Фантомное питание для микрофона что это

Что такое фантомное питание: Все, что вам нужно знать

Итак, друзья, снова наступило время техники! Возможно, вы слышали о фантомном питании и даже регулярно им пользуетесь. Но знаете ли вы, что это такое и как оно работает?

В этой статье мы рассмотрим все, что связано с фантомами. После прочтения вы сможете держать себя в руках, когда в пабе завяжется грозный микрофонный разговор.

Что такое фантомное питание?

В двух словах, фантомное питание — это сигнал постоянного тока (DC), подаваемый на микрофоны для питания активных схем внутри них.

Хотя общепринятым стандартом фантомного питания во всем мире является напряжение 11-52 вольт постоянного тока, большинство студийных микрофонов работают от 48 В.

Фантомное питание называется незаметным — ток подается по XLR-кабелю от микрофонного входа.

Всем ли микрофонам нужно фантомное питание?

Не все микрофоны работают одинаково: некоторые из них пассивные, а некоторые — активные, и именно активным микрофонам необходимо фантомное питание.

Возможно, вы слышали общее правило, согласно которому конденсаторные микрофоны требуют фантомного питания, а динамические — нет. По большей части это так, но есть и исключения из правил: некоторым конденсаторным микрофонам фантомное питание не нужно, а некоторым динамическим — нужно. Подробнее об этом позже.

Может ли фантомное питание повредить микрофоны?

Большинство современных динамических микрофонов рассчитаны на фантомное питание, даже если оно им не требуется для работы. Поэтому (как правило) считается безопасным использовать смесь динамических и конденсаторных микрофонов на консоли или интерфейсе, подающем фантомное питание на все микрофонные входы.

С другой стороны, активный ленточный микрофон требует фантомного питания, но может быть поврежден при «горячем подключении» — подключении его к микрофонному входу с включенным фантомным питанием.

При использовании TRS-соединений в коммутационном отсеке можно также повредить любой микрофон при горячем переключении соединений. Поскольку соединения на кабеле TRS выполнены последовательно, при подключении и отключении кабеля происходит короткое замыкание. Если фантомное питание включено, это может привести к хаосу в вашей коллекции микрофонов.

Все это довольно научно, поэтому, если вам трудновато это переварить, хорошей мерой безопасности будет отключение фантомного питания перед подключением/отключением любого микрофона.

Может ли фантомное питание повредить другое оборудование?

Поскольку фантомное питание подается только через микрофонный сигнал, постоянный ток не повлияет ни на что другое, подключенное к вашему интерфейсу или консоли. Приемники беспроводных микрофонов сбалансированы и могут безопасно работать с постоянным напряжением.

Однако при подключении и отключении кабелей XLR включение фантомного питания может привести к щелчкам или хлопаньям, которые со временем могут повредить ваши колонки или наушники. Поэтому, как правило, рекомендуется отключать фантомное питание при подключении и отключении микрофонов.

Может ли фантомная энергия повредить мне?

Если вы не особенно чувствительны к постоянному току, ответ — нет.

Как подать фантомное питание

Существует три основных источника фантомного питания:

• Аудиоинтерфейсы
• Микшерные пульты
• Микрофонные предусилители

Аудиоинтерфейсы

В большинстве аудиоинтерфейсов предусмотрена возможность включения или отключения фантомного питания. Это может быть переключатель или кнопка, расположенная на передней или задней панели интерфейса. Часто при этом питание подается на все микрофонные входы, а каналы не могут быть изолированы по отдельности.

Микшерные пульты

Небольшие микшеры могут иметь одну кнопку для подачи фантомного питания на все каналы.

На больших микшерных пультах каждый канал имеет отдельную кнопку фантомного питания, что позволяет выбирать, какие микрофоны будут его использовать.

Микрофонные предусилители

Микрофонные предусилители также имеют специальные переключатели фантомного питания. В зависимости от того, насколько навороченным является микрофон, вы можете иметь индивидуальный контроль над каждым каналом или опцию фантомного питания «одна кнопка, чтобы управлять всеми».

Сортировка, верно?

Не обязательно. В некоторых моделях нижнего ценового сегмента напряжение, подаваемое через фантомное питание, может быть не на высоте и выдавать меньше необходимых 48 В. Некоторые конденсаторные микрофоны могут работать при меньшем напряжении, но другим требуется полные 48 В для работы активной электроники микрофона.

Введите внешний источник питания.

Если ваш интерфейс не выдает нужного напряжения, вы всегда можете использовать внешний блок питания, чтобы получить электроэнергию для управления активными схемами. Шаззам!

К этому следует добавить, что некоторым микрофонам для нормальной работы требуется более 48 В — например, практически всем ламповым микрофонам. В таких ситуациях вам понадобится внешний источник фантомного питания, который часто поставляется вместе с самим микрофоном.

Сделайте глубокий вдох, потому что сейчас начнется техническая часть.

Супер-нужные технические штучки

Цель этого раздела — дать вам подробное представление о том, как работает фантомное питание и зачем оно нам нужно.

Прежде всего, давайте рассмотрим, как происходит захват звука в конденсаторных микрофонах.

Зачем конденсаторным микрофонам нужно фантомное питание?

Конденсаторные микрофоны работают на так называемой «переменной емкости». Переменный конденсатор — это конденсатор, который можно изменять многократно, механически или электронно. В конденсаторных микрофонах именно он превращает физические звуковые волны в аудиосигналы.

Преобразовательный элемент конденсаторного микрофона — конденсатор — состоит из диафрагмы и неподвижной пластины. Звуковые волны ударяют по диафрагме, заставляя ее вибрировать, изменяя расстояние между диафрагмой и неподвижной пластиной (также известной как задняя пластина). Это изменение расстояния создает изменение напряжения, поддерживаемого между ними, и это электрический сигнал, который передается по сбалансированному XLR-кабелю и превращается в славный аудиосигнал на другом конце.

