Микрофонный усилитель на оу. Микрофонный усилитель на операционном усилителе: схема, сборка, применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как собрать простой и эффективный микрофонный усилитель на операционном усилителе. Какие компоненты использовать для качественного усиления сигнала микрофона. Где применяется такой усилитель в домашней звукозаписи.

Содержание

Принцип работы микрофонного усилителя на операционном усилителе

Микрофонный усилитель на операционном усилителе (ОУ) предназначен для усиления слабого сигнала с микрофона до линейного уровня. Основные функции такого усилителя:

Усиление сигнала микрофона в 100-1000 раз
Согласование высокого выходного сопротивления микрофона с низким входным сопротивлением следующего каскада
Обеспечение необходимого напряжения питания для электретного микрофона
Фильтрация помех и шумов

Операционный усилитель позволяет реализовать все эти функции в компактной схеме с минимумом компонентов. Рассмотрим типовую схему микрофонного усилителя на ОУ.

Схема микрофонного усилителя на операционном усилителе LM358

Простая и эффективная схема микрофонного усилителя может быть реализована на распространенной микросхеме LM358, содержащей два операционных усилителя:

«`

R1 = 4.7k, R2 = 100k, C1 = 10uF, C2 = 100nF «`

Основные компоненты схемы:

Операционный усилитель LM358
Резисторы R1 (4.7 кОм) и R2 (100 кОм) для задания коэффициента усиления
Конденсаторы C1 (10 мкФ) и C2 (100 нФ) для фильтрации
Электретный микрофон

Коэффициент усиления данной схемы составляет примерно 20, что достаточно для большинства применений. При необходимости его можно увеличить, изменив номиналы резисторов.

Выбор компонентов для качественного микрофонного усилителя

Для достижения наилучшего качества звука следует учитывать следующие рекомендации по выбору компонентов:

Операционный усилитель

Рекомендуется использовать малошумящие прецизионные ОУ, например:

OPA2134 — аудиофильский ОУ с очень низкими искажениями
NE5532 — проверенный временем ОУ для аудиоприменений
AD8599 — современный малошумящий ОУ

Резисторы

Следует применять прецизионные резисторы с низким температурным коэффициентом сопротивления, например металлопленочные резисторы.

Конденсаторы

В сигнальных цепях рекомендуется использовать пленочные или керамические конденсаторы. Для фильтрации питания подойдут качественные электролитические конденсаторы.

Сборка и настройка микрофонного усилителя

Процесс сборки микрофонного усилителя на операционном усилителе включает следующие этапы:

Изготовление печатной платы по разработанной схеме
Монтаж компонентов на плату
Подключение входных и выходных разъемов
Монтаж схемы в корпус
Настройка коэффициента усиления

Настройка усилителя обычно сводится к подбору оптимального коэффициента усиления под конкретный микрофон. Это делается путем изменения сопротивления резистора обратной связи R2.

Применение микрофонного усилителя в домашней звукозаписи

Микрофонный усилитель на операционном усилителе находит широкое применение в домашних студиях звукозаписи:

Запись вокала и акустических инструментов
Озвучивание подкастов и видеоблогов
Создание аудиокниг
Запись звука при видеосъемке
Измерения акустических параметров помещений

Качественный микрофонный усилитель позволяет получить чистый сигнал с микрофона без искажений и шумов, что критически важно для профессионального звучания записи.

Сравнение с готовыми решениями

Самостоятельно собранный микрофонный усилитель на ОУ имеет ряд преимуществ по сравнению с готовыми устройствами:

Низкая стоимость — экономия может составить 5-10 раз по сравнению с брендовыми моделями
Возможность точной настройки под конкретный микрофон
Отсутствие избыточной функциональности
Прозрачность схемотехники — понимание работы каждого элемента
Возможность модернизации и доработки схемы

При этом по качеству звучания правильно собранный усилитель на качественном ОУ не будет уступать многим готовым решениям.

Типичные ошибки при сборке микрофонного усилителя

При самостоятельной сборке микрофонного усилителя следует избегать следующих распространенных ошибок:

Использование некачественных компонентов, особенно операционного усилителя
Неправильная разводка печатной платы, приводящая к наводкам
Отсутствие экранирования чувствительных цепей
Неверный выбор номиналов резисторов, задающих усиление
Использование электролитических конденсаторов в сигнальном тракте

Избежать этих ошибок поможет внимательное изучение схемотехники и следование рекомендациям опытных разработчиков.

Перспективы развития микрофонных усилителей

Современные тенденции в развитии микрофонных усилителей включают:

Применение специализированных аудио ОУ с ультранизкими шумами
Использование дискретных каскадов на транзисторах для получения «лампового» звучания
Интеграция АЦП для прямого подключения к компьютеру по USB
Реализация цифрового управления параметрами усиления
Миниатюризация схем для применения в портативных устройствах

Однако классическая схема на операционном усилителе по-прежнему остается оптимальным выбором для большинства любительских применений благодаря простоте и надежности.

Микрофонный усилитель на lm358 схема

Данный микрофонный усилитель примечателен тем, что потребляет мало тока. Общее потребление равно 0,7мА из них вся схема требует 0,33мА, а электретный микрофон порядка 0,37мА. Такой результат удалось получить вследствие использования интегральной микросхемы, которая может функционировать в режиме микротока. Резистор R7 осуществляет ограничение тока потребления. Транзистор VT2 играет роль активного детектора, а транзистор VT1 применен как сопротивление, величина которого изменяется приложенным к нему напряжением.

Поиск данных по Вашему запросу:

Микрофонный усилитель на lm358 схема

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Микрофонный усилитель с симметричным входом.

Простой микрофонный усилитель на LM358

Микрофонный усилитель на микросхеме для электретного микрофона

Схема микрофонного усилителя на ОУ для своей домашней студии звукозаписи

Схема микрофонного предусилителя с микшером (КР140УД608)

Схема микрофонного усилителя на микросхеме К140УД6

Схема усилителя для микрофона на микросхеме

Микрофонный усилитель с симметричным входом.

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: микрофонный усилитель на оу(4558)

Микрофонный усилитель с симметричным входом.

Схема этого эффективного микрофонного усилителя с симметричным входом, разработанного в Японии, позволяет усилить сигнал, поступающий с микрофона, а так же подавить наводки от питающей сети и другие помехи. Обычно для реализации симметричного входа применяют специальные трансформаторы. Недостаток такого подхода заключается в том, что для обеспечения широкой полосы пропускания микрофонного усилителя эти симметрирующие трансформаторы должны иметь относительно большую индуктивность, а следовательно, и габариты.

К тому же возникает проблема защиты трансформаторов от внешних магнитных полей, так что конструкция получится довольно громоздкой. Применение современных малошумящих операционных усилителей позволяет обойтись без симметрирующих трансформаторов, что приводит к существенному упрощению схемы и улучшению её параметров см.

Схема микрофонного усилителя основана на двух каскадах последовательно соединённых дифференциальных усилителей, выполненных на двух микросхемах NEAN DA1 и DA2. Первый каскад выполнен на операционных усилителях DA1. Схема имеет два выхода — симметричный Выход 1 , на который подаётся сигнал с первого каскада дифференциального усилителя через конденсаторы С5 и С7, и несимметричный выход Выход 2 , на который подаётся сигнал с выхода второго дифференциального каскада.

Входное сопротивление микрофонного усилителя определяется величинами резисторов R3, R4 и составляет примерно 10 кОм. Современные операционные усилители способны подавлять синфазный сигнал на своих входах более чем в раз, поэтому качество работы схемы будет зависеть от точности подбора пар резисторов R3 и R4, R8 и R10, R11 и R12, R13 и R14, и при высокой точности подбора этих пар качество подавления наводок от помех будет лучше, чем при использовании в схеме симметрирующих трансформаторов из-за неизбежного технологического разброса параметров обмоток последних.

Микрофонный усилитель с симметричным входом.

Простой микрофонный усилитель на LM358

Для тестирования акустики необходим микрофон, а к нему — предварительный усилитель. Ну так вот он. Причем этот усилитель достаточно хорош и для звукозаписи. Конструкция получилась довольно простой — это «конструкция выходного дня».

Малошумящий микрофонный усилитель с симметричным входом на ОУ NE На рисунке показана схема микрофонного усилителя, позволяющая.

Микрофонный усилитель на микросхеме для электретного микрофона

Войти на сайт Логин:. Сделать стартовой Добавить в закладки. Мы рады приветствовать Вас на нашем сайте! Мы уверены, что у нас Вы найдете много полезной информации для себя, читайте, скачивайте, все абсолютно бесплатно и без паролей. Периодически материал сайта пополняется, поэтому добавьте Komitart в закладки или подпишитесь на новостную рассылку RSS, так будет проще узнавать о публикуемых новинках. Друзья сайта. Купить паяльник.

