Предусилитель для микрофона: критерии выбора, лучшие модели

Проблема

У большинства дешёвых микрофонов чувствительность по умолчанию недостаточна для того, чтобы вас отчётливо слышали. Приходится кричать, но на постоянной основе так делать нельзя, оранье — занятие утомительное и вредное.

Внимательно изучив вопрос, я пришёл к выводу, что в ситуации виноваты производители, чрезмерно упрощающие конструкцию устройства. Отдав свои кровно заработанные 100-500 рублей, покупатель по сути получает модуль (капсюль) электретного микрофона без какой-либо электронной «обвязки».

Электретный микрофон и стандартный штекер 3,5 мм jack. Такая конструкция не позволяет микрофону быть чувствительным, но записать звук можно

Всякие гибкие ножки, прищепки — это опциональная мишура. Формально такие микрофоны работают, но их чувствительность и качество записи невысоки (слышен шум). Ничто не мешает добавить в схему несколько электронных компонентов, улучшив способность микрофона улавливать тихие звуки.

Типичный представитель электретных микрофонов

Также я не рассматриваю вопрос покупки отдельной звуковой карты. Это уже было в статье «Как настроить микрофон, записать и обработать звук – инструкция для начинающих».

В динамические микрофоны уже встроен усилитель

Схемы усилителей довольно просты, поэтому умеющие пользоваться паяльником люди переделывают микрофоны и наслаждаются жизнью.

Электронщики успешно дорабатывают микрофоны (источник)

Кстати, даже в дешёвых петличках за 100 рублей ставят неплохие электретные модули. Например, у меня есть микрофончик-прищепка Genius десятилетней давности, работает шикарно. После доработки, разумеется.

Кроме низкой чувствительности, на записях можно услышать негромкое шипение. Его можно подавить фильтрами в аудиоредакторе, но когда помехи слишком сильны, очистка от шума исказит полезную часть записи и голос зазвучит глухо, словно из бочки.

Шум (в 99% случаев это помехи от электромагнитных полей) появляется на нескольких этапах доставки звука:

В электретном капсюле микрофона.
В микрофонном предусилителе, если он имеется.
При передаче сигнала по не экранированному от помех соединительному кабелю.
В усилителе звуковой карты.

Наиболее больное место — звуковая карта компьютера. Замена на более качественную и/или вынос за пределы корпуса компьютера может избавить от шума, но не у всех есть деньги на подобный апгрейд.

Чаще всего пользователь остаётся один на один с дешёвым микрофоном, воткнутом в фоняще-шипящую звуковую карту, распаянную на материнской плате компьютера. Можно попытаться сделать звук громче программно.

Классификация микрофонных предусилителей

Устройства классифицируются по нескольким признакам. 4 из них считаются основными.

По форм-фактору

По форм-фактору преампы делятся на:

встроенные – в виде схемы в составе микрофона или микшерного пульта;
внешние – самостоятельные приборы.

Предусилители могут быть как вмонтированными, так и отдельными устройствами.

По характеру влияния на сигнал

Различают 2 вида:

прозрачные;
окрашивающие.

Первые транслируют сигнал без примесей.

Вторые меняют звучание, делая его теплым, насыщенным и бархатистым.

По схеме

Применяют следующие виды схем:

ламповую;
транзисторную;
гибридную;
моделирующую.

Гибридная схема содержит компоненты 2 первых типов.

Моделирующая – построена на транзисторах, но включает в себя цифровой преобразователь. Он придает сигналу объемности и теплых оттенков, имитируя эффекты ламповой схемы.

По наличию трансформатора

Данный элемент тоже окрашивает аудиосигнал, придает ему насыщенности. У бестрансформаторных преампов звук чистый и плоский, особенно у транзисторных.

Фантомное питание и его предназначение

Именно оно дает жизнь и приводит в работу конденсаторный студийный микрофон, повторяющий рабочий алгоритм конденсатора. Первая обкладка конденсатора неподвижная, а вместо второй – подвижной – работает мембрана микрофона. Она смещается меньше или больше, а зависит это от источника акустического сигнала. Как мы помним еще со школьных времен – если у конденсатора есть заряд, то можно изменить его емкость, двигая мембрану. Меняя емкость, мы меняем напряжение, которое, по сути, и есть сигналом с микрофона. Но если мы хотим, чтобы эта схема работала – между обкладками должно быть поляризующее напряжение.