Помимо питания конденсатора, фантомное питание также обеспечивает энергией крошечный предусилитель внутри конденсаторного микрофона. Этот предусилитель используется для усиления небольших электрических изменений от конденсатора до того, как сигнал покинет микрофон.

Возможно, вы уже знаете, что конденсаторные микрофоны обычно более чувствительны, чем динамические. Именно конденсатор делает их такими острыми на звук, и без фантомного питания они полезны, как рыба на велосипеде.

Как работает фантомное питание?

Стандартное фантомное питание обычно составляет 48 вольт постоянного тока. Обычно оно обеспечивается микшером или интерфейсом и передается по балансным аудиокабелям.

В балансном кабеле XLR напряжение 48 вольт передается через контакты 2 и 3 (положительный и отрицательный аудиосигналы) и ссылается на контакт 1 — возврат, который также является контактом заземления.

В балансном аудиокабеле TRS напряжение 48 В передается через наконечник и кольцо относительно втулки.

Поскольку напряжение передается по балансному аудиокабелю, оно не влияет на аудиосигнал.

Как только напряжение достигает микрофона, оно направляется туда, куда нужно, для питания активной электроники.

Балансные микрофоны без фантомного питания — например, динамический микрофон — разработаны так, чтобы игнорировать это напряжение, и обычно не повреждаются, если через кабель XLR подается 48 вольт.

Но если у вас небалансные микрофоны, например, ленточные, то о фантомном питании даже не стоит говорить, когда они достаются из коробки.

Хорошо, круто. Так каким микрофонам действительно нужно фантомное питание?

Итак, теперь вы знаете, что активные микрофоны нуждаются в питании, чтобы выполнять свою работу, но я хочу добавить, что большинство микрофонов этой категории используют фантомное питание, но не все.

Но давайте будем краткими и понятными. Для работы следующих типов микрофонов необходимо фантомное питание:

• Настоящие конденсаторные микрофоны
• Конденсаторные микрофоны Electret FET
• Активные ленточные динамические микрофоны FET

Следующие микрофоны не нуждаются в фантомном питании:

• Динамические микрофоны с подвижной катушкой
• Пассивные ленточные динамические микрофоны
• Миниатюрные электретные микрофоны с питанием от постоянного тока
• Трубчатые микрофоны

Сбивает с толку, правда?

Самое разумное, что можно сделать, — это проверить, нужно ли вашему микрофону фантомное питание и, что более важно, может ли он его выдержать.

Все ли микрофоны используют фантомное питание 48 В?

Хотя универсальный стандарт фантомного питания — 11-52 вольта постоянного тока, большинство студийных микрофонов работают от 48 вольт, поэтому на вашем аудиоинтерфейсе есть кнопка +48. Однако для работы разных микрофонов иногда требуется больше или меньше этого значения.

В тех случаях, когда конденсаторному микрофону требуется меньше фантомного питания, чем 48 В, он просто возьмет то, что ему нужно, и выбросит оставшиеся вольты в результате инженерной магии, которую я не совсем понимаю.

Если микрофонам требуется более 48 В фантомного питания, им потребуется внешний источник. Обычно оно поставляется вместе с самим микрофоном, так что вам не стоит беспокоиться. Если, конечно, вы его не потеряете.

Опять же, если сомневаетесь, прочитайте инструкции производителя о том, сколько вольт необходимо для работы вашего микрофона.

Другие источники энергии

Иногда люди говорят о фантомном питании, когда на самом деле имеют в виду один из следующих источников питания. Не путайте их, это все ложь.

Аккумулятор

Фантомное питание — не единственный источник напряжения для микрофонов. Некоторые модели конденсаторных микрофонов, представленные на рынке, используют батарейки для питания внутренних схем. Всегда полезно вынимать батарейки, когда они не используются, чтобы предотвратить коррозию и повреждение внутренних деталей микрофона.

Подключаемое питание

Подключаемое питание (PiP) — это источник питания с низким током, который можно найти в некоторых устройствах потребительского класса, таких как портативные рекордеры и компьютерные звуковые карты. Это несимметричный низковольтный интерфейс, и поэтому он сильно отличается от фантомного питания. Никогда не используйте фантомное питание 48 В с микрофоном, предназначенным для PiP.

Напряжение постоянного тока

Термин «фантомное питание» иногда используется для описания небольшого электрического тока, питающего авиационные микрофоны. Хотя технически оно является «фантомным» (его нельзя увидеть), оно работает на гораздо меньшем токе — 1,5-9 вольт. В аудиотехнике оно обычно используется для питания микрофонов типа миниатюрных lav-микрофонов.

Другие способы использования фантомного питания

Раз уж мы зашли так глубоко, фантомное питание используется и в других областях, не только в микрофонах. К ним относятся:

• Активные антенны
• Малошумящие блочные даунконвертеры (штуковина на спутниковых антеннах, которая принимает сигнал и преобразует его)
• Кабели для передачи питания по сети Ethernet

Краткая история фантомного питания

Фантомное питание впервые было использовано в стационарных телефонных системах на основе медных проводов в начале 20-го века. Оно используется в этом качестве и сегодня, хотя вопрос о том, как долго будут существовать стационарные телефоны, является еще одной темой для обсуждения.

Трубчатые микрофоны появились на рынке в 20-х годах прошлого века (то есть в 1920-х), а в 40-х годах Bell Labs совершила прорыв в виде транзисторов.

Это, в свою очередь, привело к выпуску в 1964 году Schoeps Model CMT20, первого коммерчески доступного микрофона с фантомным питанием. Однако в те времена подобные микрофоны поставлялись с громоздкими внешними блоками питания, которые должны были располагаться рядом с самим микрофоном.

