Что значит фантомное питание для микрофона

Фантомное питание микрофона: что это и как устроено

Содержание

Содержание

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:

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:

Кроме того:

Потребляют

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:

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.

Источник

Главные особенности фантомного питания для микрофона

Фантомное питание обеспечивает бесперебойную работу студийных звукозаписывающих устройств. Такой способ наиболее удобен при работе с конденсаторными и электретными микрофонами. Однако он применяется и для питания активных директ-боксов. Преимуществами метода считаются подача тока и обмен данными через единый канал, низкая стоимость.

Фантомное питание микрофона – использование средств постоянного тока.

История появления

Способ был разработан для наземных телефонных станций, функционирующих на базе медных проводов. Появление фантомного питания приурочено к созданию дисковых аппаратов для набора номера. Метод использовался для передачи постоянного тока усилителям, соединенным с трансформаторами.

Понятие фантомного питания для микрофона

Метод используется при подключении электретных и конденсаторных аудиоустройств. Питание подается по тем же проводам, что и звук. Максимальное напряжение равно 48 В. Не стоит путать стандарт с классическими компьютерными интерфейсами, которые питаются от напряжения 5 В. Данный вариант также считается фантомным, однако его не применяют в звукозаписывающих студиях.

Предназначение

Метод предназначен для питания профессиональных аудиоустройств. Такие микрофоны работают с использованием конденсаторных алгоритмов. Первая обмотка системы неподвижна, вторая заменяется колеблющейся мембраной микрофона. Выраженность ее смещения зависит от мощности источника звукового сигнала. Если у конденсатора имеется заряд, можно менять его емкость путем движения мембраны. Это помогает выбирать нужное напряжение, передающееся микрофону. Бюджетные звуковые карты не поддерживают рассматриваемой функции.

Фантомное питание предназначено для профессиональных устройств.

Техническая информация

Для питания микрофона фантомным способом используется напряжение в 12, 24 или 48 В. Сигнальным жилам свойственна положительная полярность.

Оба проводника пролегают через резисторы одинакового номинала:

Номинал выбранных резисторов должен отклоняться от нормативных значений не более чем на 0,1%. Это позволяет эффективно подавлять синфазный сигнал в системе. Постоянный ток равномерно подается через 2 сигнальных проводника аудиоразъема (в современных микрофонах для этого предназначены контакты 2-го и 3-го портов XLR).

Напряжение отсчитывают от заземляющей клеммы 1 XLR.

Основные виды

Способы питания классифицируют по используемому напряжению: 12, 24 или 48 В. Существует и способ AES 42, подразумевающий применение тока 10 В. Напряжение подается как на землю, так и на аудиокабели. Такой источник питания поддерживает работу микрофонов мощностью до 215 мА.

Напряжение подается на аудиокабели.

Стандарты

В IEC 61938: 2018 прописывают параметры работы устройства, питающегося фантомным способом. Применяются 3 стандарта P12, P24, P48. Документ содержит информацию и о 2 дополнительных вариантах (SP48, P12L), используемых в сочетании со специализированными приложениями. Современные микрофоны работают по стандарту P48. Мощность оборудования при этом не должна превышать 240 мВт. Несмотря на рекомендации, 24- или 12-вольтное питание продолжает применяться.

Преимущества использования

Способ считается эффективным и дешевым, чем объясняется его распространенность у пользователей звукозаписывающей аппаратуры. Работа с устройствами безопасна. Поломки возникают только при коротком замыкании проводников, особенно при отказе от заземления системы. В этом случае повреждается капсюль, который легко заменить.

Особенности подключения микрофона с фантомным питанием

Для сборки такой цепи покупают устройство, добавляющее энергии на 48 В. Прибор питает студийный конденсаторный микрофон. Последний накапливает электрическую энергию. Вместо подвижной обкладки конденсатора работает аудиомембрана. Интенсивность сигналов определяется мощностью обрабатываемого микрофоном звука.

Встраиваемый в цепь прибор меняет рабочее напряжение, улучшает работу звукозаписывающей системы. Схема достаточно необычна, однако работоспособна.

Стоимость фантомного оборудования невысока. Если пользователю не понравится его работа, финансовые потери будут минимальны.

Куда встраиваются источники фантомного питания

Новый источник питания требует подключения безопасным способом. При неправильном подсоединении прибора микрофон работать не будет. Закреплять устройство можно в любом месте. Однако при работе с микрофоном не должно возникать затруднений. Прибор располагают в доступном месте, после чего закрепляют и подключают все необходимые провода. Не забывают о кабеле для подсоединения звукозаписывающего средства. Специальная клавиша помогает включать и деактивировать дополнительное питание по мере необходимости.

Источники фантомного питания подключаются безопасным способом.

Нюансы изготовления своими руками

При самостоятельной сборке системы учитывают такие моменты:

Существующие предостережения

Некоторые производители предлагают микрофоны, питающиеся 2 способами: от фантомного источника и батареек. Последние при подключении к внешнему прибору извлекают. Если этого не сделать, корпус батарейки может разрушиться. Протекающие химикаты повредят компонентам микрофона. Некоторые аудиосистемы снабжены средствами автоматического переключения на другой способ питания. Фантомный нельзя использовать при работе с ленточными или динамическими микрофонами.

Альтернативные методы включения микрофона

Используют 2 схемы, заменяющие фантомный способ:

Рассмотренные варианты не являются фантомными разновидностями питания.