Схема микрофонного усилителя на ОУ для своей домашней студии звукозаписи

На основе ОУ LM можно собрать простой микрофонный усилитель. Микросхема LM в одном корпусе содержит два независимых маломощных операционных усилителя с высоким коэффициентом усиления и частотной компенсацией. Отличается низким потреблением тока. Особенность данного усилителя — возможность работать в схемах с одно полярным питанием от 3 до 32 вольт. Выход имеет защиту от короткого замыкания.

В этой статье описано, как, с применением операционного усилителя, самостоятельно изготовить простой усилитель сигнала электретного микрофона и подключить его к компьютеру. Зачем это нужно?

Схема микрофонного предусилителя с микшером (КР140УД608)

Войти Регистрация. Логин: Пароль Забыли? Популярные ICO. Обзор ICO Agrotechfarm: цели, преимущества, токены. Обзор ICO fatcats. Универсальный коммутатор для ноутбуков от Baseus — обзор фото.

Схема микрофонного усилителя на микросхеме К140УД6

Правила Расширенный поиск. Случайно завалялось пару часов свободного времени, и я решил потратить их с толком, а именно изготовить усилитель микрофона для FPV полётов, — надоело летать в тишине. На этом и остановился — нашел пару схем усилителей на Операционных Усилителях. Начал копаться в своем электронном «разборе», и как назло — ни одного операционника Но, заглянув в закрома новых запчастей, — о чудо! Вооружившись феном — выпаял из старой магнитолы разом все чип-резисторы и конденсаторы. За основу взял вот эту схему.

Хочу сделать простой микрофонный усилитель с АРУ для того, что бы я хочу применить другой ОУ в этой схеме, например LM

Схема усилителя для микрофона на микросхеме

Микрофонный усилитель на lm358 схема

Микрофонный усилитель с симметричным входом.

К тому же возникает проблема защиты трансформаторов от внешних магнитных полей, так что конструкция получится довольно громоздкой.

Для усиления сигнала от микрофона необходим усилитель, обладающий большим коэффициентом усиления, низким уровнем шумов, хорошим подавлением пульсаций питающего напряжения. Всем этим требованиям удовлетворяет операционный усилитель ОУ.

Предложенная схема предназначена для конденсаторного микрофона. Ус-во питается от источника питания 9В крона , сама схема может быть встроена в корпус микрофона, а громкоговоритель должен быть внешним. Схема проста в изготовлении, в настройке не нуждается. Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться. Ваш IP: Простой микрофонный усилитель. Звукотехника разное

ОУ включен по схеме инвертирующего усилителя. Ниже показана схема микрофонного усилителя с симметричным входом. При использовании симметричного входа улучшается помехозащищенность. Микрофонный усилитель имеет следующие параметры:.

Микрофонный усилитель — AudioKiller’s site

На самом деле это «конструкция выходного дня», сделанная на скорую руку. Но сделанная хорошо.

Для тестирования акустики необходим микрофон, а к нему — предварительный усилитель. Ну так вот он. Причем этот усилитель достаточно хорош и для звукозаписи. Конструкция получилась довольно простой — это «конструкция выходного дня». Сделана за одно воскресенье из того, что наскреб по сусекам. Качество очень приличное и свои функции он выполняет просто на «отлично», а цена настолько смешная…

Вот как он выглядит:

Микрофон вставлен в металлический корпус от миниджека — и прочно, и дополнительный экран, и красиво. Схема усилителя несмотря на простоту имеет очень хорошие параметры:

Верхняя часть — блок питания. Варистор защищает от бросков напряжения, фильтр — от высокочастотных помех. Выпрямитель однополупериодный — ведь потребляемый усилителем ток очень мал. Подробнее про такой блок питания, его работу и изготовление можно почитать здесь: Маломощный блок питания. Красный светодиод LED1 служит индикатором включения в сеть. Он подключен к «минусу», чтобу создавать более равномерную нагрузку на блок — ведь к «плюсу» подключен зеленый светодиод LED2.

Сам усилитель — внизу. Схема его изменилась совсем чуть-чуть. Причин изменения было две:

При большой громкости происходило ограничение (клиппинг) сигнала усилителем. Для борьбы с ним перенес потенциометр Р1 с выхода ОУ ОР2 на его вход.
В усилителе использовались керамические конденсаторы большой емкости, которые существенно нелинейны (см. Сравнение неэлектролитических конденсаторов для усилителей). А я планировал измерять искажения динамиков, поэтому, хоть влияние конденсаторов было мало, я его полностью исключил — поменял их на электролиты.

Итак, по схеме. Зеленый светодиод LED2 выполняет роль стабилитрона на напряжение примерно 2 вольта для питания встроенного в микрофон усилителя (просто подобрал из тех, что былы под рукой такой светодиод, чтобы при токе 4-5 мА напряжение было близко к 2 В). Конденсаторы C6 и С7 устраняют возможный шум, а резистор R5 является нагрузкой встроенного в микрофон транзистора. Дальше идет двухкаскадный усилитель на ОУ в инвертирующем включении. В усилителе использовал старые советские операционники КР544УД1, поэтому для получения большого усиления в широком диапазоне частот пришлось поставить их 2 штуки — они сравнительно низкочастотные. Кроме того, от такого включения есть польза: регулятор уровня включен между двумя каскадами — это самое лучшее для него место: если ставить его на вход, то ослябляя и без того слабый сигнал, он ухудшает отношение сигнал/шум; если ставить на выход (как было изначально) — при сильном сигнале второй усилитель начинает ограничивать. Я специально сделал коэффициент усиления намного больше, чем нужно — для того, чтобы без проблем «слышать» тихие сигналы, или ставить микрофон в точку прослушивания далеко от колонок (и при этом не делать их громкость большой, чтобы не беспокоить окружающих). Но, поскольку есть регулятор, всегда можно усиление уменьшить и работать с громкими звуками. (Раньше я не предполагал, что сигнал будет настолько большим, поэтому очень удивился, когда в усилителе возник клипинг). Сравнительно небольшой коэффициент усиления первого каскада позволяет наверняка избежать клиппинга. А дальше регулятором Р1 можно ослабить сигнал, если его амплитуда слишком велика.

В схеме можно использовать любые недорогие операционные усилители. Быстродействие от них не требуется, а вот небольшой уровень шума приветствуется.

Инвертирующее включение ОУ требует меньше деталей. Конденсаторы С8, С9, С10 — разделительные. С8 работает под постоянным напряжением около 2 вольт, а полярность С9 и С10 я определил экспериментально — померяв полярность постоянного напряжения смещения на выходах ОУ. Это позволило минимизировать искажения, вносимые в сигнал конденсаторами. Резистор R10 задает нулевой потенциал на левой по схеме обкладке С10 и создает на нем правильную полярность. R11 предохраняет выход усилителя от коротких замыканий.

Параметры усилителя:

Частотная характеристика по уровню -3 дБ: 5 Гц … 75 кГц.
Усиление ~ 500.
Уровень шума не мерял, но по осциллографу шума не видно, а по спектрограмме шумовой пьедестал равен -120 дБ, это при входном напряжении ~ 80 мВ действующего значения.
Кг = 0,0015% на частоте 1кГц
IMD не более 0,01% с тестовыми частотами 15 и 16 кГц.

Несмотря на применение довольно старых советских операционников, этот микрофонный усилитель получилась очень линейным, на частоте 1 кГц и амплитуде входного сигнала 80 мВ (это около 1 вольта на выходе 1-го ОУ и около 2 вольт на выходе устройства) Кг=0,0015%. Спектр выходного сигнала (измерено звуковой картой ESI Juli@ с внешним линейным стабилизированным блоком питания аналоговой части; частота дискретизации 192 кГц, разрядность 24 бита):

Помехи на частоте сети скорее всего из-за того, что неэкранированы разъемы и провода, выведеные к регулятору уровня (хоть они и расположены близко друг к другу — отрезок шлейфа). Зато амплитуды гармоник очень малы, и сами гармоники имеют порядок не выше 5-го (по крайней мере визуально).

Посмотрим на интермодуляционные искажения, снятые в тех же условиях при подаче на вход сигнала с частотами 15 и 16 кГц и суммарной амплитудой порядка 110 мВ:

Интересно, что разностной частоты даже и не видно! Это говорит о высокой линейности в зауковом диапазоне. Я даже не ождал от этих операционников такого качества!

Вывод: теперь можно смело измерять и АЧХ практически в любых условиях, и искажения динамиков! И даже писать музыку (а что, надо попробовать).

Схему собирал на «макетке» — за час полностью всю спаял и проверил (и потом еще 30 минут переделывал на новую схему). Сам усилитель заэкранирован жестяным корпусом. Поскольку трансформатор стоИт рядом, он дает (наверное это именно он) помехи с частотой 50 Гц на провода и разъемы. Но помехи малы, и неохота дальше ковыряться.