Сочетание норвежских желаний и немецкой смекалки привело к разработке того, что мы сегодня знаем как фантомное питание. NRK — норвежская вещательная корпорация — попросила обеспечить фантомным питанием микрофоны, которым не требовался отдельный источник питания, поскольку в их студиях уже работал 48-вольтовый блок питания для аварийного освещения.

Компания Neumann взялась за решение этой задачи и разработала микрофон, который мог бы работать от постоянного тока напряжением 48 вольт, уже имевшегося в студиях NRK.

Это были первые методы питания конденсаторных микрофонов через аудиокабель, и так родился современный микрофон с фантомным питанием.

Заключение

Вот и все — все, что нужно знать о фантомном питании, и несколько дополнительных сведений в придачу.

Выбор правильного микрофона для работы очень важен, независимо от того, использует ли он фантомное питание или нет. Ознакомьтесь с нашей статьей о типах микрофонов, чтобы понять, какой из них вам подходит.

А теперь отправляйтесь на поиски этих звуков!

Фантомное питание микрофона: что это и как устроено

Каждый, кто видел своими глазами звуковую карту, наверняка замечал странную надпись 48V над одной из кнопок. Для чего она нужна? Почему там нарисованы Вольты, и почему их именно 48? Когда ее нажимать, а когда не стоит? В этом блоге — все, что нужно знать о фантомном питании микрофонов.

Что такое фантомное питание

Для начала полезно будет вспомнить, что микрофоны отличаются по конструкции. Конструкций множество, но основные — это:

• Динамические — чаще всего используются для записи громких инструментов: гитар, барабанов, подзвучки вокалиста на сцене. Малая чувствительность позволяет отсекать лишние звуки, оставляя только нужные.
• Ленточные — специфические студийные микрофоны, очень точные и достоверные. Их ленточная мембрана крайне хрупкая и легко ломается, так что в быту они почти не используются.
• Угольные — олдскульные микрофоны с характерным хрипящим звуком старых радиопередач. Простые до примитивности, а потому дешевые до безобразия. С ними знаком каждый, кто имел дело с простым советским дисковым телефоном.
• Электретные и MEMS — современные копеечные микрофоны размером с микрочип. Устанавливаются во всех смартфонах, гарнитурах и других недорогих девайсах, при этом обладают сносным звуком.
• Конденсаторные — именно на них чаще всего пишут вокал в студии, а также акустические инструменты: пианино, скрипку, классическую гитару. Такие используют для стримов, подкастов, видеоблогов, озвучки фильмов и мультиков и даже для записи звуков природы.

Именно для конденсаторных микрофонов требуется фантомное питание напряжением 48 Вольт.

Этого требует сама их конструкция. В ее основе — конденсатор, одна из сторон которого представляет собой мембрану. Колебания мембраны изменяют емкость конденсатора, но без электричества звука не будет, поскольку сам по себе он ток не вырабатывает.

Для работы такого микрофона требуется питание, благодаря которому сигнал будет значительно усиливаться. Это делает конденсаторные микрофоны более чувствительными, позволяя им улавливать гораздо больше деталей и нюансов, чем, например, динамическим.

Динамические, в свою очередь, можно описать как динамик наоборот — отсюда и название. Диафрагма с магнитной катушкой двигается в поле постоянного магнита под воздействием звука. Такая конструкция сама по себе вырабатывает ток, поэтому дополнительного питания им не нужно. Достаточно громкий звук можно даже записать на обычный динамик из бабушкиной колонки — так, например, иногда записывают бас-бочку.

Справедливости ради, бывают и активные динамические микрофоны, которым требуются фантомное питание. По чувствительности они сравнимы с конденсаторными, при этом часто имеют систему подавления лишних шумов, что полезно для живых выступлений.

Как так получилось

Конденсаторные микрофоны появились в двадцатых годах прошлого века и до шестидесятых их усиливали с помощью внешнего блока питания. Это создавало проблемы — лишние провода, разные стандарты напряжения (в то время — 50–60 В) и разные блоки питания с разными разъемами.

Параллельно в двадцатые годы развивается телефония. Именно на первых телефонных станциях впервые применяется фантомное питание. Почему оно фантомное? Нет, это не связано с призраками — просто оно течет по сигнальной линии, т.е. по тому же проводу, что и звуковой сигнал.

К примеру, в старых телефонах была ручка, которую абонент крутил энное число раз, чтобы попасть на оператора. При вращении ручки телефонный аппарат подавал на АТС электрические импульсы. Разумеется, никто не хотел подключать каждый телефон к электросети — тогда это было дорого и не очень безопасно. Поэтому электричество, необходимое для импульсов, шло от самой АТС по тем же телефонным проводам, что и звук. Электронная схема в телефоне возвращала сигнал обратно при повороте ручки.

В шестидесятых годах немецкая компания Schoeps додумалась внедрить подобную технологию в аудиозапись и выпустила первый микрофон с фантомным питанием — модель CMT 20. Характеристики были немного иными, чем сегодня: напряжение фантомного питания составляло 9–12 Вольт. Такой стандарт называется T-power, и он до сих пор применяется при записи звука для кино. А всего пару лет спустя компания Neumann выпускает свою версию — уже с напряжением 48 Вольт, модель KM 84. Она стала легендарной и породила множество реплик.

Почему 48 вольт? Дело в том, что эти микрофоны были изготовлены по заказу норвежской радиовещательной корпорации, которая хотела девайсы без лишних блоков питания. Длинными норвежскими ночами ее здание освещалось лампами, подключенными к единой сети с напряжением 48 В. Оно и стало стандартом индустрии звукозаписи. И, предваряя вопросы, — нет никакой разницы в звуке между фантомным питанием в 12 В и 48 В, просто так сложилось исторически.

