Что такое фантомное питание?
Нередко в микшерных пультах можно увидеть множество различных параметров, которые не совсем понятны начинающим музыкантам. Да и профессионалы некоторые порой не задумываются о том, что же значит тот или иной пункт. Фантомное питание – одна из таких характеристик.
В пульте фантомное питание подается на сбалансированный вход для микрофона и служит источником питания исключительно для конденсаторных девайсов. Называется оно так потому, что для получения напряжения микшер не использует дополнительные проводники.
Фантомное питание в большинстве моделей равняется 48В. В микрофоне постоянный и переменный ток делится конденсаторами. Если микрофонный вход соединен с несбалансированным источником, то подключение «фантома» может вывести прибор из строя.
Другие способы подключения фантомного питания
Его также используют для электрогитары и клавиатуры, но следует учитывать некоторые моменты:
- необходимо использовать распределительные устройства, которые понижают напряжение до необходимой величины (в которой работает подключенный инструмент);
- источник фантомного питания не должен перегружаться подключенным устройством, которое потребляет гораздо больше тока.
На многих моделях микшеров SoundKing присутствует регулятор предварительного усиления, который и помогает выровнять микшер и источник сигнала.
Предварительное усиление всегда настраивают с нажатой кнопкой «Соло», которая находится там же. Она помогает выделить сигнал канала, делает его более ярким, пригодным для оценки качества звука. Однако такая кнопка есть не на всех моделях. Перед началом работы с тем или иным микшером, если у вас не достаточно знаний, лучше внимательно изучить инструкцию, а от необычных экспериментов с оборудованием следует отказаться.
Фантомное питание для микрофонов: характеристики и подключение
Фантомное питание используется для работы конденсаторных и электретных микрофонов. В этом случае питание поступает по тем же кабелям, что и звук. Такое напряжение обычно составляет 48 В. Однако не стоит путать их с обычными компьютерными интерфейсами – их питание имеет номинал 5 В. Это питание тоже называют фантомным, однако оно не имеет ничего общего с профессиональной техникой.
Устройство подпитывает микрофон, и его работа схожа с работой конденсатора, с той лишь разницей, что, вместо обкладки конденсатора, работает мембрана микрофона.
Куда встраивается?
Такие источники чаще всего встраиваются в приемные устройства. Ими могут быть микшерные пульты, микрофонные предусилители и другие подобные аппараты. Однако в некоторых случаях фантомное питание может быть не предусмотрено изготовителем, или же необходимо питание намного ниже, например, 24 или 12 В. Тогда нужно приобрести фантомное питание отдельно, при этом использование его должно быть сквозным. Другими словами, его нужно подключить к микрофону, а выход из блока – к приемному устройству.
Если питание приобреталось отдельно, то следует знать, что оно должно крепиться в любом удобном и доступном месте, поскольку устройство имеет кнопку, при помощи которой фантомное питание можно включить или выключить.
Покупка фантомного питания также необходима в том случае, если человека не устраивает качество того элемента, что уже встроен в оборудование. Возможно, что имеющееся питание издает гул, или появляются неприятные шумовые эффекты. Обычно такие проблемы имеют место в дешевом оборудовании.
Сам блок обычно питается от батарей либо аккумуляторов, и в нем должен присутствовать встроенный НЧ-фильтр, который и отвечает за отсутствие низкочастотного гула. В обычных конденсаторных микрофонах питание используется и для поляризации.
А также стоит отметить, что такие микрофоны могут подключаться к порту XLR.
Как сделать своими руками?
Чтобы получить напряжение питания 48 В, используется отдельный трансформатор либо DC/DC-преобразователь. При использовании батареек полезно знать тот факт, что большинство микрофонов работает с напряжением менее 48 В. Для наглядности можно попробовать напряжение 9 В, постепенно увеличивая его до необходимого. Однако стоит помнить, что звук микрофона будет отличаться от того, что должен быть по умолчанию. В рассматриваемом случае достаточно 5 батареек – этого будет достаточно для обеспечения питания микрофону.
При использовании батареек необходимо закоротить их конденсатором , чтобы не было шумового эффекта. Можно установить конденсаторы номиналом 0,1 мкФ и 10 мкФ параллельно батарейкам.
Ниже рассмотрен пример того, как сделать блок фантомного питания своими руками, точнее, схему, по которой он будет работать.