Микрофон — аналог WM-60 требует напряжения питания порядка 2 В. Его АЧХ:

Единственно, что плохо — микрофон у меня не откалиброван (а тем более, что это не чистый Panasonic, а его клон). Поэтому какие-то неравномерности АЧХ при измерении колонок могут либо быть незамечены, либо наоборот, будут результатом неравномерности микрофона. Но пока откалибровать его негде, так что переживу.

21.06.2006

Total Page Visits: 1736 — Today Page Visits: 2

Схемы предусилителей, самодельные преампы

Микрофон для домашней студии

Простое и очень эффективное решение для записи голоса или вокала в своей домашней студии звукозаписи — это применение динамического кардиоидного микрофона. И вот почему:

Во-первых, Вам не нужно будет принимать специальные меры по шумоизоляции квартиры;
Во-вторых, Вам не нужно будет звукоизолировать тыловое пространство за микрофоном для избавления от реверберации комнаты, так как динамический кардиоидный микрофон хорошо подавляет боковые и тыловые звуки;
В-третьих, Вам не надо будет организовывать дополнительное питание как в случае с конденсаторным микрофоном.

Для нашей цели идеально подойдёт микрофон типа Shure sm58 или ему подобный. Например, у меня долгие годы идеально работает микрофон Beyerdynamic Opus39s.

Конечно, для записи голоса существует большое число самых разных решений. Например, Вы можете специально для записи вокала сделать хорошую шумоизоляцию квартиры, приобрести дорогой конденсаторный микрофон с большой мембраной, но это решение уже не такое простое и в разы дороже. Кроме того, микрофонный усилитель для конденсаторного микрофона понадобится немного другой, и об этом мы поговорим в другой статье.

Купить или сделать своими руками?

У микрофонного предусилителя, сделанного своими руками есть три основных преимущества перед теми моделями, которые можно купить в соответствующем магазине:

Цена.
Идеальная адаптация под конкретную задачу.
Качество звука.

Цена

Итак, цена готового изделия, продаваемого в магазине, кроме стоимости комплектующих компонентов, включает в себя плату за бренд, компенсацию рекламных расходов и прибыль, которую получают все: изготовитель, оптовый и розничный продавцы, плюс транспортные расходы. Вот и получается, что в покупном усилителе один только корпус будет стоить дороже, чем весь микрофонный усилитель, сделанный вручную.

Кроме того, существует целый ряд потребительских качеств, которым обязательно следуют практически все изготовители, чтобы достичь определённой универсальности для возможных применений микрофонных предусилителей. Ведь перед разработчиками стоит задача добиться максимальной совместимости со всеми возможными микрофонами и тем оборудованием, с которым он должен будет работать.

Это приводит к тому, что схема микрофонного усилителя приобретает существенную избыточность в виде различных режимов работы, защиты, регуляторов и индикаторов. И чем больше деталей в устройстве, тем большее влияние они оказывают на качество звука, причём не в лучшую сторону.

Адаптация под конкретную задачу

Но в домашней студии звукозаписи микрофонный усилитель обычно работает с одним конкретным микрофоном, в стационарных условиях, и выполняет всегда одну и ту же задачу. А это значит, что большинство универсальных возможностей покупного преампа нам просто не нужны. Но мы можем сосредоточиться на максимальном качестве именно того, что нам нужно, идеально адаптировав собственную конструкцию под конкретную задачу.

Качество звука

Чем отличается хороший микрофонный усилитель для записи вокала от обычного? В первую очередь тем, что хороший предусилитель не вносит в звук собственных артефактов и искажений, и в то же время создаёт для микрофона самое оптимальное согласование для получения максимально возможного качества преобразование звука в электрический сигнал.

Услышать это на слух при обычной проверке затруднительно. Чтобы оценить качество микрофонного усилителя, с ним нужно поработать в реальных условиях, применяя к уже записанному с помощью него вокалу самые различные обработки. Особенно сильно все недостатки проявляются при больших уровнях компрессии и попытках поместить вокал в плотный микс.

Качество звука современных микрофонных предусилителей, особенно брендовых марок, как правило, особых нареканий не вызывает. Но естественное стремление изготовителей максимально удешевить изделие приводит к тому, что формально все характеристики соответствуют заявленным, но компоненты могут быть недорогими, чисто из маркетинговой целесообразности.

Причём проверить, из чего сделан готовый предусилитель, пока Вы его не купили, далеко не всегда возможно.

Так что пока Вы не купите преамп и не поработаете с ним как следует, качество его Вы не оцените. А вот в собственную конструкцию довольно легко можно внести изменения, если что-то не понравится.

И ещё.

Микрофон измерительный

Измерительная техника

Главная Радиолюбителю Измерительная техника

Одним из важнейших параметров динамика является его частотная характеристика — зависимости уровня звукового давления в децибелах от частоты при неизменном уровне подводимого электрического сигнала.

Чем шире рабочий диапазон частот головки или громкоговорителя и чем меньше разница в уровнях звукового давления на различных участках этого диапазона, тем лучше этот электроакустический преобразователь.

Наглядное представление о частотной характеристике дает графическое изображение (рис. 1). Как видно из этого рисунка наблюдается уменьшение уровня звукового давления на нижних и верхних частотах диапазона, а также снижение и увеличение уровня («подъемы» и «провалы») на других частотах.

Рис. 1. АЧХ звукового давления головки динамической 25ГДН-1Л

Все эти отклонения значений звуковых давлений могут быть причиной вносимых громкоговорителем частотных искажений воспроизводимых звуковых программ [1]. Поэтому обязательно учитывается АЧХ головок при проектировании акустических систем, выборе динамиков и типа их акустического оформлении, расчете фильтров и т. п.

Данные о частотной характеристике динамика, заявленные в технической документации (паспорте) и справочниках не являются безусловными. Каждый динамик имеет свою индивидуальную частотную характеристику.

В настоящее время, время стремительного развития цифровых технологий, измерять АЧХ звукового давления головки динамической не представляет трудности, даже без применения специального оборудования. Для этого необходимо иметь персональный компьютер, усилитель НЧ для возбуждения испытуемой головки (компьютерную аудиосистему), микрофон и соответствующее программное обеспечение.

При измерениях АЧХ громкоговорителя особые требования предъявляются к микрофону. Он дожжен иметь широкий частотный диапазон, не уже 30 – 18000 Гц, «гладкую» АЧХ, небольшие размеры мембраны.

Самые высокие электроакустические параметры имеют конденсаторные микрофоны, и в этом их основное преимущество по сравнению с другими разновидностями микрофонов. Частотная характеристика конденсаторного микрофона отличается своей равномерностью. В диапазоне до резонанса мембраны неравномерность может быть очень малой, выше резонанса она несколько увеличивается. Вследствие малой неравномерности характеристики конденсаторные микрофоны используют как измерительные. Измерительные микрофоны изготовляют на диапазон частот от 20 – 30 Гц до 30 – 40 кГц с неравномерностью 1 дБ до частоты 10 кГц и не более 6 дБ свыше 10 кГц. Размеры капсюля такого микрофона берут в приделах 6 – 15 мм, из-за этого он практически ненаправлен до частоты 20 – 40 кГц. Чувствительность его не превышает – 60 дБ [2,3].

Микрофонный капсюль Panasonic WM61 [4] идеально подходит для использования его, в качестве измерительного.

Подключать капсюль напрямую через микрофонный вход ПК, используя, для его работы фантомное питание, не советуется, из-за большой вероятности наводок и шумов, пониженной чувствительности, что негативно скажется на качестве измерений. Микрофон должен подключаться к аудиовходу материнской платы, применяя через согласующее звено – микрофонный предварительный усилитель.

Изготовить своими руками такое устройство (рис. 2) совсем не сложно. Оно состоит из, помещенного в трубку, длиной 20 см, микрофонного капсюля диаметром 6 мм, микрофонного усилителя на ОУ ОРА2134, отличающимся высокими характеристиками [6], химического источника питания, напряжением 9 вольт, типа «Крона».

Рис. 2. Микрофон измерительный: а – общий вид; б – вид со стороны капсюля; в – вид со стороны линейного выхода.

Читайте также: Как подключить к магнитоле буфер – в машину, схема, к штатной магнитоле, как настроить активный саб в 1, 4 Ом в авто, моноблок, как правильно, подключить в автомобиле, провода, пассивный, домашний, на

Схема электрическая принципиальная измерительного микрофона взята из источника [6]. После некоторых изменений имеет вид, представленный на рис. 3. Конденсатор С3 заменен пленочным (К-73, К-78 или другой, рекомендованный для установки в сигнальные цепи звуковых устройств). Налаживание усилителя сводится к подборке светодиода, который обеспечивал бы спад напряжения до 2 вольт на участках указанных в схеме на схеме.

Рис. 3. Схема электрическая принципиальная

Печатная плата изготавливается из фольгированного стеклотекстолита размерами 55 х 20 мм — рис. 4. Проектирование и печать выполняется на ПК с использование программы Sprint Layout 6.0.