Какие приборы используют фантомное питание

Раздают

Хорошая новость: почти любые аудиоинтерфейсы и микшеры умеют раздавать фантомное питание. Даже приборы начального уровня, если они позиционируются, как для записи аудио, будут иметь эту функцию. Обычно это кнопка или тумблер с подписью «+48», «48V» или PHANTOM.

Также 48V встречается в следующих девайсах:

• Рекордеры. Это продвинутые диктофоны для записи звука, обычно в полевых условиях — там, где нет электричества. К ним можно подключать внешние микрофоны, поэтому хороший рекордер обязан уметь снабжать его фантомным питанием.

• Преампы для микрофонов. Любой микрофонный предусилитель имеет эту функцию. В аудиоинтерфейсе преампы уже встроены в сам прибор, но полно и внешних девайсов, которые по-своему окрашивают звук. Звуковые карты FOCUSRITE Scarlett даже умеют эмулировать звучание легендарных преампов ISA своей же разработки.
• Источники фантомного питания. Разумеется, бывают отдельные приборы для питания конденсаторных микрофонов. Они не очень удобны, поскольку им самим нужен блок питания, они плодят лишние провода и не дают преимущества по звуку относительно других вариантов, а дешевые девайсы могут шуметь.

Кроме того:

• USB-микрофоны, как и звуковые карты, черпают электричество из шины USB, поэтому их не нужно снабжать фантомным питанием. Характеристик шины USB достаточно, чтобы одновременно питать даже несколько микрофонов.
• Профессиональные конденсаторные микрофоны для студий часто снабжаются собственным преампом, который их фантомно питает.
• Иногда встречаются конденсаторные микрофоны, которые умеют питаться от батарейки (как, например, TASCAM TM-60).

Потребляют

• Активные ди-боксы. Эти штуки имеют несколько применений. Они могут превращать небалансный сигнал от гитары в балансный, чтобы передавать его по кабелю XLR на большое расстояние без помех и деградации звука. Также в них можно втыкать микрофон, чтобы разветвить сигнал: один идет в пульт звукорежиссеру, другой — в систему ушного мониторинга вокалиста. Для работы активным директ-боксам нужно питание, и многие потребляют как раз фантомное питание из микшера, поэтому им не нужны батарейки и адаптеры.
• Микрофонные активаторы. Это небольшие приборы (чуть больше спичечного коробка), которые усиливают сигнал динамических и ленточных микрофонов на 20–30 Дб. Питаются фантомным питанием и бывают полезны для микрофонов со слабым сигналом на выходе. К примеру, динамический Shure SM7B часто используют для подкастов, радио и записи вокала. Однако не каждая аудиокарта способна усилить его слабый сигнал без лишних шумов. Тут-то и нужен микрофонный активатор — он сделает звук громче, добавит ясности, сделает микрофон чувствительнее и позволит говорить в него с большего расстояния.

Может ли +48V повредить микрофон

Да, может. Но, смотря какой микрофон и как его подключают. Профессиональные динамические микрофоны, типа Shure SM58, славятся своей неуязвимостью. Звучать лучше от дополнительных 48 Вольт они не станут, но и ничего плохого с ними, скорее всего, не случится (хотя испытывать судьбу не стоит). А вот бюджетные модели спасибо не скажут — некоторые при подаче фантомного питания просто начинают звучать как из ведра, а какие-то замолкают навсегда.

В капсюле ленточного микрофона — тончайшая металлическая лента, колеблющаяся от любого шороха. Она настолько чувствительная, что иногда рвется даже от очень громкого звука. Чего уж говорить про 48 Вольт напряжения — ленту просто порвет на мелкие кусочки.

Мембрана ленточного микрофона

Недорогие электретные микрофоны, установленные в гарнитурах и петличках, являются дальними родственниками конденсаторных микрофонов. Им тоже нужно питание, но оно несколько отличается от фантомного: напряжение всего 1,5–5 В течет по небалансному кабелю. Такой стандарт называется Plug-in-power (PiP), и он используется во всех встроенных звуковых картах ПК.

Подключение такой гарнитуры напрямую к внешней звуковой карте с помощью обычного переходника ничего не даст, а подача 48 В может повредить микрофон. Потребуется конвертер, который позволит запитать электретную петличку с помощью фантомного питания внешней звуковой карты.

Даже конденсаторный микрофон легко повредить фантомным питанием. Но все будет в порядке, если следовать простым правилам:

• Сначала подключать микрофон, а потом включать фантомное питание. В противном случае искра, которая может возникнуть при подключении, спалит чувствительный капсюль микрофона.
• И наоборот: сначала выключать фантомное питание, а потом выдергивать шнур из микрофона или звуковой карты. Желательно даже подождать хотя бы минуту после выключения 48V, чтобы выветрился заряд, который остается в конденсаторах звуковой карты.
• То же самое с кабелем. Отсоединив шнур от конденсаторного микрофона, следует подождать минуту, прежде чем снова использовать этот кабель. Дело в том, что шнур имеет емкость и сам работает как конденсатор, поэтому в нем накапливается заряд — небольшой, но достаточный для искры, способной повредить микрофон.

Почему почти все звуковые интерфейсы для записи имеют фантомное питание? Неужели конденсаторные микрофоны так популярны? Да, все именно так. Они подходят для большинства задач и позволяют писать любой вид вокала, любые акустические инструменты, любые звуковые сэмплы. Поэтому, если нужен универсальный микрофон — всегда советуют брать конденсаторный. При этом важно правильно выбрать его направленность, как это сделать — в этой статье.

Фантомное питание: все точки над Ё

Первая в мире крупная автоматическая телефонная станция заработала в 1919 году в Норфолке, штат Вирджиния, США, и после этого повсеместно стали использоваться вот такие телефонные аппараты.

Впрочем, не стоит думать, что до XX века телефонов не было. Просто раньше это все происходило в ручном режиме. Человеку приходилось снимать трубку, крутить ручку аппарата, а затем просить барышню-телефонистку соединить его с нужным абонентом.