Чтобы реализовать необходимую схему, понадобятся стабилизация и фильтрация помех , с чем отлично справляются линейные стабилизаторы LM317. Однако для этого потребуется переменное напряжение 32 В. Использование трансформатора выше 24 В оправдано, однако этого элемента может не оказаться под рукой. В этом случае на помощь придет умножитель на 4, выполненный на конденсаторах и диодах. А также стоит отметить, что выбор такого направления обоснован наличием общей для входа и выхода точки, которая является минусом. Благодаря этому схема значительно упрощается, к тому же налицо экономия денежных средств на покупке трансформатора.
Если посмотреть внимательно на схему ниже, то на ней четко видно, что общий ноль (стабилизатор LM317) или умножитель на 4 включен по стандартной схеме. VD2 – стабилитрон – защищает микросхему от перепада напряжений между входом и выходом. Этот перепад возможен в процессе заряда конденсатора С7 или некорректной установки R5 и является кратковременным. В этом случае происходит шунтирование микросхемы, тем самым предотвращается ее выход из строя.
Обратное напряжение необходимо выбирать не более 35 В, однако слишком маленькое – также нежелательно. Это необходимо для сохранения диапазона регулировки и стабилизации (особенно важно в том случае, когда трансформатор будет выдавать напряжение более 12 В). В нашем варианте нужный параметр выходного напряжения стабилизатора (48 В) можно выставить при помощи R5.
С1-С4 совместно с VD1-VD4 образуют умножитель на 4. Для снижения фона далее находится двойная фильтрация : фильтр второго порядка (R1C5) и фильтр-стабилизатор на LM317. После микросхемы предусмотрен конденсатор С7 – это необходимо для предотвращения самовозбуждения схемы.
Резистором R5 необходимо задать подстроечное выходное напряжение. Резисторы R4 и R5 должны быть довольно мощными, поскольку в процессе работы они будут нагреваться. Номинал для R4 – 0,25 Вт, для R5 – 0,5 Вт.
Ниже представлена модифицированная схема. Здесь используется блок питания в качестве отдельного устройства. Фантомное питание в этом случае подается через ограничивающие резисторы R6 и R7 на сигнальные клеммы устройства (для конденсаторных микрофонов с XLR-разъемом это контакты 2 и 3, 1 – общий). Сигнал подается через разделительные конденсаторы С8 и С9 уже непосредственно на принимающее устройство.
Чтобы фон по питанию отсутствовал либо был минимальным, следует отрегулировать схему подстроечным резистором R5 . В этом случае необходимо добиться того, чтобы фон был минимальным, а мощность – максимальной.
Линейный стабилизатор может работать как фильтр только в том случае, если на нем падает напряжение, которое будет равно амплитуде пульсации.
В этой схеме резисторы делителя не имеют точного номинала, поскольку это позволяет подстраиваться под различные трансформаторы (от 10 до 16В).
Фантомное питание
Питание постоянного тока через микрофонный кабель 
A конденсаторный микрофон требует питания для создания поляризующего напряжения постоянного тока и для питания внутреннего усилителя требуется для подключения длинных кабелей Кнопка фантомного питания и индикатор
Фантомное питание, в контексте профессионального аудиооборудования, это DC электрическая мощность, передаваемая через микрофонные кабели для управления микрофонами, содержащими активную электронную схему. Он наиболее известен как удобный источник питания для конденсаторных микрофонов, хотя многие активные директбоксы также используют его. Этот метод также используется в других приложениях, где источник питания и передача сигналов осуществляются по одним и тем же проводам.
Источники фантомного питания часто встраиваются в микшерные пульты, микрофонные предусилители и подобное оборудование. Помимо питания схемы микрофона, традиционные конденсаторные микрофоны также используют фантомное питание для поляризации преобразовательного элемента микрофона.
Содержание
- 1 История
- 2 Стандарты
- 3 Техническая информация
- 4 Предостережения
- 5 Цифровое фантомное питание
- 6 Другие способы питания микрофона
- 7 Другое применение
- 8 Примечания
- 9 См. Также
- 10 Ссылки
- 11 Внешние ссылки
История
Фантомное питание использовалось в телефонных системах с момента появления дисковых телефонов в 1919 году, прежде чем он был применен к конденсаторным микрофонам. Одним из таких приложений в телефонной системе было обеспечение тракта передачи сигналов DC вокруг усилителей, подключенных к трансформатору, в системах передачи аналоговых линий. Первым известным коммерчески доступным микрофоном с фантомным питанием была модель Schoeps CMT 20, выпущенная в 1964 году и построенная в соответствии со спецификациями французской радиостанции с фантомным питанием 9–12 В постоянного тока; положительный полюс этого источника питания был заземлен. Микрофонные предусилители магнитофонов серии Nagra IV предлагали этот тип питания в качестве опции в течение многих лет, и Schoeps продолжал поддерживать «отрицательный фантом», пока серия CMT не была прекращена в середине 1970-х годов, но она устарело сейчас.
