Применимые типы микрофонов...............................динамический/конденсаторный
Коэффициент усиления (регулируемый), дБ......... 12...52
Входное сопротивление, кОм.............................................. 1,77
Эквивалентный уровень входного шума (усиление 52 дБ, фильтр МЭК-А), дБВ... -125
Полный коэффициент гармонических искажений (усиление 12 дБ, частота 1 кГц, входное напряжение 500 мВ), %..................... 0,017
Полный коэффициент гармонических искажений (усиление 52 дБ, частота 1 кГц, входное напряжение 15 мВ), %..................... 0,008
Граничные частоты полосы пропускания (на уровне -3 дБ), кГц:
· Мин. усиление (12 дБ).........................0,015...220
· Макс, усиление (52 дБ)........................ 0,015...40
Напряжение фантомного питания (IEC1938), В.......... 48±2
Выходное сопротивление, Ом.................................................... 75
Сопротивление нагрузки, не менее, кОм................................5
Питающее напряжение 50/60 Гц, В......................................... 18
Потребляемый ток, мА, не более......................................... 70
Размеры корпуса, мм.......... 122x46x90
Одним из основных параметров МПУ является эквивалентный уровень входного шума — EIN. Для сравнения были измерены значения этого параметра для каждого из четырёх каналов микрофонного интерфейса TASCAM US-600.
Среднее значение параметра оказалось на 5 дБ выше, чем у предлагаемого устройства. Поэтому именно этот МПУ используется в ООО "САУНД" с 2012 г. для измерения параметров студийных микрофонов [7] в безэховой камере.
Принципиальная схема МПУ приведена на рис. 1. Устройство содержит два микрофонных канала и узел питания с выходами напряжения фантомного питания +48 В и напряжений +/-12 В для питания операционных усилителей.
Рассмотрим построение канала для левого микрофона (верхнего по схеме); канал для правого микрофона устроен аналогично. Входной сигнал от микрофона с контактов 3 и 2 разъёма XLR через контакты 1 и 2 соединителя ХР1 и разделительные конденсаторы С1, С2 поступает на входы дифференциального усилителя, выполненного на одном из операционных усилителей (ОУ) микросхемы DA1. Микросхема DA1 содержит два малошумящих ОУ, выполненных по биполярной технологии. Спектральная плотность шума на частоте 1 кГц не превышает 1,5 нВ/SГц [8].
Через резисторы R1, R2 на контакты микрофона поступает напряжение +48 В фантомного питания. Диодные сборки VD1, VD2 являются ограничителями и защищают операционный усилитель от превышения напряжения. Резисторы R3—R6 обеспечивают одинаковые коэффициенты усиления (Кт = 6,17) и одинаковые входные сопротивления (RBX = 2,43 кОм) по обоим входам дифференциального усилителя. Конденсатор СЗ обеспечивает устойчивость дифференциального усилителя на ультразвуковых частотах.
Микросхема DA1 применена в корпусе DMP-8, для которого напряжение питания не должно превышать +/-7 В [8].
Так как питание ОУ устройства осуществляется от источника +/-12 В, для снижения напряжения питания микросхемы DA1 использованы резисторы R8, R9, которые с конденсаторами C4, С5 образуют дополнительные фильтры по цепи питания.
Усиленный микросхемой DA1 сигнал поступает на второй каскад усиления, выполненный на ОУ DA2 по схеме инвертирующего усилителя. Коэффициент усиления изменяется резистором R11 в пределах К2 = 0,65...65; таким образом, результирующий коэффициент усиления составляет 4...400 (12...52 дБ).
Конденсатор С6 ограничивает сверху полосу усиливаемых сигналов и тем самым уменьшает напряжение шумов, конденсаторы С7, С9 — блокировочные по цепи питания DA2. С вывода 7 микросхемы DA2 сигнал поступает на контакт 1 розетки XS1 (соединитель RCA) через цепь R13, С8, R14.
Узел питания формирует три напряжения: +/-12 В и +48 В из переменного напряжения 18 В частотой 50 Гц, поступающего через контакты 1, 2 разъёма ХР2 с внешнего адаптера сетевого питания (с понижающим трансформатором 230/18 В). Вынесение высоковольтного источника переменного напряжения с целью уменьшения наводок часто используется даже в весьма дорогих и престижных моделях многоканальных МПУ, например Focusrite Platinum OctoPre.