Для микрофонов такого типа подается напряжение в 48В, что на сегодняшний день принято считать за стандартное фантомное напряжение. Это питание подается по микрофонному кабелю. Откуда же оно появляется? Блок +48В встроен почти во все микшерные пульты. Очень часто фантомное питание идет одновременно по всем каналам, где есть возможность подключения микрофона, так как это снижает себестоимость микшерного пульта. Микрофонный преамп также является источником +48В. Эта функция есть на 99% всех микрофонных предусилителях.

Но вот, к сожалению, много бюджетных звуковых карт не поддерживают данную функцию. Поэтому, при покупке оборудования, уточняйте у продавца-консультанта наличие фантомного питания на звуковой карте. Ну и конечно, бывают независимые блоки, подающие фантомное питание.

Блок питания для микрофона.

Как использовать фантомное питание

Фантомное питание – это передача по проводу информационных сигналов и питания одновременно. В основном дистанционное питание используется в том случае, если нет возможности подключиться к питающей сети 220 В. В последнее время такая система все чаще применяется для питания охранного и телефонного оборудования. Блок фантомного питания также может с успехом использоваться для подключения микрофона, клавиатуры или электрогитары.

В зависимости от метода подачи питающего напряжения, существует две разновидности данной системы. В первом случае питающее напряжение подается по отдельно проложенному кабелю или неиспользуемым проводникам магистральных кабелей. Во втором случае оно направляется по магистральному кабелю вместе с сигналом сети Ethernet. При этом дополнительные проводники кабеля не используются.

Фантомное питание микрофона на 48 В подается по сигнальным проводникам. Конденсаторы в этом случае разграничивают цепи переменного и постоянного тока

Необходимо отметить, что к пользованию выключателем дистанционного питания нужно подходить со всей осторожностью, потому что в случае коммутирования микрофонного входа с несбалансированным источником сигнала неожиданное включение питания может спровоцировать поломку прибора (по той простой причине, что на него станет подаваться напряжение)

Конденсаторный микрофон.

Фантомное питание на сбалансированные источники негативного воздействия не оказывает. Если к нему подключаются клавиатура или электрогитара, то необходимо использовать распределительные устройства, задача которых заключается в понижении напряжения питания до отметки, требуемой подключаемым устройством. Также рекомендуется следить за тем, чтобы источник, к которому подключено фантомное питание, не питал другие, требующие большей силы тока, устройства.

Если рассматривать данное явление с технологической точки зрения, то фантомное питание является довольно удобным способом сэкономить медь, но только слишком часто на практике возникают различные неприятные ситуации. Нужно использовать фильтр-разделитель высокого качества, в противном случае в сигнальные цепи может попасть напряжение питания, а на вход приемника могут проникнуть помехи от импульсных схем питания или в фильтрах питания может затухнуть сигнал.

На первый взгляд, все может показаться довольно простым и понятным, но это отнюдь не так. Дело в том, что задача фильтра состоит не только в разделении постоянной и переменной составляющих. Поэтому он еще должен быть и широкополосным. Фильтр в широкой полосе частот не должен искажать форму сигналов. Чтобы приемлемая длина линка значительно не уменьшилась, он должен не приводить и к заметному затуханию.

Если рассматривать практическое применение дистанционного питания, то стоит отметить, что по кабелю П296 в обязательном порядке нужно применять два адаптера. То есть на каждом конце линка должно стоять по адаптеру. Они должны иметь раздельные входы питания и информационные входы.

Эксперименты подтверждают: если для кабеля UTP5 использовать адаптеры, то при использовании для передачи питания всех жил кабеля, дальность центральной запитки увеличится чуть ли не в два раза.

Корпус усилителя для микрофона

Теперь пару слов о корпусе. Для этих целей я использовал корпус от вэйпа. Он уже давно валялся у меня в шкафу и ждал своей участи. Он оказался просто идеальным вариантом, т.к. располагает отсеком для аккумулятора и имеет отверстия, которых мне будет достаточно для счастья.

Для начала я выкинул из него все что напоминает о его происхождении, а так же достал и прочистил контакты для аккумулятора. После этого на место кнопки был установлен выключатель от настольной лампы. Он идеально подошел по размеру, потребовалось только сделать пропил под фиксатор.

Для того чтобы минимизировать уровень шумов от предусилителя я решил экранировать корпус. Для этого в съемные стенки корпуса я вырезал кусочки медной фольги которые приклеил на двусторонний скотч. Впоследствии их я соединю с минусом аккумулятора.

