Фантомное питание для микрофона что это

Фантомное питание для микрофона: кому и зачем оно нужно?

Рассказываем, для чего на оборудование подают электричество и почему такое питание называют фантомным.

Словосочетание «фантомное питание» знакомо каждому, кто занимается музыкой: наличие такого питания — обязательное условие для работы различного студийного оборудования. Из этого материала вы узнаете, что такое фантомное питание для микрофона, зачем оно нужно и как его получить, если имеющиеся устройства не способны подавать энергию вовне.

Фантомное питание — распространённое требование для работы многих студийных конденсаторных микрофонов и другого оборудования. Возможность подачи электричества на подключенные устройства присутствует в предусилителях, микшерах и аудиоинтерфейсах.

Но что это за питание и зачем оно нужно? А главное: как получить фантомное питание для микрофона, если в имеющемся оборудовании нет возможности подачи электроэнергии на внешние устройства?

Что такое фантомное питание

Фантомное питание (англ. Phantom Power) — поток постоянного тока с напряжением до 48 вольт, питающий активную электронику в конденсаторных микрофонах и другом оборудовании с подключением через разъём XLR. Обычно оно подаётся от предусилителя на канале микшера или аудиоинтерфейса, к которому подключается микрофон.

Фантомное питание требуется для работы конденсаторных микрофонов, активных ди-боксов, линейных предусилителей и ряда других устройств.

Зачем нужно фантомное питание для микрофона

Чаще всего фантомное питание используется при работе с конденсаторными микрофонами. Для записи звука такие микрофоны используют электрическую схему, преобразующую колебания воздуха в аудиосигнал. Чтобы капсюль пришёл в движение и начал захватывать поступающий сигнал, на микрофон подают электрический ток с небольшим напряжением.

В основе конденсаторного микрофона — диафрагма с двумя пластинами, вибрирующими при подаче напряжения

В прошлом конденсаторные микрофоны использовались с внешним источником энергии, питавшим схему устройства. Распространение полевых FET-транзисторов, постепенно вытеснивших лампы, позволило отказаться от выделенного блока — электричество стало возможно получать прямо со студийной консоли.

Из-за того, что микрофоны работали без видимого источника электроэнергии, звукоинженеры назвали такое питание фантомным.

При активации фантомного питания на микрофон или другое подключенное оборудование подаётся постоянный ток с напряжением 48 вольт. Именно поэтому кнопку включения питания обозначают надписью «+48 V».

Когда фантомное питание не требуется

Если для конденсаторных микрофонов наличие фантомного питания обязательно, для ленточных микрофонов оно противопоказано. Подача тока на подобные устройства неминуемо приводит к их поломке.

В самом центре ленточного микрофона находится тонкая металлическая лента

Схема работы ленточных микрофонов была придумана задолго до появления фантомного питания в музыкальной индустрии — первые ленточные микрофоны появились в 1920-х годах. Для записи сигнала ленточные микрофоны используют тонкую металлическую 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.

Фантомное питание противопоказано всем устройствам, в которых нет выходного трансформатора.

Кратковременная подача энергии также может стать причиной поломки, если в микрофонный вход подключен несбалансированный источник питания. Сбалансированные источники звука не боятся поступающего электричества.

Кому ещё требуется дополнительная энергия

Схема скрытой подачи электроэнергии обычно используется с активными микрофонами. Тем не менее ряд производителей нашли «фантом» полезным и для других устройств.

Так, например, один из самых популярных динамических микрофонов с большой диафрагмой Shure SM7B рекомендуется использовать с максимально возможным количеством усиления — чем больше гейна, тем лучше. Однако, если взглянуть на технические характеристики предусилителей популярных аудиоинтерфейсов, оказывается, что далеко не все звуковые карты могут обеспечить должный уровень усиления без появления шума.

Чтобы решить проблему, производители придумали такие устройства как линейные предусилители или микрофонные активаторы, усиливающие сигнал без дополнительного шума. Небольшие устройства подключаются в цепь между микрофоном и аудиоинтерфейсом, питаются от фантомного питания и добавляют сигналу большую ясность и чёткость.

Shure SM7B и предусилитель sE Electronics Dynamite DM1

Активаторы усиливают сигнал таким образом, чтобы он стал достаточно сильным для чистого и ясного звучания даже в тех случаях, когда предусилитель ограничен в своих возможностях. Среди самых известных и популярных активаторов можно выделить:

• Cloud Microphones Cloudlifter CL-1
• Triton Audio FetHead (кстати, по ссылке в названии предусилителя можно получить приличную скидку на этот девайс по нашему промокоду)
• Radial McBoost

Активные ди-боксы — ещё один тип устройств, полагающийся на дополнительное питание в работе. Ди-боксы конвертируют высокоомный небалансный сигнал в низкоомный балансный, позволяя подключить электрогитары, клавишные и другие инструменты напрямую к микрофонному предусилителю.

Для работы активного ди-бокса требуется подача тока с напряжением 48 В. В свою очередь пассивные ди-боксы не нуждаются во внешних источниках энергии, однако это не означает, что они лучше или универсальнее.

Как получить фантомное питание для микрофона

Большинство современных аудиоинтерфейсов оснащается встроенной схемой, подающей напряжение 48 В через микрофонные предусилители. Активация фантомного питания обычно осуществляется отдельной кнопкой, обозначенной как «+48», «48 V» или «Phantom». В зависимости от возможностей оборудования, фантомное питание может подаваться на каждый вход независимо, либо же поступать на все входы сразу.

Тем не менее ряд устройств — микшеров, звуковых карт и предусилителей — лишён скрытой схемы питания. В таких случаях на помощь приходят отдельные блоки фантомного питания, подключающиеся между входом микшера или интерфейса и микрофоном.

Среди популярных вариантов выделяются:

Суть внешних блоков ничем не отличается от встроенной схемы фантомного питания. Блок подключается в розетку и при активации подаёт на подключенный микрофон постоянный ток с напряжением 48 В.

Фантомные итоги

Все музыканты знают о фантомном питании, но не все понимают, зачем оно нужно и что именно делает. Тем не менее без него невозможно представить ни одну современную домашнюю или профессиональную студию звукозаписи: отдельный источник питания необходим для работы ди-боксов и конденсаторных микрофонов.

Рассказываем о фантомном питании

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:

• Отдельные микрофонные предусилители
• Микшерные консоли
• Аудиоинтерфейсы
• Рекордеры

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.

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.