Напряжение фантомного питания +48 В формируется с помощью умножителя, выполненного на диоде VD5, диодной сборке VD6 и конденсаторах С15—С19, а также параметрического стабилизатора напряжения на элементах R29, R30, VD7 и транзисторе VT1.
Резистор R27 ограничивает ток через диоды VD6, резистор R28 служит для разрядки вышеупомянутых конденсаторов после выключения устройства. Конденсаторы С20, С21 уменьшают пульсации напряжения фантомного питания до приемлемого значения.
Напряжения +/-12 В формируются с помощью однополупериодных выпрямителей на диодной сборке VD8 и конденсаторов С22, С23, а также стабилизаторов напряжений на микросхемах DA3, DA4. Светодиод HL1 выполняет функцию индикатора включения МПУ.
Конструкция и детали. МПУ собран на печатной плате, изготовленной из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, размерами 100x87 мм.
На рис. 2, рис. 3 показаны чертежи печатной платы МПУ и расположение элементов монтажа и электростатического экрана.
Уровень сетевых наводок зависит от разводки общего проводника платы, поэтому изменять заданную конфигурацию печатных проводников нельзя. Площадки а и б печатной платы нужно соединить изолированным медным проводом сечением не менее 1 мм2.
Переменные резисторы R11, R23 и разъём XS1 впаивают выводами в печатную плату, которую затем закрепляют на передней панели размерами 122x46 мм (рис. 4) с помощью гаек переменных резисторов. На задней панели таких же размеров установлены два микрофонных гнезда XLR, разъём ХР2 для подачи переменного напряжения 18 В и выключатель SA1 МПУ.
Передняя и задняя панели соединены вместе с помощью двух дюралюминиевых крышек (верхней и нижней) и восьми винтов М3, ввёрнутых в торцы этих крышек. На рис. 5—рис. 8 приведены фото внешнего и внутреннего видов, поясняющие конструкцию предусилителя в сборе.
Проводники от контактов 1—3 микрофонных разъёмов XLR (не показанных на принципиальной схеме) левого и правого каналов припаивают к пятиконтактной розетке, соединяемой с разъёмом ХР1 на печатной плате. Для минимизации внешних наводок корпус нужно соединить с общим проводом МПУ.
В конструкции использованы элементы для поверхностного монтажа типоразмера 0805. Конденсаторы С1, С2, С10, С11 — плёночные полипропиленовые, так как в качестве входных конденсаторов МПУ не рекомендуется применять конденсаторы с оксидным и керамическим диэлектриком. Оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные, блокировочные конденсаторы — керамические для поверхностного монтажа.
Некоторые трудности может представить приобретение прецизионных (±1 %) резисторов R1—R7, R15—R21.
Такие точные резисторы можно составить из двух сложенных и спаянных вместе резисторов (с номиналами из ряда Е24) для поверхностного монтажа. Обозначим значение точного номинала резистора через RT, а через R — имеющийся номинал ближайшего, но большего значения, и через Rn — подключаемый параллельно для корректировки сопротивления. Значение параллельно подключаемого (корректирующего) резистора рассчитывают по формуле Rn = RT/(1 -RT/R).
Для примера рассмотрим получение сопротивления резистора с точным номиналом RT = 7,87 кОм. Выбираем ближайший имеющийся номинал с допуском ±5 %, например, R = 8,2 кОм. По формуле рассчитываем номинал параллельного (корректирующего) резистора Rn = 7,87/(1 -7,87/8,2) = 195,6 кОм.
Выбираем ближайший номинал 200 кОм резистора с допуском ±5 %.
Параллельное соединение резисторов сопротивлением 8,2 кОм и 200 кОм даёт значение 7,877 кОм, что отличается от требуемого 7,87 кОм всего на 0,09 %.
Микросхема RC4558 может быть заменена её аналогом RM4558 в корпусе SOIC, а транзистор VT1 — составным транзистором с предельным напряжением UКБmах не менее 80 В.