Единственное, что меня смущало в этом корпусе, так это отверстие на передней панели. Но оно сыграло мне даже на руку. Из оргстекла я вырезал вставку, которую приклеил к крышке. Она не только закрывала имеющуюся дырка но так же была призвана демонстрировать синий светодиод намекающий на включенность устройства.

Чтобы как-то разнообразить вставку, а заодно усилить свечение я выгравировал на ней символичное изображение микрофона. Теперь, даже издалека и при ярком свете, я всегда смогу увидеть включен ли мой микрофон.

Ну а теперь остается продеть провода через отверстие и подпаять их к плате.

Фантомное питание для микрофона своими руками

Зачастую в конструкции звуковых технических устройств(например, усилители и предусилители) требуется включить в структурную схему блок фантомного питания. Он необходим для питания микрофона, и главными характеристиками его являются – фильтрация помех и стабильность. В основу для данного блока пойдёт схема умножителя, на диодах и конденсаторах. Для аудиоустройств подойдёт умножить на 4.

Как видно из схемы, умножитель питается от трансформатора Tr1. Затем конденсаторы C1-C4 и диоды VD1-VD4, образуют четырёх кратный умножитель. Нагрузкой умножителю служит RC фильтр(R1C5 и R2C6). После них был добавлен ещё один. Но уже активный фильтр LM317. Помимо функции фильтрации он выполняет и стабилизацию напряжения. После фильтра в цепь включён конденсатор C7 для предотвращения самовозбуждения цепи. Без данного элемента существует риск создания собственных шумов на выходе цепи.

Также следует ещё пару слов сказать об остальных элементах схемы.

R5 – резистор с переменным сопротивлением, который регулирует выходное напряжение. Он необходим для того, чтобы пользователь вручную смог выставить значения, при котором фон будет минимальным, а напряжение максимальным.

VD5 — стабилитрон, который защищает каскад усиления от перепада напряжения во время заряда C7 или во время неправильной регулировки R5. Этот элемент предохраняет схему от выхода из строя, если его обратное напряжение не более 35В.

Источник

Возможные проблемы

Даже при правильном подключении звук с микрофона на колонки может не выводиться.

Этому способствуют следующие причины:

Заводской брак. Проверяют работоспособность устройства на другом ПК или DVD. Если после подключения устройство не функционирует, оно неисправно.
Отсутствие драйверов. Для проверки загружают специальное программное обеспечение. Оно находит и обновляет драйверы аудиосистем.
Неправильное подключение. Каждый разъем имеет свое назначение. Иногда цвет бывает нестандартным (эту информацию можно посмотреть в инструкции).

Иногда воспроизводимый колонками голос слышен слабо. В таком случае повторно выполняют подключение и настройку.

Проблема

Типичный представитель электретных микрофонов

Здесь и дальше пойдёт речь об электретных микрофонах, как самых доступных на рынке. И, частично, конденсаторных. Не динамических!

В динамические микрофоны уже встроен усилитель

Шум (в 99% случаев это помехи от электромагнитных полей) появляется на нескольких этапах доставки звука:

В электретном капсюле микрофона.
В микрофонном предусилителе, если он имеется.
При передаче сигнала по не экранированному от помех соединительному кабелю.
В усилителе звуковой карты.

Достоинства и недостатки

Преимущества электретных микрофонов:

Низкая цена комплектующих и производства. Если сравнивать с другими моделями, то электретные дешевле на 20-30%.
Широкий спектр применения. Они устанавливаются в смартфоны, персональные компьютеры, гаджеты для прослушки.
Высокое качество звука. Устройства используют для измерения звука.
Возможность использовать разные типы подключения. Они поддерживают XLR, 3,5 мм и т.д.
Хорошая чувствительность и долговечность мембраны.
Устойчивость к повреждениям и воздействию воды.

Недостатки:

Необходимость установки усилителей.
Потребность в дополнительном источнике питания.

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

https://youtube.com/watch?v=mTQih8trSqg

Материалы по теме1. Datasheet Panasonic WM-034CY2. Texas Instruments INA1633. Datasheet Texas Instruments OPA2227

Инструменты и материалы

Для нормального монтажа на основе печатной платы, чтобы придать устройству основательность, качество сборки, потребуются следующие материалы.

