Фантомное питание
Питание постоянного тока через микрофонные кабели

Конденсаторному микрофону требуется питание для создания постоянного поляризующего напряжения и питания внутреннего усилителя, необходимого для работы длинных кабелей.
Кнопка фантомного питания и индикатор

Фантомное питание , в контексте профессионального аудиооборудования , — это постоянное электрическое питание, одинаково подаваемое на оба сигнальных провода в сбалансированных микрофонных кабелях, образуя фантомную цепь , для работы микрофонов, содержащих активные электронные схемы. [1] Он наиболее известен как удобный источник питания для конденсаторных микрофонов , хотя многие активные директ-боксы также используют его. Эта технология также используется в других приложениях, где подача питания и передача сигнала осуществляются по одним и тем же проводам.

Фантомные источники 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.

История

Фантомное питание впервые было использовано для обычной телефонной связи на основе медных проводов с момента появления дискового телефона в 1919 году. Одним из таких применений в телефонной системе было обеспечение пути передачи сигналов постоянного тока вокруг подключенных через трансформатор усилителей, таких как системы передачи аналоговых линий.

Первым известным коммерчески доступным микрофоном с фантомным питанием была модель Schoeps CMT 20, выпущенная в 1964 году, созданная по спецификациям французского радио с фантомным питанием постоянного тока 9–12 В; положительный полюс этого 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» до тех пор, пока серия CMT не была прекращена в середине 1970-х годов, но сейчас он устарел.

В 1966 году компания Neumann GmbH представила новый тип транзисторного микрофона Норвежской вещательной корпорации NRK. Норвежское радио запросило работу с фантомным питанием. Поскольку в студиях NRK уже имелось 48-вольтовое питание для систем аварийного освещения, это напряжение использовалось для питания новых микрофонов (модель KM 84) и стало источником 48-вольтового фантомного питания. Позднее эта схема была стандартизирована в DIN 45596.

Стандарты

В документе «Мультимедийные системы — Руководство по рекомендуемым характеристикам аналоговых интерфейсов для достижения совместимости» (IEC 61938:2018) Комитета по стандартам Международной электротехнической комиссии указаны параметры подачи фантомного питания на микрофон. [2] В документе определены три варианта: P12, P24 и P48. Кроме того, для специализированных приложений упоминаются два дополнительных варианта (P12L и SP48). [3] [4] Большинство микрофонов теперь используют стандарт P48 (максимальная доступная мощность составляет 240 мВт). Хотя 12- и 48-вольтовые системы все еще используются, стандарт рекомендует 24-вольтовое питание для новых систем. [5]

Техническая информация

Один из методов подачи фантомного питания. Микрофон или другое устройство может получать питание постоянного тока от любой сигнальной линии до клеммы заземления, а два конденсатора блокируют появление этого постоянного тока на выходе. R1 и R2 должны быть 6,81 кОм для фантома "P48" 48 В. R3–6 и стабилитроны 1–4 намеренно ограничивают выходы до ±10 В, чтобы защитить последующую цепь от потенциально больших переходных процессов.
Внешний фантомный источник питания.

Фантомное питание состоит из фантомной цепи , где постоянный ток подается равномерно через две сигнальные линии сбалансированного аудиоразъема (в современном оборудовании, оба контакта 2 и 3 разъема XLR ). Напряжение питания привязано к заземляющему контакту разъема (контакт 1 разъема XLR), который обычно подключен 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 тип сбалансированного экранированного микрофонного кабеля, который студии уже использовали для динамических микрофонов, мог использоваться для конденсаторных микрофонов. Это контрастирует с микрофонами с ламповой схемой, большинство из которых требуют специальных многожильных кабелей. [a]

При фантомном питании напряжение питания фактически невидимо для сбалансированных микрофонов, которые его не используют, что включает в себя большинство динамических микрофонов. Сбалансированный сигнал состоит только из разности напряжений между двумя сигнальными линиями; фантомное питание помещает одинаковое постоянное напряжение на обе сигнальные линии сбалансированного соединения. Это резко контрастирует с другим, немного более ранним методом питания, известным как «параллельное питание» или «T-питание» (от немецкого термина Tonaderspeisung ), в котором постоянный ток накладывался непосредственно на сигнал в дифференциальном режиме. Подключение обычного микрофона к входу, на котором было включено параллельное питание, вполне могло повредить микрофон.

