном и аудиоинтерфейсом, работают на фантомном питании и предлагают значительно улучшенную ясность и четкость сигнала.

Что такое фантомное питание: Все, что вам нужно знать

Приветствуем вас, дорогие читатели! Пора поговорить о важной теме в мире аудиотехники. Возможно, вы уже слышали о фантомном питании и применяете его в своей практике. Но на самом ли деле вы понимаете, что это такое и каким образом оно функционирует?

В данной статье мы детально разберемся во всех аспектах, связанных с фантомным питанием. После завершения чтения вы будете уверенно поддерживать разговор на эту тему в любой ситуации — будь то случайная беседа в пабе или глубокое обсуждение в кругу коллег.

Что такое фантомное питание?

Фантомное питание, в кратких словах, представляет собой поток постоянного тока (DC), который используется для обеспечения энергией активных схем внутри микрофонов.

Хотя в мире принят стандарт фантомного питания с диапазоном напряжений от 11 до 52 вольт постоянного тока, большинство современных студийных микрофонов функционирует на напряжении 48 В.

Данное питание называется «фантомным», так как подается незаметно — ток проходит через XLR-кабель от микрофонного входа, что делает его практически невидимым для пользователя.

Что такое фантомное питание

Фантомное питание (англ. Phantom Power) обозначает поток постоянного тока с напряжением до 48 В, который предназначен для питания активной электроники в конденсаторных микрофонах и других аналогичных устройствах с подключением через разъем XLR. Обычно оно подается непосредственно от предусилителя на канале микшера или аудиоинтерфейса, к которому подключается микрофон.

Использование фантомного питания необходимо для обеспечения функционирования конденсаторных микрофонов, активных ди-боксов, линейных предусилителей и ряда других подобных устройств.

Зачем нужно фантомное питание для микрофона

Чаще всего фантомное питание применяется в контексте работы с конденсаторными микрофонами. Эти устройства используют специальную электрическую схему для трансформации воздушных колебаний в аудиосигнал. Чтобы капсюль микрофона начал функционировать и точно улавливать звук, требуется подать на него электрический ток, который необходим для генерации накапливаемого заряда.

Ранее конденсаторные микрофоны требовали подключения к отдельным источникам питания, которые обеспечивали энергией внутренние схемы. Однако с появлением и распространением полевых FET-транзисторов, вытеснивших громоздкие ламповые устройства, стало возможным подведение питания непосредственно с микшера или аудиоинтерфейса.

Из-за отсутствия видимого источника электроэнергии для ряда микрофонов, инженеры по звуку стали называть такое решение «фантомным»。

При активации фантомного питания на микрофон или другое прикрепленное устройство подается постоянный ток с напряжением 48 вольт. Эту кнопку питания обычно помечают обозначением +48 V.

В каких случаях оно необходимо

Конденсаторные микрофоны содержат активные схемы, в которые входят диафрагма и задняя пластина. Чтобы оба этих элемента функционировали должным образом, ими необходим электрический заряд. Поскольку сам микрофон не в состоянии его обеспечить, ему требуется питание от внешнего источника. Фантомное питание было разработано именно для этой цели, чтобы обеспечить работу микрофонов без необходимости использования громоздких внешних блоков, которые иногда все еще встречаются у ламповых моделей.

Когда включается фантомное питание, по балансному XLR-кабелю передается постоянный ток, который обеспечивает необходимое напряжение. В отличие от электретных микрофонов, конденсаторные нуждаются в подаче напряжения для поляризации их преобразовательного элемента. Фантомное питание вполне подходит для этой задачи. На оборудовании оно обычно обозначается знаками +48V, P48 или Phantom.

Фантомное питание также может быть использовано с динамическими микрофонами — они, в свою очередь, требуют высокого уровня усиления, однако не каждое встроенное устройство, будь то звуковая карта или микшер, может обеспечить необходимый уровень усиления с минимальными показателями собственного шума.