Рис. 4. Печатная плата: а – вид со стороны дорожек; б — размещения деталей.

Все это монтируется в металлический корпус — для экранирования схемы — рис. 5.

Рис. 5. Расположение элементов в корпусе

Подключают измерительный микрофон к линейному входу звуковой карты ПК через экранированный кабель с двумя жилами. Экран провода подключается с одной стороны – стороны звуковой карты, это также положительно сказывается на точности измерений – рис. 6.

Рис. 6. Схема соединительного шнура

Данная конструкция имеет широкий диапазон рабочих частот, относительно высокую чувствительность, ровную АЧХ, «слышит» звуки на большем расстоянии, по сравнению, например, с микрофоном МКЭ-3. Замеры можно производить почти с любой, слышимой ухом человека, дистанции, а это важно при тестировании не только одной головки, а всей акустической системы (систем), например в помещении или салоне автомобиля. Микрофон успешно испробован с программой Right Mark 6.2.3. Представленный на рис. 1 график АЧХ звукового давления динамика 25ГДН-1Л построенный с помощью этой программы. Для измерений, микрофон располагают на одной оси с головкой на расстоянии 300 – 400 мм. Подключение измерительных устройств выполняют по схеме, показанной на рис. 7. Важно, что бы в усилителе регуляторы тембра были в среднем положении, а режим тонокомпенсации и корректирующие звенья отключены. Испытуемая головка размещается наиболее удаленно от стен, мебели и других предметов [7].

Рис. 7. Схема устройства для снятия АЧХ динамика

Печтную плату можно скачать здесь

Литература

Эфрусси М. Громкоговорители и их применение. – М., «Энергия», 1976.
Сапожков М. Электроакустика. – М., «Связь», 1978.
Сапожков М. Электроакустика. Справочник. – М., «Радио и Связь», 1989.
https://dl.dropboxusercontent.com/u/87298597/blog/em06_wm61_a_b_dne.pdf
https://radiocom.dn.ua/image/data/pdf/OPA2134_BB. pdf
https://audiogarret.com.ua/viewtopic.php?f=15&t=7866#p135608]
Марченко В. Доработка динамических головок и измерение из частотных характеристик. – Радио № 2, 2014.

Автор: В. Марченко, г. Умань, Украина

Дата публикации: 19.02.2015

Мнения читателей

Денис / 17.04.2020 — 15:52 https://www.chipdip.ru/product/hmo1003a вот такого
Денис / 17.04.2020 — 15:51 Скажите пожалуйста а подойдет ли для такого капсюля? И не совсем понял для чего здесь стабилитрон?
Иван / 09.04.2019 — 15:48 Автор, У тебя на печатке ОУ повернут в одну сторону а на картинке с собраным изделием в другую. Как у тебя все работает?..
Автор / 14.11.2018 — 11:34 Ошибка на плате.
Владимир / 11.03.2018 — 23:14 На схеме конденцатор С1 шунтирует 3й вывод микросхемы на корпус. На печатке С1 шунтирует светодиод. Где ошибка? Вероятнее всего на печатке,хотя работает и так.
Леонид / 03.11.2017 — 21:44 Сделал модель этой схемы в Мультисиме 14, то же самое показывает, значит все нормально должно быть
Леонид / 03. 11.2017 — 21:10 Здравствуйте, собрал данную схему, на контрольных точках ровно 2 В. К к компьютеру еще не подключал. Микрофон также не подключен. Дело вот в чем: На выходе до конденсатора 2 В постоянного напряжения. После конденсатора все по нулям (ну тут понятно). Должно ли быть 2 Вольта постоянки до конденсатора?
Автор / 08.07.2015 — 10:50 Снизить усиление можно уменьшением номинала резистора R5 (100 кОм). К примеру, при применении резистора номиналом 5…10 кОм допускается подключение устройства к компьютеру через микрофонный вход.
Максим / 08.07.2015 — 00:34 Спасибо! Получилось! Еще одна проблема, уровень усиления слишком большой, на самой минимальной громкости микрофона в настройках уровень в спектрлабе зашкаливает, подскажите как можно согласовать уровень усиления
Автор / 07.07.2015 — 12:19 Подключите микрофон к аудиоусторойству и послушайте свой голос. Если искажений не слышите, то микрофон работает нормально. подключать необходимо к линейному входу. При подключении через микрофонный вход необходимо изменить коэффициент усиления в микрофонном усилителе в сторону его уменьшения.
Максим / 07.07.2015 — 11:31 Подскажите, собрал устройство согласно схеме, записываю свой голос и при воспроизведении слышу его с сильными искажениями. В чем может быть проблема?
Автор / 13.06.2015 — 23:03 Бортовая сеть автомобиля в составляет 12 вольт (полностью заряженная аккумуляторная батарея имеет 12,8 В). При работающем двигателе — 14,1 В. Схема питается, как Вы заметили, от 9 вольтовой батареи. Если включить через интегральный стабилизатор 7809 то можно. Хотя операционный усилитель, согласно документации, должен работать при напряжении от 5 до 36 вольт. При подключении к 12 вольтовой батареи нужно проверить напряжение на указанных на схеме участках. Оно должно составлять 2 вольта. Стабилитрон следует заменить на 14 вольт или выпрямительный диод, либо вообще исключить. И еще, схема экранирована вместе с элементами питания. Если применить выносное питание, не исключено возникновение наводок и помех, что негативно скажется на результатах измерений.
Максим / 13. 06.2015 — 12:40 Вот с этой схемой я могу использовать вместо батарейки питание от бортовой сети автомобиля.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Что делать не стоит

Что для своей домашней студии звукозаписи точно не нужно, так это микрофонные усилители с каким-нибудь «особым» звуком, так часто рекламируемым многими изготовителями. Это удел более крупных бюджетов для особых случаев.

На практике специфическая окраска звука крайне редко нужна, а вот избавиться от неё, если она присутствует, очень сложно. Да и возможностей современной DAW — digital audio workstation вполне достаточно для того, чтобы уже при звукорежиссуре придать звуку любую окраску.

Схема микрофонного усилителя на ОУ

Схема микрофонного усилителя представлена на рисунке. Два секрета, о которых было написано вначале статьи, — это согласование микрофона и микрофонного усилителя и схема самого операционного усилителя.

Согласование

Входное сопротивление этой схемы микрофонного предусилителя значительно ниже общепринятых стандартов. Из общей теории электротехники нам известно, что максимальная передача мощности между генератором и нагрузкой происходит при равенстве их сопротивлений. Вот и не будем это нарушать, обеспечив входное сопротивление микрофонного усилителя равным сопротивлению микрофона. При этом никаких переходных конденсаторов мы применять не будем, чтобы не вносить в девственно чистый сигнал асимметрию, фазовые сдвиги и дополнительные источники искажений.

Для избавления от всевозможных помех, в том числе и помех от мобильных телефонов, нам понадобится симметричное подключение микрофона, а значит, у микрофонного усилителя должен быть симметричный вход.

Дифференциальный усилитель, специально спроектированный для таких включений, — это обыкновенный операционный усилитель. Вход здесь симметричный дифференциальный с распределённым входным сопротивлением 600 ом. Резистор R2 3 ом особого значения не имеет, он стоит скорее для корректного изображения дифференциального усилителя.

Подключать можно любой ДИНАМИЧЕСКИЙ микрофон. Но чем качественнее, тем лучше. Обычно сопротивление такого микрофона от 200 до 600 ом, и для чистоты идеи Вы можете сделать сумму R1+R3 равной сопротивлению микрофона (при R1=R3).

Самое главное, что такое включение, благодаря демпфированию подвижной системы микрофона, устраняет окраску звука паразитными резонансами самого микрофона, позволяя получать чистый, ровный звук. Потом, при обработке вокала, можете делать со звуком всё, что угодно. Он податлив, с ним не надо воевать, устраняя всякие призвуки.

Кроме того, помехозащищённость низкоомного входа просто великолепна! Мне приходилось записывать без проблем вокал в комнате, где находилось одновременно более 20-ти мобильных телефонов!

Здесь следует обратить внимание на то, что согласование по-книжному — это как раз измерение параметров и шумов в первую очередь. Нас же шумы не волнуют никак. При использовании ОУ с показателями до 10nV/√Hz про шумы можно забыть. Шумы не мешали жить даже при использовании ОУ TL071, у которого шумы составляют 18nV/√Hz. В реальной работе шум помещения больше, и всё зависит от мастерства звукорежиссёра.

Зато TL071 очень даже хорошо звучит, в отличии от общепризнанной NE5534.