Стандарт IEC 61938 определяет фантомное питание 48 В, 24 В и 12 В. Сигнальные проводники положительные, оба питаются через резисторы одинакового значения (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% [6] или лучше, чтобы поддерживать хорошее подавление синфазного сигнала в схеме. 24-вольтовая версия фантомного питания, предложенная спустя несколько лет после версий 12 и 48 В, также была включена в стандарт DIN и находится в стандарте IEC, но она так и не была широко принята производителями оборудования.

Почти все современные микшерные пульты имеют переключатель для включения или выключения фантомного питания; в большинстве высококлассного оборудования это можно сделать индивидуально по каналам, в то время как на меньших микшерах один главный переключатель может управлять подачей питания на все каналы. Фантомное питание можно заблокировать в любом канале с помощью изолирующего трансформатора 1:1 или блокировочных конденсаторов. Фантомное питание может привести к неисправности оборудования или даже повреждению, если используется с кабелями или адаптерами, которые подключают одну сторону входа к земле, или если к нему подключено определенное оборудование, отличное от микрофонов.

Инструментальные усилители редко обеспечивают фантомное питание. Чтобы использовать оборудование, требующее его с этими усилителями, в линию необходимо вставить отдельный блок питания. Они легко доступны в продаже или, в качестве альтернативы, являются одним из самых простых проектов для конструктора-любителя электроники.

Предостережения

AKG C1000S, использует фантомное питание или батарею

Некоторые микрофоны предлагают выбор между питанием от внутренней батареи или (внешнего) фантомного питания. В некоторых таких микрофонах рекомендуется извлекать внутренние батареи при использовании фантомного питания, поскольку батареи могут подвергаться коррозии и утечке химикатов. Другие микрофоны специально разработаны для переключения на внутренние батареи в случае отказа внешнего источника питания.

Фантомное питание не всегда реализуется правильно или адекватно, даже в профессиональных предусилителях, микшерах и рекордерах. Отчасти это связано с тем, что конденсаторные микрофоны с фантомным питанием 48 В первого поколения (с конца 1960-х по середину 1970-х годов) имели простую схему и требовали лишь небольшого рабочего тока (обычно менее 1  мА на микрофон), поэтому схемы фантомного питания, обычно встраиваемые в рекордеры, микшеры и предусилители того времени, были разработаны с учетом того, что этого тока будет достаточно. Первоначальная спецификация фантомного питания DIN 45596 предусматривала максимум 2 мА. Эта практика сохранилась и по сей день; многие схемы фантомного питания 48 В, особенно в недорогом и портативном оборудовании, просто не могут обеспечить более 1 или 2 мА в общей сложности 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 работу слаботочных микрофонов, но может вывести из строя микрофоны, которым требуется больший ток.

Конденсаторные микрофоны середины 1970-х годов и позже, разработанные для фантомного питания 48 В, часто требуют гораздо большего тока (например, 2–4 мА для бестрансформаторных микрофонов Neumann, 4–5 мА для серии Schoeps CMC («Colette») и микрофонов 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 в качестве максимально допустимого тока на микрофон. Если требуемый ток недоступен, микрофон все равно может выдавать сигнал, но он не может обеспечить предполагаемый уровень производительности. Конкретные симптомы несколько различаются, но наиболее распространенным результатом будет снижение максимального уровня звукового давления, с которым микрофон может справиться без перегрузки ( искажения ). Некоторые микрофоны также будут показывать более низкую чувствительность (выходной уровень для заданного уровня звукового давления).

Большинство переключателей Ground Lift имеют нежелательный эффект отключения фантомного питания. Всегда должен быть путь постоянного тока между контактом 1 микрофона и отрицательной стороной 48-вольтового источника питания, чтобы питание достигало электроники микрофона. Поднятие заземления, которое обычно является контактом 1, разрывает этот путь и отключает фантомное питание.