Когда фантомное питание не нужно

Например, в большинстве случаев работы с динамическими микрофонами.

Элемент преобразования звука в динамическом микрофоне состоит из диафрагмы, звуковой катушки и магнита. Звуковая катушка связывается с диафрагмой и перемещается в магнитном поле. Когда диафрагма колеблется, звуковая катушка генерирует переменные уровни тока. В связи с этим динамический микрофон не нуждается в фантомном питании. Они менее чувствительны к звукам и способны выдерживать высокие уровни звукового давления без значительных искажений.

Фантомное питание также не требуется для пассивных ленточных микрофонов. Более того, такое питание может даже повредить их конструкции: длительное воздействие напряжения может привести к растяжению или повреждению ленточного элемента. Активные ленточные микрофоны, к счастью, не имеют данной проблемы.

Отдельно можно выделить USB-микрофоны. Чаще всего это конденсаторные устройства, им требуется фантомное питание, однако их конструкция позволяет получать его через USB-шину.

Для стабильной работы фантомного питания необходимо наличие балансного соединения. Если подача фантомного питания происходит через небалансный или поврежденный кабель, это может привести к перегрузке микрофона и его повреждению.

Типы фантомного питания

Следует отметить, что наиболее распространенный тип фантомного питания — это источник на 48 В, однако также доступны два других типа (12 В и 24 В), которые используются реже и в большинстве случаев в оборудовании, работающем на батарейках, например, в педалях эффектов TC HELICON.

В последнее время на рынке появились цифровые микрофоны, соответствующие стандарту AES 42, которые способны работать с фантомным питанием всего 10 вольт.

Что касается профессиональных конденсаторных устройств, то с ними все довольно просто, а как дела обстоят с различными микрофонами, приобретаемыми на Aliexpress?

Электретные микрофоны считаются одним из подвидов конденсаторных устройств и имеют схожую функциональность по преобразованию механических колебаний в электрический сигнал. Визуально они напоминают компактный конденсатор.

Эти микрофоны имеют достаточно простую конструкцию.

Выходы таких микрофонов, как правило, небалансные (чаще всего на мини-джеке 3,5 мм), и электретные микрофоны требуют смещения напряжения в диапазоне 1–5 В, реже — до 9 В.

На самом деле, это не совсем фантомное питание, о котором мы говорили ранее, это, скорее, обычное питание. Однако существуют специальные конвертеры, которые позволяют использовать такие микрофоны, подключив их к профессиональному стандарту на 48 В.

Несмотря на это, печальной реальностью является то, что многие производители электретных микрофонов (особенно китайских) уклоняются от предоставления подобной информации в своих маркетинговых материалах, а вместо этого уверяют, что продукт будет совместим с многими устройствами, включая встроенные звуковые карты, смартфоны и микшеры. Однако на практике это далеко не так. Поэтому, не стоит удивляться, когда гарнитура с Aliexpress, подключенная к стандартному микшерному входу, не функционирует.

Для подключения электретных петличных микрофонов, а также других устройств или игровых гарнитур с Aliexpress, имеющих мини-джек на конце, недостаточно просто использовать адаптер на XLR; вам потребуется переходник, который конвертирует 48 В фантома в 5 В.

Когда фантомное питание не требуется

Для конденсаторных микрофонов фантомное питание (или, по сути, питание для электретных микрофонов) является обязательным, тогда как ленточным микрофонам оно противопоказано. Подача тока на ленточные микрофоны может привести к их немедленному повреждению.

Внутри ленточного микрофона находится очень тонкая металлическая лента, которая используется для записи сигнала, колеблясь вместе с поступающими звуковыми волнами. Таким устройствам не требуется дополнительное электричество для нормального функционирования. При подаче тока с напряжением 48 В, ленты могут рваться, что приводит к поломке микрофона. Хотя современные ленточные микрофоны могут выдерживать подобное воздействие лучше, принцип остается прежним: фантомное питание не должно подаваться на ленточные микрофоны.

