Двухканальный предусилитель для микрофонов с фантомным питанием

В статье предложена конструкция двухканального микрофон­ного предусилителя, предназначенного для двух конденсатор­ных микрофонов, которые работают с источником напряжения поляризации. Устройство выполнено на малошумящих микро­ схемах в отдельном небольшом корпусе с выносным блоком питания.

Микрофоны широко используются для записи речи, музыки, различ­ных шумов и звуковых эффектов, а также акустических измерений в люби­тельской практике. В настоящее время в основном применимы два типа мик­рофонов: электродинамические и элек­тростатические (конденсаторные), как с внешней поляризацией, так и элек­третные.

Микрофоны характеризуются боль­шим числом электроакустических пара­метров, основными из которых являют­ся чувствительность и её зависимость как от частоты (частотная характери­стика чувствительности — ЧХЧ), так и от угла падения звуковой волны (характеристика направленности — ХН) [1].

Важное значение, особенно для цифро­вых систем звукопередачи, имеют динамический диапазон микрофона и полный коэффициент гармонических искажений. Методы и условия измере­ния параметров и характеристик мик­рофонов изложены в отечественных стандартах и международных докумен­тах [1—3].

Чувствительность электродина­мических и конденсаторных микрофо­нов различается более чем на поря­док. Так, чувствительность электроди­намических микрофонов составляет 1...2м В/Па, а конденсаторных — 10...50 мВ/Па [4]. Звуковому давлению в 1 Па (1 Н/м²) соответствует уровень звукового давления 94 дБ. Это относи­тельно большое значение: например, громкое пение на расстоянии 1 м оце­нивается уровнем 88 дБ, что соответст­вует звуковому давлению 0,5 Па. Даже для громкого пения выходное напряже­ние обычного динамического микрофо­на не превышает 1 мВ, а для конденсаторного — 5...25 мВ (в зависимости от размера мембраны).

Ввиду малого уровня сигналов отно­шение сигнал/помеха недостаточно велико для непосредственного под­ключения микрофона к цифровому рекордеру или персональному компью­теру (ПК) при записи. Помехи обуслов­лены как наводками с частотой сети и её гармониками, так и цифровым шу­мом в цифровых устройствах обработ­ки и звукозаписи сигналов.

В профессиональной звукотехнике для решения этой проблемы использу­ют микрофонные предусилители (МПУ), увеличивающие сигналы микрофонов до единиц вольт и даже более. Сущест­вует много МПУ различных типов и моделей, выпускаемых известными фирмами. Также широко используют микшерные пульты с встроенными мик­рофонными усилителями и многока­нальные компьютерные интерфейсы, которые обеспечивают необходимое усиление сигналов микрофонов, их обработку и преобразование в цифро­вую форму.

Для рядового пользователя про­является основной недостаток таких устройств — их высокая стоимость, доходящая до нескольких десятков тысяч рублей. Чтобы начать работать со звуком, близким по качеству профес­сиональным записям, достаточно всего двух микрофонов с хорошими парамет­рами и двухканального аналогового МПУ, который можно подключить к ана­логовым входам звуковой карты ПК.

Современные звуковые карты ПК обес­печивают с линейных входов весьма высокие параметры цифрового пре­образования: частоты дискретизации 44,1 /48/96/192 кГц и число разрядов — 16/20/24. Вопросы же о студии и техно­логии записи — это тема другой статьи.

Существует ещё одна проблема, связанная с питанием профессиональ­ных конденсаторных микрофонов, — им необходимо фантомное питание напря­жением +48 В, которое подаётся по двум сигнальным проводам балансного выхода микрофона, так называемый стандарт Р48 [2, 3, 5]. В соответствии с этим стандартом напряжение +48 В от источника питания, расположенного в микрофонном предусилителе, поступа­ет через резисторы 6,81 кОм на контак­ты 2 и 3 микрофонного разъёма XLR. Внутри МПУ находится дифференци­альный усилитель, на который подают­ся сигналы с контактов 2 и 3. Внешние наводки, как правило, являются син­фазными и поэтому в значительной степени подавляются (вычитаются) в этом каскаде.

Для успешной работы балансной схемы она должна быть симметричной: выходные сопротивления микрофона относительно контактов 2 и 3 его разъ­ёма должны быть одинаковы с высокой точностью (разброс не более +1 %). Это же относится к входным сопротивле­ниям микрофонного усилителя. Кроме того, пульсации фантомного напряже­ния питания не должны превышать 0,0001 % (48 мкВ)!

В статье представлен проект двухка­нального МПУ, удовлетворяющего вы­шеуказанным требованиям, а также простого в технической реализации.

Предлагаемый усилитель имеет следу­ющие особенности:

• два канала усиления с независи­мой регулировкой коэффициентов уси­ления;

• симметричные микрофонные вхо­ды с разъёмами XLR, несимметричные выходы с разъёмами RCA;

• внешний блок сетевого питания, уменьшающий влияние наводок;

• светодиодная индикация включе­ния МПУ и подачи фантомного питания;

• сверхмалошумящая интегральная микросхема на входе, обеспечивающая широкий динамический диапазон и малые искажения;

• полипропиленовые конденсаторы на входе МПУ, сохраняющие чистоту и натуральность звука;

• малые размеры и масса конструк­ции.

Многоканальные МПУ, используемые в профессиональной сфере, часто имеют в каждом микрофонном канале переключатель фазы сигнала (0/180°), фильтр верхних частот (иногда с регули­руемой частотой среза 40... 150 Гц), компрессор (экспандер), а также изме­рители уровня сигналов микрофонов.

Предлагаемый усилитель предна­значен для совместной работы с ПК и звуковым редактором, в котором легко реализуются эти дополнительные функ­ции в процессе записи и обработки фонограмм.

Основные параметры макета МПУ, измеренные в соответствии с [6], пере­числены ниже. При измерении пара­метров использованы измерительный генератор ГЗ-118, цифровой милли­вольтметр B3-38B и анализатор спек­тра звукового редактора Adobe Audition.