Предусилитель для микрофона

Из самого названия статьи понятно, что мы будем что-то усиливать. Для начала рассмотрим один пример. Вы подключили к компьютеру динамический микрофон и решили записать свой голос. Но кроме очень тихой речи, переполненной множеством шумов и помех вы ничего не услышали. А все потому, что на входе аудио-карты компьютера появляются 1,5 В. Это самые полтора вольта прижимают катушку внутри микрофона, а когда вы говорите, они мешают ей двигаться. Значит это напряжение нужно как-то убрать и усилить сигнал. Для этого мы и сделаем предварительный усилитель. То есть, звук с микрофона попадет в компьютер уже усиленный и без шумов.

И так, приступим.

Для этого нужны следующие компоненты:

Резисторы

–
4,7 кОм – 2шт., 470 кОм, 100кОм.Конденсаторы
–
4,7 мкФ, 10 мкФ, 100 мкФ. Транзистор
–
КТ315.Светодиод
–
не обязательно.
Инструменты:
Паяльник, кусачки, пинцет, ножницы, клеевой пистолет и т.д
.

Приступаем к изготовлению.

Для начала разберемся со схемой и деталями. Резистор
R5
ставится для
электретного микрофона
и выполняет роль смещения напряжения. Его мы не используем. Транзистор КТ315 можно заменить на КТ3102, BC847. У КТ3102 коэффициент усиления больше, поэтому его предпочтительнее ставить. Светодиод не обязателен. Если он не нужен, замените его диодом. У себя я нашел кусочек самодельной макетной платы. На ней и буду делать схему.

Теперь согласно схеме, припаиваем все компоненты.

Далее припаиваем разъемы питания, вход и выход для микрофона, выключатель питания. Разъем для джека на 6,3 мм. я взял от старого DVD проигрывателя, джек на 3,5 мм. – от магнитофона. Разъем для батареи от нерабочей кроны, выключатель от игрушечной машинки. Припаиваем все к плате.

На фото нет светодиода, он появился позже.

Теперь займемся корпусом. У меня нашлась какая-то пластмассовая коробочка без дна. Она как раз подошла под все детали. В ней сверлим отверстия под разъемы, светодиод, вырезаем прямоугольное отверстие под выключатель.

5. Теперь собираем все в корпус. Крону и плату приклеиваем на двухсторонний скотч, разъемы на термоклей.

Дно сделал из прочного черного картона.

6. Проверяем. У меня имелся самый дешёвый караоке-микрофон BBK. Его я и подключил. Далее проводом джек-джек, подключаем выход усилителя к компьютеру, колонкам, или к чему вам нужно. Включаем питание. Светодиод загорелся. Предусилитель работает.

7. Подключив этот усилитель к компьютеру, я сам удивился качеству записи. Звук без шумов, усиление микрофона убавлено на 0. Даже громкость микрофона пришлось немного убавить.

В общем, такую простую в повторении схему я могу вам порекомендовать к сборке. Она не требует каких-то труднодоступных деталей, их можно найти в любой строй технике. А так же качество записи очень хорошее, даже с таким микрофоном. Спасибо, всем удачи!

⚡️Усилитель для микрофона на КР140УД1208 микросхеме

На чтение 5 мин Опубликовано 25.05.2015 Обновлено 07.07.2019

При подключении обычного динамического микрофона к усилителю или звукозаписывающему устройству с помощью достаточно длинного экранированного провода, часто наблюдается заметный низкочастотный фон (частотой 50 или 100 Гц).

Сильные электромагнитные поля, создаваемые мощными устройствами и электропроводкой, могут наводить хорошо слышимые помехи, даже в том случае, если микрофон подключен к устройству с помощью дорогого кабеля с хорошей экранирующей оплеткой.

Чтобы снизить чувствительность к помехам, обычно первые каскады усиления располагают в самом микрофоне, а питание на них подают по соединительному кабелю от звуковоспроизводящего устройства. При всех своих достоинствах, этот способ имеет тот недостаток, что такой микрофон будет работать не с каждым аудиоустройством, поскольку далеко не у всех них на гнездо для подключения микрофона подается требуемое микрофону напряжение питания.

Чтобы микрофон со встроенным предварительным усилителем мог работать при подключении к любому устройству, желательно и источник питания разместить в самом микрофоне, а чтобы предотвратить напрасный расход энергии, предусмотреть его автоматический выключатель.

Содержание

Усилитель для электретного микрофона
Схема усилителя для динамического микрофона
Помехи электретного микрофона

Усилитель микрофона схема приведена на рис.1 простого усилителя для динамического микрофона. Кроме усилителя звука, в состав устройства входит сенсорный выключатель питания. Микрофонный усилитель своими руками построен на широко распространенном микромощном операционном усилителе с программно-управляемым током смещения КР140УД1208. Эта микросхема работоспособна в диапазоне питающих напряжений 1,5-18 В, имеет высокое входное сопротивление и малый ток потребления.

Коэффициент усиления определяется отношением R4/R5 и в данном случае составляет около 20. Ток покоя зависит от сопротивления R3 (в схеме — около 160 мкА). Сенсорный выключатель питания выполнен на полевом р-канальном транзисторе VT1. Когда микрофон берется в руку, сенсорные токопроводящие контакты Е1 и Е2 замыкаются через относительно низкое сопротивление кожи, напряжение затвор-исток VT1 превышает 1,5 В, VT1 открывается, и на операционный усилитель DA1 поступает напряжение питания.

Биполярный транзистор VT2 включен как микромощный защитный стабилитрон, предотвращающий повреждение полевого транзистора статическим электричеством и токами утечки от усилителя, подключенного к сети питания. Сенсорное реле на VT1, VT2 несложно превратить в реле времени, для чего нужно увеличить емкость конденсатора С5 до нескольких микрофарад, сопротивление R7 уменьшить до 1 кОм, а вместо сенсоров Е1, Е2 установить миниатюрную кнопку.

Данное устройство вполне подходит и для работы с электретным микрофоном. Капсюль электретного микрофона включается в цепь по одной из типовых схем, а подбором сопротивления R4 устанавливается требуемый коэффициент усиления. Вместо микросхемы микромощного ОУ усилитель можно собрать на двух транзисторах.

Схема усилителя для динамического микрофона

Схема такого усилителя приведена на рис.2. На полевом транзисторе VT1 выполнен усилитель, а эмиттерный повторитель на VT2 уменьшает выходное сопротивление этого усилительного каскада. Детали. Эта конструкция создавалась для динамического микрофона МД-201, которым ранее комплектовались почти все выпускаемые в СССР бытовые магнитофоны.

В качестве источника питания в устройстве можно применять аккумуляторы для солнечных батарей или никель-кадмиевые аккумуляторы Д-0,03 размещеные внутри корпуса микрофона. Слева и справа на пластмассовом корпусе расположены сенсоры, сделанные, например, из хромированных велосипедных спиц.

Резисторы желательны малогабаритные (мощностью 0,05 Вт). Оксидные конденсаторы также желательно применить миниатюрные, например, из неисправных сотовых телефонов или телефонных трубок радиоудлинителей. Микросхему КР140УД1208 можно заменить на К140УД12, которая выполнена в другом корпусе, но имеет ту же цоколевку.

Импортные аналоги — MA776C, MC1776G. Также можно применить и микросхему КР1407УД2, но в этом случае правый по схеме вывод резистора R3 соединяется с выводом 7 DA1. Подбором этого резистора устанавливается ток покоя выходного каскада микросхемы. Чем этот ток меньше, тем более экономичным получается устройство, но качество усиленного звукового сигнала хуже. Поэтому приходится выбирать компромиссное решение.

Полевой транзистор КП501В можно заменить любым из серий КП501, КП504, КП505 или ZVN2120. Желательно подобрать экземпляр с возможно меньшим пороговым открывающим напряжением затвор-исток. Вместо КТ315Б может работать любой из КТ315, КТ312, КТ342, SS9014. Транзистор 2П103Б можно заменить на 2П103А, КП103Е, КП103ЕР, КП103Ж, КП103ЖР Вместо КТ3107Д можно установить любой из серий КТ3107, КТ361, SS9015.

При монтаже транзисторов КП501 или аналогичных следует учитывать, что они чувствительны к повреждению статическим электричеством, и на время сборки конструкции выводы этого транзистора должны быть замкнуты проволочной перемычкой. Если чувствительности сенсорного реле окажется недостаточно, то сопротивление R9 следует увеличить с 10 до 20…30 МОм.

Помехи электретного микрофона

Электретные микрофоны МКЭ-3-1, МКЭ-31 и их зарубежные аналоги (CZN-15E) широко применяются в телефонных аппаратах и других электронных системах. Почти все микрофонные усилители телефонных аппаратов построены по однотипной схеме с использованием таких микрофонов.

Принцип работы электретных микрофонов (иногда их называли конденсаторными) основан на изменении емкости при воздействии звуковых волн Электретные микрофоны (ЭМ) обладают высокой чувствительностью и малыми габаритами, что позволяет применять их в устройствах подслушивания, диктофонах и слуховых аппаратах.