Заключение

Обустроить фантомное питание для микрофона своими руками несложно. Достаточно приобрести специальный прибор и правильно подсоединить его к звукозаписывающей системе. Метод стоит попробовать ввиду его высокой эффективности и небольшой стоимости.

Автор статьи: Сатдаров Артур, специалист по обслуживанию компьютерных сетей, стаж работы – 10 лет. Несколько лет владеет домашней звукозаписывающей студией, знает о настройке микрофонов и сопутствующего оборудования все.

Источник

Рассказываем о фантомном питании

Анонс

DJSTORE

Если посмотреть на характеристики какого-нибудь аудиоинтерфейса или микшерного пульта, можно увидеть параметр Phantom Power +48V.

Опытным путем устанавливается, что без кнопки Phantom Power почему-то не работают микрофоны, подключенные в разъем XLR. Рекомендуем разобраться подробнее — что такое фантомное питание и как оно работает, для каких микрофонов нужно, а какие может повредить.

Что это такое

Фантомное питание — это постоянное напряжение от 12 до 48 В (обычно 48 В), которое используется для питания активных компонентов конденсаторных и некоторых электретных микрофонов. Оно же нужно, чтобы привести капсюль микрофона в движение. Напряжение передается по микрофонному кабелю вместе с аудиосигналом, поэтому дополнительных проводов не требуется. Отсюда возникло и название «фантомное» — питание не подводится отдельным кабелем.

Обычно фантомное питание присутствует в оборудовании, принимающем аудиосигнал: звуковой карте, микшерной консоли, предусилителе или аудиорекордере. Но есть и внешние девайсы, с помощью которых фантомное питание можно подвести к микрофону.

В каких случаях оно необходимо

Конденсаторные микрофоны имеют активную электронику в которой присутствуют диафрагма и задняя пластина. Для правильной работы оба элемента должны иметь электрический заряд. Но сам конденсаторный микрофон не в состоянии его обеспечить, и поэтому ему требуется питание от внешнего источника. А фантомное питание было придумано для питания микрофонов без использования больших внешних источников, которые до сих пор используются для ламповых моделей.

Когда фантомное питание включено, по балансному XLR-кабелю передается постоянный ток, который обеспечивает напряжение. В отличие от электретных микрофонов, конденсаторным микрофонам нужно напряжение для поляризации преобразовательного элемента микрофона. Фантомное питание обеспечивает и эту функцию. В оборудовании обычно обозначается как +48V, P48 или Phantom.

Фантомное питание также может применяться с динамическими микрофонами — они требуют высокого уровня усиления, но не каждый встроенный предусилитель звуковой карты или микшера может обеспечить необходимый уровень усиления с низким уровнем собственного шума.

Когда фантомное питание не нужно

Например, в остальных случаях работы с динамическими микрофонами.

Преобразовательный элемент динамического микрофона имеет диафрагму, звуковую катушку и магнит. Звуковая катушка соединена с диафрагмой и проходит через магнит. Когда диафрагма движется вверх и вниз, звуковая катушка генерирует различные уровни тока. Именно поэтому динамический микрофон не требует фантомного питания. Они менее чувствительные, чем конденсаторные, и могут выдерживать более высокие уровни звукового давления без искажений.

Также фантомное питание не нужно пассивным ленточным микрофонам. Более того, оно может их повредить: длительное воздействие напряжения может растянуть или привести в негодность ленточный элемент. К активным ленточным микрофонам это не относится.

Отдельно стоят USB-микрофоны. Обычно они конденсаторные и им требуется фантомное питание. Но их конструкция позволяет получать его по шине USB.

Для правильной работы фантомного питания требуется балансное соединение. Если фантомное питание подается через небалансный или поврежденный кабель, то это может привести к перегрузке микрофона и повредить его.

Девайсы

Для того, чтобы усилить сигнал к динамическому микрофону, нужны специальные компактные микрофонные предусилители-бустеры. Они способны значительно усилить сигнал (25 дБ и более), при этом сохраняя малый уровень собственного шума. Устройство располагается между предусилителем карты/микшера и микрофоном, и обязательным условием его работы является подача фантомного питания.

Также внешнее питание нужно для работы с активными дибоксами. Это устройства, которые преобразуют небалансный выходной аудиосигнал источников с высоким внутренним сопротивлением (например, от электрогитары) в балансный аудиосигнал с низким сопротивлением. Активным дибоксам необходимо внешнее питание, которое можно получить от батареек, розетки или фантомного питания +48 В, подаваемого от входного разъёма микшерного пульта или аудиоинтерфейса.

Существует несколько источников, которые могут эффективно подавать фантомное питание: микрофонные предусилители и автономные блоки.

Микрофонные предусилители обычно обладают включенным в цепь фантомным питанием. Микрофонные входы в предусилителях сделаны на разъемах XLR, а фантомное питание может подаваться на все каналы сразу или поканально, в зависимости от технических особенностей устройства.

Усиление можно найти в этих устройствах:

Некоторые предусилители имеют возможность подачи напряжения, отличного от +48 В, например, +24 В.

Автономные блоки необходимы, если нужно подключить микрофон с активной схемой ко входу, который не обеспечивает правильного фантомного питания или вовсе не подает его. Автономные блоки подключаются между микрофоном и микрофонным входом устройства. Блоки фантомного питания работают от батареек или от розетки.

Источник

Фантомное питание для микрофона: схема для повторения

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

Источник