(Стекло) текстолит или гетинакс – односторонне фольгированный. Покрытие – медное.
Припой, канифоль и паяльный флюс. Без работы паяльником не обойтись: монтаж на винтах с гайками трудоёмок и сложен, а на скрутках – ненадёжен, так как окисление медных проводов изменит рабочие параметры схемы в худшую сторону.
Радиодетали: резисторы, конденсаторы, низкочастотные и маломощные транзисторы, микрофон. В сумме они стоят копейки – для усиления микрофона потребуется всего один маломощный усилительный каскад на основе транзистора, работающего на низких частотах. Для стереомикрофонов требуется два одинаковых каскада (один каскад на одну головку).
Электромонтажные провода. У радиолюбителей популярностью пользуется кабель КСПВ или КСВВ с одной или двумя парами проводов – в качестве дорожек, если материал печатной платы не имеет токопроводящей фольгировки. В качестве подводящих ток и высокочастотный сигнал проводов – кабель типа ШВВП с сечением от 0,75 до нескольких квадратных миллиметров на каждый из проводов. Из многожильного медного тросика можно снимать отдельные «жилы» и использовать их в качестве сборных (токоведущих) проводников на нефольгированной плате.
Коаксиальный кабель любого сечения – без него микрофон выдаст на оконечный усилитель (или радиопередатчик) звуковой фон, портящий качество звукозаписи/звукопередачи.
Корпус – плоскоцилиндрический, конический с закруглением на широком конце. В качестве материала корпуса используются пластик, композит, алюминиевый сплав.
Разъём и штекер стандарта Audio 3,5 мм (Jack). ПК, ноутбуки и гаджеты могут потребовать и диаметр «джека» в 2,5 мм (некоторые модели мобильных телефонов, не относящиеся к типу смартфонов).

В компактной гарнитуре применяются именно электретные микрофоны. Студийный микрофон – исчезающая редкость. Если вы не работаете ди-джеем на радиостанции или продюсером в киностудии – вряд ли вам перепадёт студийный микрофон, в котором отказала электроника. Дорогие микрофоны, имеющие золотую мембрану, ремонтируются – сама головка стоит больше тысячи долларов.

Из инструментов нужны такие.

Резак – пригодится для прорезывания в фольгированном слое не проводящих ток канавок. Классический способ – реактивы для приготовления раствора хлорного железа, используемого для травления печатных плат.
Паяльник. Комплектуется подставкой – для удобства работы.
Мини-дрель. Можно изготовить на основе моторчика от игрушечной машинки, к валу которого при помощи трубочки из отслужившего свой ресурс стержня шариковой ручки присоединяется тонкое сверло диаметром до 1 мм. Такой самодельный бурав работает от 5 вольт, выдаваемых зарядным устройством смартфона.
Клеевой пистолет, в который заправлен тюбик с термоклеем.

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.

Блок фантомного питания 48V представлен в следующем видео.

21.06.15
11 503

Звук для музыкантов

В звуковой практике нередко приходится запитывать «личинку» конденсаторного микрофона от имеющегося фантомного напряжения в XLR-ном входе микшерского пульта. В интернете можно найти немало схем, да и ваш покорный слуга публиковал на эту тему статью в журнале «Радио» (№7, 2004 г.).На этот раз возникла необходимость подзвучить один из духовых инструментов — Ирландскую флейту. Чувствительность нужна была небольшая во избежание ограничительных искажений. Под рукой оказался немолодой микрофончик для «Скайпа», из которого был извлечен капсюль.

Выбор ОУ

Выбор ОУ в предусилитель для микрофона сильно зависит от источника питания. Если предполагается питание от 9 вольтовой кроны, то в таком случае подойдет большинство распространенных ОУ. Но мне с самого начала хотелось использовать литиевый аккумулятор формата 18650. Во-первых у них хорошая емкость, во вторых их легко заряжать при помощи готовых модулей.

Поэтому на роль ОУ в предусилителе был выбран AD8616. Отличные, недорогие и доступные сдвоенные ОУ. Но главное это то, что работают они в диапазоне напряжений питания от 2.5 до 5 Вольт, что просто идеально для литиевого аккумулятора и портатива в целом.

Единственным минусом может стать то, что они не выпускаются в dip корпусе. Но тут мне на помощь пришли переходники SO-8 в DIP8, которые я когда-то заказывал с АлиЭксперсс. Заказывал в этом магазине.