Однако высокая чувствительность ЭМ, как ни странно, может оказаться и недостатком. В телефонных аппаратах (ТА) с АОНом иногда наблюдается такой эффект: при разговоре по телефону в трубке слышны какие-то помехи, но достаточно прикоснуться рукой к проводу от трубки к аппарату, как помехи исчезают.

Есть два простых способа избавиться от таких помех:

подключить параллельно ЭМ (непосредственно у его выводов) резистор сопротивлением 1 МОм и тем самым понизить чувствительность микрофонного усилителя,
поменять местами полярность подключения выводов ЭМ так, чтобы вывод корпуса ЭМ соединялся с общим проводом схемы.

После этого никакие помехи и сетевые наводки беспокоить не будут.

Усилители для фотодиодов на операционных усилителях. Часть 2

Все статьи цикла:

Усилители для фотодиодов на операционных усилителях. Часть 1
Усилители для фотодиодов на операционных усилителях. Часть 2

Начало статьи

Полоса пропускания

Требования к полосе пропускания являются неотъемлемой частью обсуждения преобразователя тока в напряжение по двум причинам. Общий выходной шум увеличивается пропорционально квадратному корню из полосы пропускания системы просто потому, что охватывается более широкий спектр шумов. Появляется конфликт между оптимальным соотношением сигнал/шум и полосой сигнала. Оптимум достигается для очень высокого усиления, но усиление преобразователей тока в напряжение ограничивается гораздо раньше спада полосы операционного усилителя. Для токового сигнала коэффициент обратной связи усилителя равен единице, и можно использовать всю полосу его единичного усиления. Кроме того, очень большое сопротивление обратной связи, которое дает требуемое усиление, шунтируется паразитной емкостью на очень низкой частоте. Паразитная емкость всего 0,5 пФ рядом с сопротивлением обратной связи 100 МОм уменьшает полосу сигнала от уровня мегагерц до единичного усиления 3,2 кГц. Чтобы уменьшить паразитное шунтирование, используются резисторы с малой паразитной емкостью и соблюдаются предосторожности при монтаже. Монтаж резистора обратной связи на некотором расстоянии уменьшает емкостную связь с печатной платой. Это расстояние обычно обеспечивается путем установки на изолирующие фторопластовые стойки для уменьшения токов утечки. Такой монтаж должен быть жестким, чтобы избежать появления шумов из-за микрофонного эффекта, вызванного механическим напряжением или вибрациями.

Последнее ограничение, влияющее на измерение таких величин, емкостная связь через воздух вокруг корпуса резистора всегда остается. Расширение полосы за пределы, обусловленные такими ограничениями, требует уменьшения сопротивления обратной связи и, следовательно, меньшего усиления преобразователя. Некоторые возможности для восстановления усиления показаны на рис. 6а. После преобразователя тока в напряжение просто добавляется второй усилитель, который доводит итоговый выходной трансимпеданс до величины R_T = A_VR₁. Таким образом, большое сопротивление уменьшается во столько раз, во сколько раз усиливает усилитель, и во столько же раз увеличивается полоса пропускания.

Рис. 6. а) Добавление усиления напряжения для увеличения полосы при сохранении общего трансимпеданса;
б) графики зависимости полосы пропускания и входного шума (полоса пропускания увеличивается быстрее, чем шум)

Несмотря на очевидность такого решения, его влияние на полосу пропускания и шум выражается не так непосредственно. Полоса второго усилителя ограничивает увеличение полосы системы. Полоса схемы из двух усилителей для результирующего трансимпеданса 100 МОм показана на рис. 6б как функция усиления по напряжению, добавленного в общее преобразование. Пол оса с увеличением усиления напряжения сначала увеличивается линейно, так как снижение R₁ уменьшает влияние паразитной емкости. Однако увеличение требований к усилению А₂ в конечном итоге превращает полосу усилителя в ограничивающий фактор. Для данного набора условий существует оптимальное усиление. A_V дает максимальную полосу, показанную для трех типов усилителей. Этот максимум проявляется тогда, когда полоса усилителя с замкнутой обратной связью равна ограничению из-за паразитной емкости R₁. Параметры, влияющие на этот максимум, это итоговый трансимпеданс R_T и полоса единичного усиления второго усилителя, f_C. Взаимосвязь факторов, влияющих на выбор оптимальной полосы пропускания, описывается выражением для расчета R₁:

При использовании OPA404 в качестве второго усилителя полоса расширяется до 100 кГц от исходных 3 кГц. Этот широкополосный операционный усилитель дает наилучший частотный отклик (рис. 6). У него наибольший общий выходной шум, но это происходит, опять-таки, из-за большой полосы пропускания. Если требуется еще бóльшая полоса пропускания, то надо выбирать между более быстрым операционным усилителем, с худшими, как правило, шумовыми параметрами, и уменьшением трансимпеданса. Для меньшей полосы пропускания на место А₁ требуется усилитель с меньшей полосой единичного усиления, поэтому можно использовать усилитель с FET на входе и малым шумом, подобный описанному OPA111.

Платой за увеличение полосы пропускания за счет усиления напряжения является увеличение выходного шума, как из-за этого усиления, так и из-за добавления усилителя. В то время как меньшая величина R₁ снижает плотность шума, этому эффекту противодействует увеличение полосы пропускания, вплоть до отсутствия изменения итогового шума от резистора. Этот шум теперь увеличивается за счет усиления напряжения во втором усилителе, вызывая соответствующее увеличение выходного шума, пропорциональное этому усилению. К этому прибавляется шум операционного усилителя, что также показано на рис. 6б. Эти шумовые кривые являются продолжением кривых, представленных на рис. 3, с началом перехода на уровне 100 МОм для данного примера. В нижнем диапазоне усиления, при коэффициенте от 1 до 10, шум определяется, в первую очередь, операционными усилителями и их максимальным усилением, но эти эффекты переходят в доминирование шума резистора к концу данного диапазона. Также в этом диапазоне полоса сигнала, показанная на рис. 6б, управляется паразитной емкостью и линейно растет с увеличением усиления из-за соответствующего уменьшения сопротивления. Между коэффициентами усиления 10 и 100 полоса начинает уменьшаться из-за ограничений А₂. Одновременно с этим уменьшением наблюдается выравнивание кривой выходного шума. Спад полосы усилителя и одновременное снижение сопротивления сводят к нулю эффект от увеличения усиления напряжения, оставляя выходной шум неизменным. В диапазоне усилений от 100 до 1000 эта тенденция сохраняется, и оптимальное качество деградирует, так как полоса уменьшается, а шум остается постоянным.

При условии, что допускается ухудшение шума при замене сопротивления на усиление напряжения, достоинства схемы в целом увеличиваются. Если же учитывать полосу пропускания, то это улучшение может компенсировать падение соотношения сигнал/ шум. Ранее упоминалось, что простой преобразователь тока в напряжение больше страдает от излишней полосы пропускания при усилении напряжения шума усилителя, чем при усилении токового сигнала. Эта несообразность устранена в схеме на рис. 6, так как усиление напряжения увеличено, и А₂ начинает фильтровать более высокие частоты. Это показывают шумовые кривые, которые нарастают плавно, в отличие от кривых полосы пропускания (рис. 6б), до точки оптимальной полосы пропускания. В этой оптимальной точке полоса пропускания шума совпадает с полосой пропускания сигнала. В результате А теперь работает как выходной активный фильтр, обсуждавшийся ранее. Если каждая из этих кривых прорисована до заданного трансимпеданса 100 МОм и выбраны усилители и фотодиод, то подобный оптимум можно найти для любого проекта.

Для некоторых применений серьезным недостатком приведенной схемы является необходимость использования двух операционных усилителей на каждый фотодатчик. Часто сотни датчиков работают в одном массиве. В качестве компромисса можно применять один ОУ для получения того же трансимпедансного усиления, но без резисторов с очень большим сопротивлением, если окажется приемлемым некоторое ухудшение полосы пропускания и шумов. Один и тот же ОУ может одновременно выполнять преобразование тока в напряжение и последующее усиление напряжения. Согласно традиционной технике, эта задача решается так, как показано на рис. 7a, где R₂ необходим для преобразования тока в напряжение, а R₃ и R₄ для установки усиления по напряжению. Ток из диода D₁ течет через резистор R₂, в результате чего на неинвертирующем входе операционного усилителя появляется напряжение сигнала. Однако это напряжение также приложено к фотодиоду, и из-за этого возникает нелинейность, как было описано ранее.