Налаживание МПУ. Устройство, собранное из исправных элементов, как правило, работает без налаживания.
Тем не менее первые включения нужно производить без подключения микрофонов. Испытания следует начать с узла питания.
Для оценки правильности сборки и работы этого узла можно сравнить значения постоянных напряжений и напряжений пульсаций, приведённые в таблице; они измерены в различных точках узла при напряжении 18,8 В от трансформатора адаптера питания. Напряжения постоянного и переменного тока измерены соответственно цифровыми мультиметром ВР-11 и милливольтметром B3-38B.
Числовые значения напряжений, приведённые в таблице, измерены при двух подключённых студийных конденсаторных микрофонах с фантомным питанием. Поэтому, если измерения при первом включении показали соответствие постоянных напряжений табличным значениям (с возможным отклонением не более ±5 %), измерение пульсаций следует повторить уже при подключённых конденсаторных микрофонах.
Далее следует измерить постоянные напряжения на всех выходах ОУ. При безошибочном монтаже и исправных элементах эти напряжения должны быть около нуля (не более двух-трёх десятков милливольт).
Затем генератор 3Ч нужно подключить через неполярный конденсатор 4,7 мкФ на 63 В к контактам 1, 3 разъёма ХР1 и установить частоту 1000 Гц и напряжение 15 мВ. К контактам 1, 2 разъёма XS1 подключают милливольтметр и электронный осциллограф и измеряют коэффициенты усиления левого канала при максимальном и минимальном сопротивлении резистора R11, которые должны быть 400 и 4 соответственно.
Измерения повторяют при подключении звукового генератора к контактам 2, 3 разъёма ХР1. Результаты должны совпадать с предыдущими с погрешностью до ±1 %. Увеличивая напряжение генератора 3Ч, измеряют размах выходного напряжения канала, при котором начинается ограничение сигнала. Размах должен быть не менее 20 В.
Аналогичные измерения повторяют для правого канала МПУ, используя контакты 4, 3 (5, 3) разъёма ХР1 и контакты 3, 2 разъёма XS1. При желании можно измерить АЧХ каналов МПУ и коэффициент гармонических искажений на частоте 1000 Гц. Следует заметить, что при минимальном коэффициенте усиления любого из каналов напряжение на его входе не должно превышать 500 мВ ввиду ограниченного напряжения питания ОУ DA1.
Изготовленную и настроенную плату МПУ следует тщательно промыть спиртобензиновой смесью как со стороны корпусных деталей, так и со стороны элементов поверхностного монтажа.
Плату устанавливают в корпус, соединив проводами разъём ХР1 с микрофонными разъёмами XLR, имеющими обозначения на корпусе MIC1 IN, MIC2 IN. В целях безопасности и минимизации сетевых наводок МПУ следует, по возможности, подключить к заземлению.
Окончательную проверку изготовленного МПУ проводят в процессе звукозаписи сигналов двух студийных микрофонов с фантомным питанием по стандарту Р48 с использованием ПК.
Оценивают субъективное качество звукозаписи, удобство работы, достаточность ручной регулировки коэффициентов усиления и уровень сетевых наводок и шумов.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ16123—88. Микрофоны. Методы измерений электроакустических параметров.
2. IEC 268-15/DIN45596: 1981-08. Sound system equipment. Part 15. Preferred matching values for the interconnection of sound system components.
3. IEC 61938: 2013-06-27. Multimedia systems — Guide to the recommended characteristics of analogue interfaces to achieve interoperability.
4. Филатов К. В., Филатов А. К. Частотные характеристики чувствительности популярных микрофонов конца XX века. — Таганрог, ТРТУ, 2003. (Деп. в ВИНИТИ № 1334- В2003).
5. Chris Woolf. Powering Microphones. Microphone Data. LTD. 2010.
6. ГОСТ 23849—79. Аппаратура радио электронная бытовая. Методы электрических низкочастотных измерений.
7. Капсюли микрофонные конденсаторные измерительные М-101, МК-265, МК-233. — URL: http:www.izmeri.ru/10.html (18.04.17).
8. NJM2122M Datasheet. - URL: www. all-datasheet.com/datasheet-pdf/7268/NJRC/NJM2122M.html (18 04 17).