Автоматическая телефонная станция, с одной стороны, лишила нас возможности общаться с таинственными барышнями, но с другой, теперь импульсы, подающиеся от телефона на АТС автоматически замыкались на нужные контакты, а человек гораздо быстрее и без посредников соединялся с тем, с кем хотел поговорить. Отметим одну особенность: для передачи акустических волн по проводам требовалось их преобразование в электромагнитные, а для этого необходимо питание. Согласитесь, что было бы странно тянуть для каждого телефонного аппарата отдельную электрическую сеть, да и не во всех домах к тому времени было электричество, поэтому было принято решение обеспечить питание с помощью источника напряжения или источника тока, находящегося на АТС. Дело за малым – научиться передавать аудиосигнал по тем же проводам, что и питание. Как мы знаем, всё закончилось положительно, но для нас с вами интересен другой момент, а именно тот, что это и есть один из самых ранних примеров использования фантомного питания.
Однако прошло много лет, прежде чем оно было применено к микрофонам.

Питание микрофонов

К началу 60-х годов XX века микрофоны становились все меньше (на фото ниже NEUMANN CMV3 1928 года выпуска , а новая «твердотельная» электроника (транзисторы) позволяла использовать более легкую, надежную и менее энергоемкую электронику. Оставался вопрос с их питанием.

Первым доступным к продаже микрофоном с фантомным питанием был транзисторный Schoeps CMT 20, представленный в 1964 году. Он был запитан от 8,5 Вольт с заземленным положительным полюсом, но их схема не получила широкого распространения.

В 1966 году Neumann, известный немецкий производитель, создал несколько транзисторных микрофонов по заказу Норвежской радиовещательной корпорации.

По соображениям совместимости норвежское радио требовало, чтобы эти микрофоны были компактными и работали с легко доступным внешним источником питания.

Длинными тёмными норвежскими ночами, а также в зимние месяцы студия NRK использовала альтернативную систему освещения, обеспечиваемую центральным источником питания на 48 вольт. Так, благодаря случаю был выбран стандарт фантомки +48 В, и именно в таком виде оно и доступно сегодня на большинстве микшеров, усилителей, рекордеров и другого аудиооборудования.

Собственно, почему фантомное? Потому что нет очевидного внешнего источника питания для конденсаторного микрофона, блок питания невидимый музыканту, и поэтому «фантомный». Вторая причина – это особенности схемотехники и потребляемый ток, но об этом чуточку позже.

Давайте разберемся, как устроен конденсаторный микрофон

Англичане называют конденсаторные микрофоны Capacitor, что значит ёмкостные. Конденсатор представляет собой 2 металлических элемента, закрепленных на небольшом расстоянии друг от друга. Чем ближе находятся эти пластины, тем выше показатель емкости. Капсюль конденсатора в микрофоне выполнен по идентичной схеме. В ее конструкции предусмотрена тонкая мембрана (диафрагма), которая размещается у самой пластины. При столкновении с диафрагмой микрофона звуковая волна совершает колебания относительно металлических пластин, меняя расстояние между ними.
Многие высококачественные микрофоны конденсаторного типа имеют предусилитель внутри. При этом большинство из них не используют батареи для питания предусилителя, хотя есть и такие.

Питание микрофон получает от микшера или звуковой карты. +48 подается на обе линии, контакты 2 и 3 микрофонного кабеля типа XLR от микшера, второй контакт является положительным, третий контакт — отрицательным, и оба используют первый контакт в качестве заземления.

Выше показан упрощенный чертеж цепи фантомного питания. Микрофон находится слева, а входной каскад микшера — справа. Типичный микрофонный кабель XLR находится посередине. Включенный переключатель фантомного питания подает +48 В на оба резистора R1 и R2 обычно сопротивлением 6800 Ом. Очень важно чтобы резисторы были максимально одинаковыми по сопротивлению, обычно имеют металлопленочный тип с низким уровнем шума. Конденсаторы C1 и C2 блокируют попадание любого постоянного тока на усилительный каскад, но пропускают аудиосигнал. +48 В появляется на контактах 5 и 8 аудиопреобразователя. Питание микрофонного предусилителя, встроенного в сам микрофон, поступает с контакта 6. Земля и отрицательное питание предусилителя поступают с контакта 1. Аудиовыход предусилителя появляется на первичной обмотке трансформатора T1.

Отдельно оговоримся, что фантомное питание следует использовать только с разъемами типа XLR, потому что для подключения требуется три провода, и это существующий полвека промышленный стандарт.

Не стоит подключить микрофон с небалансным выходом ко входу микшерного пульта с фантомным питанием. Это может привести к поломке оборудования.

Типы фантомного питания

Кстати, наиболее поулярным типом фантомного питания является источник питания на 48 В доступны два других типа (12 В и 24 В), они менее распространены, чем 48, и в основном используются в оборудовании с батарейным питанием, например, в педалях эффектов TC HELICON.
Кстати, в последнее время стали выпускать цифровые микрофоны, соответствующие стандарту AES 42, которые могут использовать фантомное питание 10 вольт.

Электретные микрофоны (петлички, гарнитуры)

С профессиональными конденсаторными всё понятно, а как обстоят дела с разного рода микрофонами с Aliexpress?

Электретные микрофоны считаются одним из подвидов конденсаторных устройств и схожи с ними по принципу преобразования механических колебаний в электрический сигнал. Визуально они напоминают небольшой конденсатор.

и имеют довольно простую схему

Выход у такой схемы небалансный (обычно реализуется на мини-джеке 3,5 мм) и электретные микрофоны требуют напряжения смещения 1–5 В, реже до 9 В.

По сути, это не совсем фантомное питание, о котором мы говорили выше, это скорее просто питание. И, разумеется, есть возможность заставить работать подобные микрофоны от профессионального стандарта в 48 В с помощью специальных конверторов.