Рис. 7. Одновременное преобразование тока в напряжение и усиление по напряжению
на одном операционном усилителе: a) влияние нежелательного напряжения на диоде;
б) устранение влияния при помощи подключения диода между входами операционного усилителя

Вместо этого фотодиод подключается непосредственно между входами операционного усилителя, и тогда на нем поддерживается нулевое напряжение. Как показано на рис. 7б, резисторы выполняют те же функции, что и в предыдущей схеме, но передаточная функция схемы будет линейной. Ток из фотодиода также течет через R₂, создавая такое же сигнальное напряжение. Этот ток течет и в цепь обратной связи, но дает меньший эффект из-за меньшего сопротивления резисторов. Для показанных на рис. 6 номиналов резисторов эквивалентное трансимпедансное усиление составляет 100 МОм: так же, как и в примере с двумя ОУ, но полоса пропускания увеличивается меньше. На частоте 20 кГц усиление равно семи, а не заданному коэффициенту усиления, как на рис. 6а. Новое ограничение полосы пропускания объясняется изменением схемы и происходит изза нового расположения резистора с высоким сопротивлением. Этот резистор теперь зашунтирован синфазной входной емкостью операционного усилителя, а не маленькой паразитной емкостью. Для максимального увеличения полосы пропускания необходимо, чтобы эффект от этого шунтирования совпал со спадом частотной характеристики усилителя. Это достигается соответствующим выбором R₂ и усиления по напряжению. Еще одно преимущество такого выбора состоит в том, что шум резистора за пределами полосы пропускания ослабляется со спадом 40 дБ за декаду.

Итоговый выходной шум от резистора в базовой схеме увеличивается пропорционально квадратному корню из усиления напряжения. Здесь добавляется небольшая составляющая, возникающая из-за того, что удален операционный усилитель как нормальный источник повышения усиления. Однако новый источник включен на рис. 7б, снова из-за емкости диода, как показано на рис. 8а. Напряжение шума усилителя, e_n, действует непосредственно через емкость, порождая шумовой ток, который течет через R₂. Цепь емкостной обратной связи, состоящая из C_D и C_ICM, создает шумовое усиление, максимум которого равен 1 + C_D / C_ICM и которое существует дополнительно к нормальному шумовому усилению неинвертирующего усилителя.

Рис. 8. а) Схема с емкостью фотодиода, добавляющего положительную обратную связь к схеме на рис. 7б;
б) график усиления

Влияние на частотную характеристику изображено на рис. 8б, и оно также вызывает подъем шумового усиления на высоких частотах. Это происходит на более высоких частотах, чем в базовой схеме преобразователя тока в напряжение, потому что применяется меньшее сопротивление, и этот подъем быстрее прекращается из-за спада частотной характеристики операционного усилителя. Для диода с малой емкостью, использованного в обоих примерах схем, он теперь охватывает небольшую область на графике, что, соответственно, уменьшает влияние шума. Для больших диодов, тем не менее, этот эффект тоже присутствует, как показано штриховой линией для емкости около 200 пФ. Часть спектра, охватываемая подъемом, не находится на верхнем краю полосы пропускания усилителя, как это было в базовой схеме. Следовательно, шум операционного усилителя не стал основным источником.

Помехи

Так как уменьшение шумов, возникающих в схеме, имеет пределы, необходимо рассмотреть и внешние источники шумов. Преобразователь тока в напряжение с его очень высоким сопротивлением крайне чувствителен к помехам от электростатических, магнитных и радиочастотных источников. Эти источники требуют внимания при экранировании, заземлении и физическом расположении компонентов [3], иначе их вклад в шум устройства будет доминировать. В любом случае, физическое отделение источников шума от чувствительных схем это важнейший шаг, но необходимы и другие меры.

Электростатическая связь, например, с линиями питания, передает шумовые сигналы через взаимные емкости, которые существуют между любыми двумя объектами. Разность напряжений между объектами влияет на их емкости, и любые изменения напряжения создают шумовые токи от одного объекта к другому. Чтобы избежать этих ложных сигналов, используется электростатическое экранирование, которое преграждает путь паразитным токам и отводит их на «землю». В этом случае заземление должно производиться к общей «земле» для разных объектов. Такие экраны, однако, создают паразитные емкости между экранируемыми компонентами, и они должны быть также соединены с сигнальной «землей» во избежание паразитных связей между ними. Тогда через экран протекает емкостный ток с выхода преобразователя тока в напряжение, и он шунтируется на «землю» и не создает ограничений полосы пропускания для резистора обратной связи. Кроме того, экран создает емкость между входом преобразователя и «землей», возможно, добавляя подъем усиления и тем самым влияя на общий выходной шум.

Так как электростатическая связь наиболее часто возникает на частоте питающей сети и тогда одинакова для всех точек схемы, она является естественным «кандидатом» на устранение при помощи подавления синфазного сигнала в операционном усилителе. На этой частоте коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС, CMR) очень велик, но в обычной схеме преобразователя тока в напряжение он не используется. Это следствие несимметричной конфигурации входа вместо дифференциальной, но последнюю вполне можно применять для улучшения подавления шумов, а также уменьшения ошибки по постоянному току. КОСС операционного усилителя не полностью заменяет экранирование, так как электростатическая связь не идеально синфазна относительно входов усилителя. Он необходим как вторая защита, ослабляющая способность которой наиболее полезна для удаления остатков электростатической связи, проходящих через неидеальный экран.

Усилитель с дифференциальным входом на операционном усилителе очень хорошо подходит для сигнала фотодиода. Так как фотодиод генерирует токовый сигнал, он доступен на обоих выводах этого датчика и может подключаться к обоим входам усилителя, как показано на рис. 9а. Здесь ток диода больше не возвращается по «земле», а подается на неинвертирующий вход усилителя. Тем самым создается второе напряжение сигнала, которое удваивает усиление схемы, когда R₁ = R₂ для компенсации. Для данного значения усиления сопротивления резисторов должны составлять только половину от нормального для аналогичного уменьшения ошибки от входных токов усилителя. Здесь также отсутствует постоянное напряжение на фотодиоде, так как он включен между входами операционного усилителя. А так как напряжение между входами практически равно нулю, то отсутствует и ток утечки фотодиода.

Рис. 9. Использование коэффициента ослабления синфазного сигнала операционного усилителя:
а) подача сигнала на дифференциальный вход; б) ослабление электростатической связи

Помимо этих преимуществ, добавляется еще и улучшение ослабления синфазных наводок. Электростатическая связь в этом преобразователе тока в напряжение показана на рис. 9б рядом с паразитными емкостями преобразователя. Здесь подразумевается нулевой сигнал, чтобы продемонстрировать только влияние электростатической связи. Источник электростатического шума ee генерирует токи ошибки i_e через взаимные емкости C_M в схеме с двумя входами. Может показаться, что влияние связи будет различным для двух точек, потому что обратная связь устанавливает виртуальный нулевой импеданс в точке подключения к R₁, а второй узел имеет высокий импеданс. Но шумовая связь происходит через токи в емкостях, которые зависят только от напряжений на емкостях. На обоих входах под действием обратной связи усилителя устанавливаются одинаковые напряжения, и поэтому шумовые токи i_e оказываются одинаковыми. Эти одинаковые токи порождают эффект подавления шумового напряжения e_ne на двух резисторах схемы до нуля на выходе.

Точность подавления ошибки определяется согласованием трех факторов: взаимных емкостей, резисторов и шунтирующих их паразитных емкостей. Согласование взаимных емкостей достигается размещением резисторов на равных расстояниях от любых источников значительных помех, неэффективно блокируемых экраном. Равные величины сопротивлений гарантируют точное подавление паразитных сигналов до тех пор, пока не будут достигнуты частоты, на которых начинается разбаланс из-за шунтирующих паразитных емкостей. R₁ шунтируется только паразитной емкостью около 0,5 пФ, но параллельно R₂ работает намного бóльшая синфазная входная емкость операционного усилителя C_ICM. Для 3 пФ у OPA111 и показанного на рис. 9 сопротивления 50 МОм полюс появляется на частоте 1 кГц, внося разбаланс импедансов в полезной полосе частот. Это шунтирование емкостью CICM также ограничивает полосу сигнала на более низких частотах, чем обычно. Полоса R₂ спадает раньше, чем у R₁, поэтому результирующий отклик будет иметь две плоские области, разделенные по усилению в два раза.

Для большинства случаев электростатической связи с силовыми проводами на частоте питающей сети описанное емкостное шунтирование дает лишь незначительный эффект. Для лучшего подавления высоких частот надо или добавить конденсатор параллельно R₁, чтобы восстановить согласование импедансов, или же обеспечить постоянный сигнал на синфазной входной емкости. Последний вариант предлагает более точное решение и освобождает от ограничения полосы пропускания, вызванного CICM, так же, как при использовании второго дифференциального подключения. Как показано на рис. 10, фотодиод подключается между входами двух преобразователей тока в напряжение, выходы которых соединены с входами дифференциального усилителя INA105. Ток фотодиода снова течет через два одинаковых сопротивления, на которые действует одинаковая электростатическая шумовая связь. Ток диода создает дифференциальный сигнал на сопротивлениях, а шумовая связь генерирует синфазный сигнал. При прохождении через INA105 эти сигналы разделяются: сигнал диода проходит на выход, а шумовой сигнал подавляется.