В 1966 году Neumann GmbH представила новый тип транзисторного микрофона для Норвежской радиовещательной корпорации, NRK. Норвежское радио запросило работу с фантомным питанием. Поскольку у NRK уже было 48 В в своих студиях для систем аварийного освещения, это напряжение использовалось для питания новых микрофонов (модель KM 84) и является источником фантомного питания 48 В. Позднее это устройство было стандартизировано в DIN 45596.
Стандарты
«Мультимедийные системы — Руководство по рекомендуемым характеристикам аналоговых интерфейсов для обеспечения взаимодействия» Комитета по стандартам Международной электротехнической комиссии (IEC 61938: 2018) задает параметры для подачи фантомного питания микрофона. Документ определяет три варианта: P12, P24 и P48. Кроме того, упоминаются два дополнительных варианта (P12L и SP48) для специализированных приложений. Большинство микрофонов теперь используют стандарт P48 (максимальная доступная мощность составляет 240 мВт). Хотя системы на 12 и 48 В все еще используются, стандарт рекомендует для новых систем питание 24 В.
Техническая информация
Один из методов подачи фантомного питания. Микрофон или другое устройство может получать питание постоянного тока от любой сигнальной линии к клемме заземления, и два конденсатора блокируют появление постоянного тока на выходе. R1 и R2 должны быть 6,81 кОм для 48-вольтного фантома «P48». R3-6 и стабилитроны 1-4 защищают выход до максимального напряжения 10 В. 
Внешний источник фантомного питания.
Фантомное питание состоит из фантомной цепи, где постоянный ток подается одинаково через две линии сигнала сбалансированного аудиоразъема (в современном оборудовании оба контакта 2 и 3 разъема XLR ). Напряжение питания относится к контакту заземления разъема (контакт 1 XLR), который обычно подключается к экрану кабеля или заземляющему проводу в кабеле, или к обоим. Когда было введено фантомное питание, одним из его преимуществ было то, что тот же самый тип сбалансированного экранированного микрофонного кабеля, который студии уже использовали для динамических микрофонов, можно было использовать для конденсаторных микрофонов. В этом отличие от микрофонов со схемой вакуумной трубки, для большинства из которых требуются специальные многожильные кабели.
При фантомном питании напряжение питания фактически невидимо для симметричных микрофонов, которые не используйте его, в том числе большинство динамических микрофонов. Симметричный сигнал состоит только из разницы напряжений между двумя сигнальными линиями; фантомное питание создает одинаковое напряжение постоянного тока на обеих сигнальных линиях сбалансированного соединения. Это резко контрастирует с другим, немного более ранним методом питания, известным как «параллельное питание» или «T-powering» (от немецкого термина Tonaderspeisung), в котором постоянный ток накладывался непосредственно на сигнал в дифференциальном режиме. Подключение обычного микрофона ко входу с включенным параллельным питанием вполне может повредить микрофон.
Стандарт IEC 61938 определяет фантомное питание 48, 24 и 12 вольт. Сигнальные проводники положительные, оба подключены через резисторы равного номинала (6,81 кОм для 48 В, 1,2 кОм для 24 В и 680 Ом для 12 В), а экран заземлен. Значение 6,81 кОм не является критическим, но резисторы должны быть согласованы с точностью до 0,1% или лучше, чтобы поддерживать хорошее подавление синфазного сигнала в цепи. Версия фантомного питания на 24 В, предложенная через несколько лет после версий на 12 и 48 В, также была включена в стандарт DIN и входит в стандарт IEC, но никогда не была широко принята производителями оборудования.
Практически все современные микшерные пульты имеют переключатель для включения или выключения фантомного питания; в большинстве высокопроизводительного оборудования это можно сделать индивидуально по каналам, в то время как в микшерах меньшего размера один главный переключатель может управлять подачей мощности на все каналы. Фантомное питание можно заблокировать в любом канале с помощью изолирующего трансформатора 1: 1 или разделительных конденсаторов. Фантомное питание может вызвать сбои в работе оборудования или даже его повреждение, если оно используется с кабелями или адаптерами, которые соединяют одну сторону входа с землей, или если к нему подключено какое-то оборудование, кроме микрофонов.