Печальный факт заключается в том, что большинство производителей электретных микрофонов (особенно китайских) не говорят об этом в маркетинговых материалах, а вместо этого заявляют, что микрофон совместим буквально с чем угодно: встроенными звуковыми картами, смартфонами, микшерами. Увы, это не так. Поэтому не стоит удивляться, что гарнитура с Aliexpress, подключенная в стандартный микшерный вход, не работает.

Для подключения электретных петличек и разного рода микрофонов или игровых гарнитур с Aliexpress с мини-джеком на конце недостаточно иметь просто переходник на XLR, нужен переходник, который конвертирует 48 В фантома в 5 В.

Когда фантомное питание не требуется

Если для конденсаторных микрофонов наличие фантомного питания (или просто питания для электретных микрофонов) обязательно, то для ленточных микрофонов оно противопоказано. Подача тока на подобные устройства неминуемо приводит к их поломке.

В самом центре ленточного микрофона находится тонкая металлическая лента, для записи сигнала такие микрофоны используют эту ленту, колеблющуюся вместе с поступающими звуковыми волнами.

Устройствам подобного типа не нужно дополнительное электричество для работы. Под воздействием тока с напряжением 48 В ленты рвутся, а микрофон перестаёт работать. Современные «ленточники» менее чувствительны к этой проблеме, но правило остаётся тем же — на ленточные микрофоны нельзя подавать фантомное питание.

Если суммировать: фантомное питание противопоказано всем устройствам, в которых нет выходного трансформатора

Фантомное питание может убить динамический микрофон?

Фантомное питание – это 7 мА, это сила тока, которая очень мала. Поэтому нет, убить динамический микрофон, просто подключив его в разъем с фантомными питанием не получится, главное – использовать шнур XLR-XLR. 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.

И чтобы окончательно закрыть этот вопрос, посмотрите на схему

Как вы можете видеть, на контакты 2 и 3 подается +48 В.
Элемент динамического микрофона полностью изолирован от земли и протекания тока на землю нет. Заземление обеспечивает экран вокруг микрофонного элемента.

Тоже самое касается радиосистем — только XLR -XLR.

Где взять фантомное питание?
Подавляющее большинство современных микшерных пультов, микрофонных предусилителей и звуковых карт сейчас оснащены возможностью подавать при необходимости фантомное питание на микрофоны или ди-боксы, которые также часто могут питаться от 48В. Ламповые микрофоны как правило идут со своим блоком питания и дополнительного при подключении к профессиональному оборудованию уже не требуется.

Если уж так сложилось, что у вас есть конденсаторный микрофон, но подключать его вы планируете туда, где питания нет, то вам может помочь внешний блок.

Его цена около 2900 руб. Конечно, на рынке можно встретить и решения от китайцев за 600 рублей, но не будем их советовать. Компоненты там очень низкого качества (те же подобранные резисторы), вероятно всего, вы словите дополнительные шумы и даже низкочастотный фон.
Есть, разумеется, и более дорогие, например, ART PHANTOM II PRO

Он не только может питать сразу два микрофона, но еще и поддерживает вариант работы не только от батареи, но и от сети. И, разумеется, всё надежно.

Не можем не упомянуть и отдельный класс устройств, которые питаются от фантомного питания, это микрофонные бустеры (активаторы). Используют их для раскачки динамических микрофонов. Внутри них схема, дающая нам до 25 дБ усиления.

Резюме: 6 фактов про фантомное питание

1) Подключать конденсаторные микрофоны к оборудованию в 99% нужно балансным проводом XLR-XLR. В некоторых случаях бывает подключение XLR-стереоджек, но это очень редкое исключение.

2) Не пытайтесь подключать микрофон к линейному или гитарному входу, конденсаторный просто не будет работать, а динамический будет звучать очень тихо с большим количеством шумов. Только XLR-XLR и только микрофонный вход.

3) Не пытайтесь подключить микрофон с небалансным выходом ко входу микшерного пульта с фантомным питанием. Это может привести к повреждениям оборудования.

4) Для подключения электретных петличек и разного рода микрофонов или игровых гарнитур с Aliexpress с мини-джеком используйте конвертор фантома 48 В в 5 В. Если подать 48 В на электретник, он, разумеется, не сгорит, если специально этого не добиваться, но и работать не будет.

5) Катастрофы, если вы на одном пульте или звуковой карте будете использовать одновременно и динамические и конденсаторные микрофоны, нет.

6) При использовании фантомного питания не следует подключать или отключать микрофон от кабеля или микшера, пока вы не отключите фантомное питание. В противном случае вы можете повредить микрофон, микшер/звуковую карту или динамики ваших мониторов. Или самое плохое — свой слух, если любите громко слушать в наушниках.

Фантомное питание для микрофона

Привет, Хабр! Большинство распространённых аудиоинтерфейсов имеют всего два входных канала, которые обычно используются как левая и правая половина стереосигнала или два канала моно. Например, для микрофона и гитары.

Но если синтезатор или гитарный процессор, который нужно подключить к компьютеру вместе с микрофоном, имеет стереофонический выход, то потребуется либо другой аудиоинтерфейс, либо микшер — смеситель аудиосигнала.

В свою очередь, микшеру необходим микрофонный предусилитель с балансным входом, фантомным питанием и фильтром верхних частот, отсекающим низкочастотные шумы, прежде всего, от вентиляторов. Именно такое устройство мы сегодня изучим и соберём.

Схемотехнике инструментального усилителя для балансного микрофонного входа мы посвятили нашу предыдущую статью, где решили использовать схему с регулируемым коэффициентом передачи на двух операционных усилителях (ОУ).