Существует распространенное мнение, что подключение динамического или ленточного микрофона к входу с фантомным питанием приведет к его повреждению. Существует три возможности возникновения такого повреждения. Если в кабеле есть неисправность, фантомное питание может повредить некоторые микрофоны, прикладывая напряжение к выходу микрофона. [7] Повреждение оборудования также возможно, если вход с фантомным питанием подключен к несбалансированному динамическому микрофону [8] или электронным музыкальным инструментам. [9] Переходный процесс , возникающий при горячем подключении микрофона к входу с активным фантомным питанием, может повредить микрофон и, возможно, схему предусилителя входа [10], 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 для устройств, которым оно не требуется. [11] [12]

Цифровое фантомное питание

Цифровые микрофоны, соответствующие стандарту AES 42, могут быть снабжены фантомным питанием в 10 вольт, подаваемым как на аудиовыводы, так и на землю. Этот источник питания может обеспечивать до 250 мА для цифровых микрофонов. Ключевая вариация обычного разъема XLR , разъем XLD , может использоваться для предотвращения случайного перепутывания аналоговых и цифровых устройств. [13]

Другие методы питания микрофона

T-power, также известный как питание AB [14] или T12, описанный в DIN 45595, является альтернативой фантомному питанию, которое все еще широко используется в мире звукозаписи фильмов. Многие микшеры и рекордеры, предназначенные для этого рынка, имеют опцию T-power. [ требуется ссылка ] Этот метод считается устаревшим, поскольку к выходному аудиосигналу добавляется шум источника питания. [15] Многие старые микрофоны Sennheiser и Schoeps используют этот метод питания, хотя более новые рекордеры и микшеры постепенно отказываются от этой опции. Адаптерные цилиндры и специальные блоки питания сделаны для размещения микрофонов с питанием T. В этой схеме 12  вольт подается через  резисторы сопротивлением 180 Ом между «горячим» выводом микрофона (контакт XLR 2) и «холодным» выводом микрофона (контакт XLR 3). Это приводит к возникновению разности потенциалов в 12 В со значительной токовой нагрузкой на контактах 2 и 3, что, скорее всего, приведет к необратимому повреждению, если применить его к динамическому или ленточному микрофону.

Plug-in-power (PiP) — это слаботочное питание 3–5 В, подаваемое на разъем микрофона некоторого потребительского оборудования, такого как портативные диктофоны и звуковые карты компьютеров . Оно также определено в IEC 61938. [16] Оно отличается от фантомного питания, поскольку представляет собой несбалансированный интерфейс с низким напряжением (около +5  вольт), подключенным к сигнальному проводнику с возвратом через муфту; питание постоянного тока является общим с аудиосигналом от микрофона. Конденсатор используется для блокировки постоянного тока от последующих цепей аудиочастот. Оно часто используется для питания электретных микрофонов , которые не будут работать без питания. Оно подходит только для питания микрофонов, специально разработанных для использования с этим типом питания. Повреждение может возникнуть, если эти микрофоны подключены к настоящему (48 В) фантомному питанию через адаптер 3,5 мм - XLR, который соединяет экран XLR с муфтой 3,5 мм. [17] Питание через разъем регулируется японским стандартом CP-1203A:2007. [18]

Эти альтернативные схемы питания иногда ошибочно называют «фантомным питанием», и их не следует путать с настоящим фантомным питанием 48 В, описанным выше.

Некоторые конденсаторные микрофоны могут питаться от элемента питания напряжением 1,5 В, находящегося в небольшом отсеке в микрофоне или во внешнем корпусе.

Фантомное питание иногда используется работниками авионики для описания постоянного напряжения смещения, используемого для питания авиационных микрофонов, которые используют более низкое напряжение, чем профессиональные аудиомикрофоны. Фантомное питание, используемое в этом контексте, составляет 8–16  вольт постоянного тока последовательно с  резистором 470 Ом (номинал), как указано в стандарте RTCA Inc. DO-214. [19] Эти микрофоны произошли от угольных микрофонов, которые использовались в ранние дни авиации и телефона, которые полагались на постоянное напряжение смещения через угольный элемент микрофона.