Инструментальные усилители редко обеспечивают фантомное питание. Чтобы использовать оборудование, требующее этого, с этими усилителями, в линию должен быть включен отдельный источник питания. Они легко доступны в продаже или, в качестве альтернативы, являются одним из самых простых проектов для конструкторов любительской электроники.
Предостережения
AKG C1000S, использует фантомное питание или батарею
Некоторые микрофоны предлагают выбор между внутренним батарейным питанием или (внешним) фантомным питанием. В некоторых таких микрофонах рекомендуется извлекать внутренние батареи при использовании фантомного питания, так как батареи могут разъесться и протечь химикаты. Другие микрофоны специально предназначены для переключения на внутренние батареи в случае сбоя внешнего источника питания, что может быть полезно.
Фантомное питание не всегда реализуется правильно или адекватно даже в предусилителях, микшерах и записывающих устройствах профессионального качества. Частично это связано с тем, что конденсаторные микрофоны с 48-вольтовым фантомным питанием первого поколения (конец 1960-х — середина 1970-х годов имели простую схему и требовали лишь небольших значений рабочего тока (обычно менее 1 мА на микрофон).), поэтому схемы фантомного питания, обычно встраиваемые в записывающие устройства, микшеры и предусилители того времени, были разработаны с учетом того, что этот ток будет достаточным. Исходная спецификация фантомного питания DIN 45596 требовала максимум 2 мА. Эта практика сохранилась до настоящего времени; многие цепи фантомного питания на 48 В, особенно в недорогом и портативном оборудовании, просто не могут обеспечить более 1 или 2 мА без выхода из строя. Некоторые схемы также имеют значительное дополнительное сопротивление последовательно со стандартной парой резисторов питания для каждого микрофонного входа; это может не сильно повлиять на микрофоны с низким током, но может отключить микрофоны, которым требуется больше тока.
Конденсаторные микрофоны середины 1970-х годов и позже, предназначенные для фантомного питания 48 В, часто требуют гораздо большего тока (например, 2–4 мА для бестрансформаторных микрофонов Neumann, 4–5 мА для Schoeps CMC («Colette») микрофоны серии и Josephson, 5–6 мА для большинства микрофонов серии Shure KSM, 8 мА для CAD Equiteks и 10 мА для Earthworks). Стандарт IEC дает 10 мА как максимально допустимый ток на микрофон. Если его требуемый ток недоступен, микрофон все равно может выдавать сигнал, но не может обеспечить ожидаемый уровень производительности. Конкретные симптомы несколько различаются, но наиболее частым результатом будет снижение максимального уровня звукового давления, с которым микрофон может справиться без перегрузки (искажения). Некоторые микрофоны также показывают более низкую чувствительность (выходной уровень для заданного уровня звукового давления).
Большинство переключателей заземления имеют нежелательный эффект отключения фантомного питания. Всегда должен быть путь постоянного тока между контактом 1 микрофона и отрицательной стороной 48-вольтового источника питания, если питание должно достигать электроники микрофона. Поднятие заземления, которым обычно является контакт 1, прерывает этот путь и отключает фантомное питание.
Бытует мнение, что подключение динамического или ленточного микрофона к входу с фантомным питанием приведет к его повреждению. Это повреждение может произойти по трем причинам. В случае неисправности кабеля фантомное питание может повредить некоторые микрофоны из-за подачи напряжения на выход микрофона. Также возможно повреждение оборудования, если к входу с фантомным питанием подключен несимметричный динамический микрофон или электронные музыкальные инструменты. Переходный процесс , генерируемый при «горячем» подключении микрофона к входу с активным фантомным питанием, может повредить микрофон и, возможно, цепь предусилителя входа, поскольку не все контакты разъема микрофона контактируют одновременно, и есть момент, когда ток может течь, чтобы зарядить емкость кабеля с одной стороны входа с фантомным питанием, а не с другой. Это особенно проблема с длинными микрофонными кабелями. Считается хорошей практикой отключать фантомное питание на устройствах, которым оно не требуется.
Цифровое фантомное питание
Могут быть предоставлены цифровые микрофоны, соответствующие стандарту AES 42 с фантомным питанием 10 вольт, подключенным как к аудиоводам, так и к земле. Этот источник питания может обеспечивать цифровые микрофоны до 250 мА. Клавиатурный вариант обычного разъема XLR, разъем XLD, может использоваться для предотвращения случайного переключения аналоговых и цифровых устройств.