▍ Разновидности микрофонов

Если использовать динамический микрофон наподобие вокального Shure SM-58 или инструментального SM-57, (имеющих одинаковые капсюли и отличающихся только наличием у вокальной модификации ветрозащитного колпачка), то можно просто подать сигнал с разъёма XLR напрямую на вход дифференциального усилителя.

Ведь капсюль динамического микрофона — это просто динамический громкоговоритель наоборот. Подвижная мембрана жёстко связана с подвижной катушкой, находящейся в поле постоянного магнита. В такт колебаниям мембраны под действием звукового давления в катушке наводится переменная электродвижущая сила — ЭДС, которая поступает на микрофонный трансформатор.

При выступлении на сцене вокалисты и дикторы предпочтут именно динамический микрофон, причём как раз в силу его низкой чувствительности. Они будут петь или говорить в непосредственной близости от микрофона, чтобы их голос звучал гораздо громче окружающих шумов.

Также типичный динамический микрофон обладает направленностью, завалом амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в области низких частот и её подъёмом в области средних частот.

Это просто прекрасно для сценического вокала и записи электрогитарного кабинета или барабана как на сцене, так и в студии. Но для студийной работы вокалисту и диктору, в том числе блоггеру, чаще всего наилучшим образом подойдёт ненаправленный конденсаторный микрофон с большой мембраной. Либо направленный с маленькой мембраной, если в помещении имеются источники нежелательных шумов. Или же крошечная петличка, также являющаяся конденсаторным микрофоном.

Конденсаторный микрофон является более чувствительным и имеет гораздо более линейную амплитудно-частотную характеристику, чем динамический. В результате пользователь не прикован к расположению микрофона и не стеснён в движениях, а запись или трансляция голоса звучит более богато.

Но конденсаторный микрофон — это конденсатор с подвижной обкладкой, и для генерации переменной ЭДС ему требуется постоянное напряжение смещения, чаще всего довольно высокое.

Исключение из правила — электретные микрофоны , в которых мембрана изготовлена из специального материала, способного сохранять электрический заряд в течение длительного времени. Однако и такие микрофоны гораздо лучше работают с внешним напряжением смещения, чем без него.

Далее, в корпус конденсаторного микрофона часто встраивают предусилитель на полевых транзисторах, который без питания работать не может.

Бытовые и «полупрофессиональные» конденсаторные микрофоны, если они не предназначаются исключительно для смартфонов, планшетов и ноутбуков, где 3.5 мм TRRS гнездо предусматривает питание микрофона, обычно имеют батарейный отсек для одного или нескольких элементов питания. Примером может служить петличка BOYA BY-M1.

Однако профессиональные конденсаторные микрофоны, за такими редкими исключениями, как AKG C1000S, начиная со второй половины 1960-х годов разрабатываются для питания по балансному кабелю.

Дело в том, что присутствие сменного химического источника тока, который может отказать и даже протечь, в довольно дорогом, а самое главное, крайне ответственном изделии, снижает надёжность и усложняет эксплуатацию.

Проблемы с батарейкой в микрофоне посередине концерта перед многотысячной публикой или в студии, где собрались высокооплачиваемые музыканты и техники, — это не то, чего хотелось бы артистам и продюсерам, клиентам и владельцам студий.

Индустрия звукозаписи и шоу-бизнес требуют от оборудования максимальной надёжности и защиты от помех. Сейчас мы познакомимся с одним из технических средств достижения этой цели.

▍ Фантомное питание

Фантомными принято называть электрические цепи, в которых одни и те же проводники служат нескольким целям. Например, передают и переменное напряжение аудиосигнала, и постоянное напряжение питания для микрофона или иного устройства.

Как нетрудно догадаться, чаще всего разделение постоянного и переменного токов при фантомном питании осуществляется посредством блокировочных конденсаторов или разделительных трансформаторов. Впервые в истории оно получило широкое применение с началом внедрения проводных телефонов с дисковыми номеронабирателями в 1910 годах.

Поворот диска заводил пружину, приводившую в действие механизм. Скорость вращения, а, соответственно, и частота импульсов, ограничивалась центробежным регулятором Уатта. (На фотографии это узел в нижней части, напоминающий шаговый двигатель привода головок трёхдюймового дисковода).

Чёрная пластинка-обтюратор в форме знака радиации размыкала нижнюю группу пружинистых контактов определённое число раз, заданное углом поворота диска, тем самым, разрывая телефонную линию и посылая на автоматическую телефонную станцию (АТС) серию импульсов, обрабатываемых декадными шаговыми искателями.

Верхняя группа контактов при этом замыкалась и шунтировала телефонный капсюль до тех пор, пока диск не вернётся в исходное положение. Это делалось затем, чтобы в телефонной трубке не было громких щелчков.

Для того, чтобы можно было осуществить такой импульсный набор номера, телефонная станция подавала на абонентскую линию постоянное напряжение, без которого не работал бы и угольный микрофон, сопротивление которого изменяется в такт колебаниям мембраны.

В детстве мной была предпринята попытка приведения в действие некомплектного телефонного аппарата, который родители где-то нашли и принесли домой. Принципы работы и назначение звонка, трубки и номеронабирателя были мне известны, в отличие от того, зачем нужны конденсаторы, трансформатор, и самое главное — встречно-параллельные диоды, шунтирующие телефонный капсюль подобно защите измерительной головки стрелочного мультиметра.

Насколько помню, внутренностей, кроме звонка и, возможно, номеронабирателя, в корпусе телефона не было, поэтому для переключения между звонком и трубкой был приспособлен тумблер. «Отремонтированный» телефон заработал, и с его помощью удалось один раз поговорить. Но уже во второй раз при переключении тумблера во время входящего вызова сгорел телефонный капсюль. Запасного у меня не было.

Возможно, именно по причине этого горького опыта начиная со старших классов школы и по сей день я увлекаюсь сборкой гитарных перегрузов на встречно-параллельных диодах. Каждый раз исправляю свою детскую ошибку снова и снова. (На самом деле нет. Я просто люблю электрогитару и электронику).