Другие применения

Фантомное питание также используется не только в микрофонах:

Примечания

  1. ^ Существуют ламповые микрофоны с фантомным питанием, такие как Microtech Gefell UM900 и Audio-Technica AT3060.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Дэвид Майлз Хубер, Роберт Э. Рунштейн Современные методы записи , Focal Press, 2009 ISBN  0-240-81069-4 , страница 117
  2. ^ "IEC 61938:2018 | IEC Webstore". webstore.iec.ch . Получено 2016-04-19 .
  3. ^ "Батарейные источники фантомного питания". Prosoundtraining . 2012-09-07 . Получено 2018-03-17 .
  4. ^ Рэйберн, Рэй А. (2012-11-12). Eargle's The Microphone Book: From Mono to Stereo to Surround - A Guide to Microphone Design and Application. Taylor & Francis. ISBN 9781136118135.
  5. ^ Бюро индийских стандартов (2005-01-01). IS 15572: Аудио, видео и аудиовизуальные системы — Взаимосвязи и значения соответствия — Предпочтительные значения соответствия аналоговых сигналов. Этот индийский стандарт, который идентичен IEC 61938 (1996)... Хотя 12-вольтовые и 48-вольтовые системы все еще используются, 24-вольтовые системы предпочтительны для новых разработок.
  6. ^ "48 В фантомное питание для микрофонов".
  7. ^ "Может ли фантомное питание повредить ваши микрофоны?". 2012-05-24 . Получено 2013-06-05 . Подача фантомного питания на старый (до 1970 года) ленточный микрофон без изолирующего трансформатора при использовании плохого кабеля, у которого заземление (контакт 1) закорочено на контакт 2 или контакт 3 XLR. Это один из классических примеров, почему все говорят - не подавайте фантомное питание на ленточные микрофоны, но вероятность того, что произойдет этот "идеальный шторм", на самом деле не так уж велика.
  8. ^ Гэри Дэвис (1989). Справочник по звукоусилению. Hal Leonard Corporation. стр. 130. ISBN 9781617745454.
  9. ^ "В. Фантомное питание повредило эту клавиатуру?". Звук на Звуке . Январь 2013. Получено 2013-06-05 .
  10. ^ Бортони, Росальфонсо; Кирквуд, Уэйн (март 2010 г.). «Возвращение 48-вольтовой скрыто существующей угрозы». Журнал Audio Engineering Society . 58 (3). Audio Engineering Society : 197–213 .
  11. ^ "Ленточные микрофоны и фантомное питание". Royer . Получено 2013-06-05 .
  12. ^ Томлинсон Холман (2012-11-12). Звук для кино и телевидения. CRC Press. стр. 86. ISBN 9781136046094.
  13. ^ Фрэнсис Рамси; Джон Уоткинсон (2004). Справочник по цифровым интерфейсам, третье издание . Elsevier. стр. 204. ISBN 0-240-51909-4.
  14. ^ Майкл Талбот-Смит Звуковая помощь , Focal Press, 1999 ISBN 0-240-51572-2 , страницы 94,95 
  15. ^ "Сила Тонадера". www.soundonsound.com .
  16. ^ "IEC 61938:2013 | Интернет-магазин IEC".
  17. ^ http://www.microphone-data.com/media/filestore/articles/Powering%20mics-10.pdf Крис Вульф Powering Microphones , получено 28 апреля 2013 г.
  18. ^ "JEITA / Стандарты JEITA / Стандартизация технологий AV&IT / Интерфейс". www.jeita.or.jp . Получено 19 апреля 2016 г.
  19. ^ http://www.rtca.org/ RTCA DO-214
  • Микрофон Schoeps CMT 20 1964 года — первый в мире микрофон с фантомным питанием
  • Фантомное питание – сбалансированные линии, фантомное питание, заземление и другие таинственные тайны. Loud Technologies Inc, 2003
  • Питание микрофонов – сборник информации и схем для питания капсюлей электретных микрофонов.
  • Конструкция и работа микрофона – содержит альтернативные методы питания конденсаторных микрофонов, включая питание T-power/12T/AB/DIN 45595
  • Самодельный тестер – для проверки наличия фантомного питания и ограниченного тестирования проводки
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Phantom_power&oldid=1244056788"