Другие методы питания микрофона
T-power, также известный как AB powering или T12, описанный в DIN 45595, является альтернативой фантомному питанию, которое до сих пор широко используется в мире кинопроизводства. Многие микшеры и записывающие устройства, предназначенные для этого рынка, имеют опцию T-power. Многие старые микрофоны Sennheiser и Schoeps используют этот метод включения, хотя в новых рекордерах и микшерах эта опция постепенно прекращается. Цилиндры адаптеров и специальные блоки питания предназначены для микрофонов с питанием от T. Часто нет слышимой разницы между микрофонами, использующими этот метод, и микрофонами с питанием P48. В этой схеме 12 вольт подается через резисторы 180 Ом между «горячим» контактом микрофона (контакт 2 XLR) и «холодным» контактом микрофона (контакт 3 XLR). Это приводит к 12-вольтовой разнице потенциалов со значительным током на контактах 2 и 3, что, вероятно, приведет к необратимому повреждению при применении к динамическому или ленточному микрофону.
Plug-in-power (PiP) — это слаботочный источник питания 3–5 В, подаваемый на гнездо микрофона некоторого потребительского оборудования, такого как портативные записывающие устройства и компьютерные звуковые карты. Он также определен в IEC 61938. Он отличается от фантомного питания, поскольку представляет собой несимметричный интерфейс с низким напряжением (около +5 В), подключенным к сигнальному проводнику с возвратом через гильзу; мощность постоянного тока соответствует звуковому сигналу с микрофона. Конденсатор используется для блокировки постоянного тока от последующих цепей звуковой частоты. Его часто используют для питания электретных микрофонов, которые не работают без питания. Он подходит только для питания микрофонов, специально предназначенных для использования с этим типом источника питания. Если эти микрофоны подключены к истинному фантомному питанию (48 В) через переходник с 3,5 мм на XLR, который соединяет экран XLR с рукавом 3,5 мм, это может привести к повреждению. Подключаемое питание соответствует японскому стандарту CP-1203A: 2007
Аналогичная схема сетевого питания используется в компьютерных звуковых картах. Как подключаемое питание, так и питание звуковой карты определены во второй редакции стандарта IEC 61938.
Эти альтернативные схемы питания иногда неправильно называют «фантомным питанием», и их не следует путать с истинным фантомным напряжением 48 В. питание описано выше.
Некоторые конденсаторные микрофоны могут получать питание от элемента на 1,5 В, который находится в небольшом отсеке микрофона или во внешнем корпусе.
Фантомное питание иногда используется работниками авионики для описания напряжения смещения постоянного тока, используемого для питания авиационных микрофонов, которые используют более низкое напряжение, чем профессиональные аудиомикрофоны. Фантомное питание, используемое в этом контексте, составляет 8–16 В постоянного тока последовательно с резистором 470 Ом (номинал), как указано в стандарте DO-214 RTCA Inc.. Эти микрофоны произошли от угольных микрофонов, использовавшихся на заре авиации, и телефонов, которые основывались на напряжении смещения постоянного тока на элементе угольного микрофона.
Другое применение
Фантомное питание также используется в приложениях, отличных от микрофонов:
Фантомное питание конденсаторных микрофонов
Фантомное питание является обязательным для конденсаторных микрофонов и некоторых электретных микрофонов. Его напряжение составляет 48 В, при помощи аккумулятора такие показатели обеспечить достаточно сложно, поэтому энергия поступает либо от специализированного входа усилителя (разъёмы с фантомным питанием часто встречаются в профессиональной аудиотехнике: аудиомикшеры, аудио-интерфейсы и рекордеры), либо от собственного сетевого адаптера. Некоторые микрофоны могут работать с напряжением фантомного питания в диапазоне от 9 до 52 В. Необходимое для каждой отдельно взятой модели напряжение электроника микрофона определяет самостоятельно, так что пользователю не нужно задумываться сколько именно Вольт требуется для одной и сколько для другой модели.
Почему фантомное питание?
Фантомное питание называется так, как оно называется, заключается в том, что питающее напряжение постоянного тока передается по тому же симметричному кабелю, по которому передается выходной аудиосигнал микрофона, т.е. он невидим. Фактически положительное напряжение 48 В приложено к обоим сигнальным проводам, а отрицательный провод питания подключен к экрану кабеля. Энергия, которая нужна конденсаторному микрофону для работы, поступает по обычному симметричному микрофонному кабелю. Чаще всего используются XLR и TRS разъемы.