Капсюль сгорел потому, что переменное напряжение входящего вызова, от которого срабатывал электромеханический звонок, могло достигать 120 вольт эффективного значения, тогда как постоянное напряжение ожидания импульсного набора — 60 вольт, а постоянное напряжение разговора — от 12 до 24 вольт.

Разумеется, напряжение ожидания подавалось на абонентскую линию через резистор, чтобы ограничить ток короткого замыкания. Точно таким же образом осуществляется и фантомное питание микрофонов.

Документ IEC 61938 предусматривает три стандарта — самый распространённый с напряжением 48 вольт, а также 12- и 24-вольтовый. Последний рекомендуется для новых разработок.

Основа стандарта фантомного питания состоит в том, что резисторы R1 и R2, соединяющие сигнальные входы InA и InB c источником напряжения, ограничивают ток короткого замыкания на безопасном уровне. Для 12 В это 680 Ом и 35 мА, для 24 В — 1.2 кОм и 40 мА, а для 48 В — 15 мА и 6.81 кОм.

Точность абсолютного значения сопротивления резистора здесь некритична, но фактические сопротивления R1 и R2 должны отличаться друг от друга не более, чем на 0.1%, иначе пострадает подавление синфазных помех, ради которого, собственно, и организовано балансное подключение микрофона.

Керамический конденсатор C3 и электролитический C4 шунтируют на землю пульсации и помехи с шины питания 48 В, которые не должны попадать в аудиосигнал.

Конденсаторы C1 и С2 изолируют входы дифференциального усилителя OutA и OutB от постоянного напряжения фантомного питания, стабилитроны D1-D4 осуществляют защиту от перенапряжений по входу, а резисторы R3 и R4 ограничивают рабочий ток стабилитронов. R5 и R6 задают входное сопротивление микрофонного усилителя.

Моя самоделка питается от 9 вольт постоянного тока, поэтому для получения напряжения фантомного питания я воспользуюсь готовой платой повышающего преобразователя на микросхеме MT3608 .

Микросхема работает на частоте 1.2 МГц, что находится далеко за пределами диапазона слышимых звуков. Поэтому MT3608 можно смело применять в аудиоаппаратуре, не боясь появления помех.

Повышающий преобразователь напряжения знаменитого гитарного овердрайва Klon Centaur построен на микросхеме зарядового насоса TC1044 , работающей на гораздо более низкой частоте 45 кГц, и при этом не наблюдается каких-либо посторонних призвуков даже в гитарных трактах с высоким коэффициентом усиления сигнала.

▍ Практическая схема

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

Питание схемы однополярное, поэтому вместо встречно-последовательных стабилитронов для защиты входов операционных усилителей применено упрощённое решение — диоды D1 и D2 анодом на +9В.

Постоянная времени входных RC-цепей С4R6 и С5R7 составляет 940 микросекунд, что соответствует частоте среза 169 герц. Это означает, что на этой частоте амплитуда сигнала снизится на 30%, или 3 децибела.

Инструментальный усилитель на ОУ U1A и U1B с регулировкой коэффициента усиления от +4 до +38 дБ переменным резистором R13 собран по схеме из предыдущей статьи.

Я использую недорогие малошумящие ОУ NE5532, являющиеся общепризнанным стандартом для бытовой и профессиональной аудиотехники всех уровней цены и качества. Для прекрасного воспроизведения речи, вокала и сигнала электрогитары этим ОУ вполне достаточно девяти вольт однополярного питания.

Виртуальная земля, то есть искусственная средняя точка VCOM, образована делителем из двух одинаковых резисторов R14 и R15 сопротивлением по 2 килоома каждый и заземлена по переменному току конденсаторами C10 и С11.

На ОУ U3A и U3B собраны суммирующие усилители левого и правого каналов с коэффициентом передачи 1.65, или +4.35 дБ. Они позволяют подключить, кроме микрофона, два добавочных стереовхода Left1 Right1 и Left2 Right2.

ОУ U2A служит буфером-повторителем усиленного сигнала микрофона для левого канала. Эти буферы нужны затем, чтобы сигналы левого и правого каналов каждого стереовхода не смешивались между собой.

Подобно универсальному диоду, пропускающему ток только в направлении стрелки от анода к катоду, буфер пропускает сигнал только от входа к выходу, а не наоборот. Данное свойство повторителя является очень ценным и широко применимым на практике.

Вход смесителя правого канала подключён к средней точке делителя R20R21, соединённой с инвертирующим входом U2B. Таким образом, по отношению к смесителю U2B cлужит буфером, точно так же как и U2A.

Зато на верхнем по схеме выводе R20 мы имеем напряжение с неинвертирующего входа, усиленное в 1.55 раза. Это создаёт положительную обратную связь, обеспечивающую активному фильтру Баттерворта добротность 0.7. Частотнозависимыми элементами этого фильтра верхних частот являются конденсаторы C13-C14 и резисторы R17 и R19.

В верхнем положении переключателя SW1 усиленный сигнал микрофона поступает на входы смесителей через активный фильтр Баттерворта с частотой среза 169 герц. В нижнем положении SW1 микрофонный сигнал подаётся на смеситель в обход фильтра, а в среднем положении микрофон отключён.

Также предусмотрены тумблер отключения фантомного питания и светодиод, индицирующий его работу. Эти элементы не изображены на схеме.

▍ Результаты работы

Видео демонстрирует работу получившегося прибора и процесс монтажа деталей на самодельную печатную плату.

Получилась маленькая коробочка, позволяющая работать с нужными мне источниками звука без пересоединения разъёмов. Можно было просто приобрести готовый микшерный пульт. Но он был бы более громоздким и более дорогим. К тому же мне интереснее работать с оборудованием, собранным своими руками.

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