В общем, можно подвести итог: фантомное питание противопоказано всем устройствам, которые не оснащены выходным трансформатором.

▍ Практическая схема

Максимальное выходное напряжение преобразователя на микросхеме MT3608 составляет 28 В, поэтому для резисторов R1 и R2 выбран номинал 3.9 кОм.

Примечание: Питание схемы является однополярным, поэтому вместо применения встречно-последовательных стабилитронов для защиты входов операционных усилителей используется упрощенное решение — диоды D1 и D2 с анодами на +9 В.

Постоянная времени входных RC-цепей, состоящая из конденсаторов С4 и С5 с резисторами R6 и R7, составляет 940 микросекунд, что соответствует частоте среза в 169 герц. Это значит, что на данной частоте амплитуда сигнала будет снижена на 30%, или 3 децибела.

Инструментальный усилитель на операционных усилителях U1A и U1B обеспечивает регулировку коэффициента усиления от +4 до +38 дБ с помощью переменного резистора R13; эта схема основана на материалы из предыдущей статьи.

Я использую недорогие малошумящие операционные усилители NE5532, которые являются признанным стандартом для бытовой и профессиональной аудиотехники разных ценовых категорий. Для качественного воспроизведения речи, вокала и сигнала электрогитары этих ОУ вполне достаточно для обеспечения девяти вольт однополярного питания.

Искусственная земля, то есть виртуальная средняя точка VCOM, формируется делителем из двух идентичных резисторов R14 и R15 с сопротивлением по 2 килоома каждый и заземляется по переменному току с помощью конденсаторов C10 и C11.

На операционных усилителях U3A и U3B собраны суммирующие усилители для левого и правого каналов с коэффициентом передачи 1.65, или +4.35 дБ. Они обеспечивают возможность подключения кроме микрофона еще двух стереовходов: Left1 Right1 и Left2 Right2.

Операционный усилитель U2A функции буфера-повторителя, отвечая за усиление сигнала микрофона для левого канала. Эти буферные усилители необходимы для того, чтобы сигналы левого и правого каналов для каждого стереовхода не смешивались.

Буферный усилитель, подобно универсальному диоду, пропускает ток только в направлении от анода к катоду, тем самым позволяя сигналу проходить только от входа к выходу, а не наоборот. Такая характеристика буфера является невероятно ценным свойством, широко применяемым в практике.

Вход смесителя правого канала подключен к средней точке делителя R20R21, соединённого с инвертирующим входом U2B. Таким образом, в отношении к смесителю U2B выступает в роли буфера, как и U2A.

На верхнем выводе R20 мы получаем напряжение с неинвертирующего входа, усиленное в 1.55 раза. Это создает положительную обратную связь, обеспечивая активному фильтру Баттерворта добротность 0.7. Частотно-зависимыми элементами данного фильтра являются конденсаторы C13-C14 и резисторы R17 и R19.

Когда переключатель SW1 находится в верхнем положении, усиленный микрофонный сигнал поступает на входы смесителей через активный фильтр Баттерворта с частотой среза 169 герц. В нижнем положении SW1 микрофонный сигнал передается на смеситель без фильтрации, а в среднем положении микрофон отключается.

Также присутствуют переключатели для отключения фантомного питания и свето-индикатор, который показывает его работу. Эти элементы не изображены в данной схеме.

▍ Результаты работы

В видео представлен процесс функционирования разработанного устройства и этапы монтажа компонентов на самостоятельно созданной печатной плате.

В результате получилась компактная коробочка, которая позволяет работать с необходимыми мне источниками звука без частого пересоединения разъемов. Конечно, можно было просто приобрести готовый микшерный пульт, но он, скорее всего, оказался бы более громоздким и дорогим. Кроме того, мне интереснее заниматься самостроением и созданием оборудования собственными руками.

• операционный усилитель
• операционные усилители
• аналоговая схемотехника
• микрофоны
• фильтр
• электронные фильтры
• ruvds_статьи