Рис. 10. Усилитель с дифференциальными входами, имеющий широкую полосу КОСС и усиления
(входные синфазные емкости усилителей соединены с виртуальной «землей»)

Неинвертирующие входы обоих преобразователей тока в напряжение заземлены, поэтому на обоих выводах диода устанавливается нулевое напряжение. Кроме того, в такой схеме исключается появление сигнала на синфазных входных емкостях, поэтому увеличивается полоса усиления сигнала и подавления электростатических помех. Обратите внимание на то, что неинвертирующие входы не подключаются через высокое сопротивление для коррекции ошибок от входного тока. Это не нужно, так как А₁ и А₂ формируют согласованные напряжения на своих выходах. Эти напряжения являются синфазным входным сигналом для INA105, и поэтому они подавляются.

Другая функция, которую может выполнять дифференциальная схема на рис. 10, это дифференциальное измерение сигналов от двух фотодиодов. Вместо D₁ к входу каждого преобразователя тока в напряжение подключается по отдельному диоду. Эти диоды показаны на рис. 10 штриховыми линиями. Их токи порождают независимые напряжения на выходах A₁ и А₂, после чего они проходят через дифференциальный усилитель для устранения синфазной составляющей. Оставшееся выходное напряжение пропорционально разности между двумя входными фототоками как мера относительной освещенности. Такой сигнал используется в датчиках положения или слежения за оптической дорожкой в качестве сигнала обратной связи.

Может оказаться, что магнитную шумовую связь труднее устранить, чем электростатическую, но ее влияние также уменьшается при использовании дифференциальных входов. В этом случае возникает связь через взаимную индуктивность, поэтому основной задачей является минимизация размеров петель проводников вместе с экранированием и максимальным разделением источника и приемника помех. Ее влияние не устраняется электростатическим экраном, поэтому первым шагом должно быть подавление помех непосредственно на их источнике. Силовые трансформаторы, которые невозможно удалить на достаточное расстояние, должны иметь экранирование, чтобы бóльшая часть их магнитных полей оставалась внутри трансформатора. Оставшиеся магнитные связи воздействуют через физическую и схемотехническую конфигурации. Резисторы с большим сопротивлением, используемые в трансимпедансных усилителях, чувствительны к этому воздействию, и соединения между этими резисторами и высокоимпедансными входами операционных усилителей должны быть как можно короче. Оставшиеся помехи делаются синфазными за счет согласования формы и размеров проводников, чтобы операционный усилитель мог их подавить. На рис. 9, 10 большое сопротивление разделено между двумя одинаковыми элементами, которые физически монтируются с одинаковой ориентацией и на одинаковом расстоянии относительно источника магнитных помех. Помехи, наведенные на два резистора, в этом случае создают одинаковые сигналы, которые подавляются на выходе усилителя.

Третья разновидность помех радиочастотные хуже ослабляются усилителями, поэтому основные способы борьбы с ними это экранирование и фильтрация. Источники радиочастотных помех могут оказаться поблизости от схемы с фотодиодом, например, это могут быть цифровые схемы, которые наиболее часто присутствуют в системе. На высоких частотах операционные усилители имеют небольшое усиление и слабое подавление синфазных сигналов, и поэтому они не могут подавлять радиочастотные сигналы. Из-за этих ограничений операционных усилителей и ограничения полосы в основной схеме преобразователя тока в напряжение исследуемые сигналы не могут находиться в радиочастотном диапазоне. Для удаления нежелательных сигналов можно использовать фильтрацию, если ее удастся применить на входе усилителя. Фильтрация после усилителя менее эффективна, так как операционный усилитель может работать подобно радиочастотному детектору, отделяющему более низкие частоты от несущей. Дальнейшее уменьшение этих видов шумов можно получить при помощи радиочастотных экранов и «земляных» слоев на печатной плате.

Литература

Tobey G., Graeme J., Huelsman L. Operational Amplifiers Design and Applications, McGrawHill, 1971.
OPA101 product data sheet, PDS-434A, Burr-Brown Corp., 1980.
Morrison R. Grounding and Shielding Techniques in Instrumentation. 2-nd edition. John Wiley & Sons, 1977.
Sutu Y., Whalen J. Statistics for Demodulation RFI in Operational Amplifiers. IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility. August 23, 1983.

Микрофонный усилитель. — Серый Хомячок

В настоящей статье описывается разработанный мной высококачественный микрофонный предусилитель. Первоначально он разрабатывался для применения в паре с электретным конденсаторным микрофонным капсюлем, но высокие характеристики и особенности работы схемы позволяют использовать его практически с любым микрофоном и получать при этом отличные результаты как для измерений так и для звукозаписи. Почему я не взял одну из многих схем, доступных в Интернете? Потому, что все они имеют один большой недостаток и в этом похожи друг на друга как близнецы – об этом далее.

1. Критика стандартной схемы.

Посмотрим на схему, приводимую в документации на электретные капсюли и используемую во всех подобных устройствах, схемы которых я видел.

Здесь конденсатор С1 и полевой транзистор – это то, что содержится внутри самого капсюля, резистор R1 – внешняя нагрузка, а модули XDA1 и XSC1 – это инструменты симулятора – осциллограф и измеритель гармоник. Анализ показывает, что усиление данной схемы – отрицательное! Т.е. на выходе этой схемы мы имеем сигнал на примерно 8дБ слабее, чем он был на мембране конденсатора капсюля! А это значит, что сигнал в дальнейшем должен быть усилен в большее число раз, а значит и привнесенные шумы будут выше. Мало того, такое включение полевого транзистора само по себе дает очень большие нелинейные искажения – при указанном на схеме входном уровне они превышают 1%. И не смотря на это все авторы усилителей продолжают использовать в своих разработках именно эту, годную только для ознакомления школьников с основами электроники схему! И при этом делают источники стабильного напряжения для питания капсюля на оу – чего они этим пытаются добиться – не понятно. Мне это никак не подходило, по этому я и разработал свою схему.

Есть еще один вариант доработки — как это предлагается на сайте LinkwitzLab. Там предлагается изменить схему включения встроенног полевого транзистора со схемы с общим истоком на схему истокового повторителя. Это позволяет заметно поднять перегрузочную способность капсуля (в схеме с общим истоком выходное напряжение очень быстро достигает пределов своей амплитуды, т.к. эти пределы очень небольшие — порядка +-1В), а так же резко снизить нелинейные искажения, т.к. еще не достигнув амплитудных пределов, сигнал сильно искажается. Я испытывал и такое включение, но оно, хоть и не лишено преимуществ перед стандартной схемой, но все же дает очень небольшое улучшение — я решил, что нужно добиться кардинального улучшения работы всей системы!

2. Что можно сделать?

За основу я взял каскодную схему включения по следующим соображениям:

В ней на стоке полевого транзистора создается постоянное напряжение, а это резко уменьшает его нелинейности.

Можно использовать любое удобное постоянное напряжение и соответствующее сопротивление нагрузки, при этом можно сразу в первом каскаде получить достаточно большое усиление (уж точно не отрицательное), что позволит поставить далее всего один операционный усилитель для усиления сигнала до нужной амплитуды (в разных схемах я встречал от 2х до 3х последовательных оу!), что благоприятно скажется на шумовых свойствах схемы, сложности/цене, габаритах, энергопотреблении и т.д.

После различных экспериментов была найдена такая схема:

Указанный транзистор Q2 в реальной схеме был не тот, что на этой схеме, а отечественный КТ3102 – с прекрасными результатами. Синий светодиод выполняет двойную функцию: задает постоянное напряжение (работает как стабилитрон) и сигнализирует о работе схемы. У этой схемы усиление составляет уже +8дБ (на коллекторе Q2). Эта схема была собрана и до сих пор работает и выдает прекрасные результаты. Обычная окружающая обстановка, в которой приходится работать, дает на 1-2 порядка больше шума, чем эта схема. Уровень усиления (32дБ) достаточен для записи даже очень слабых звуковых сигналов и чаще приходится снижать чувствительность линейного входа звуковой платы, чтобы не было клипирования. Однако у нее, по данным симулятора, уровень искажений не снизился, вопреки ожиданиям (см. Головин. Профессиональные радиоприемные устройства декаметрового диапазона, стр. 37-40). Видимо это из-за того, что была использована модель «идеального» полевого транзистора, нужную (2SK3372) или похожую по характеристикам я не нашел – если у кого есть – присылайте, буду очень рад. Печатная плата:

Архив в формате .lay для Sprint Layout.

При всей удачности и качестве схемы я все же решил двигаться дальше – отказаться от дополнительного транзистора, а все функции возложить на операционные усилители. Чем меня не устраивала эта схема? Тем, что из-за дополнительного транзистора ей требуется бОльшее напряжение питания. Тем, что искажения, хоть на слух и не определяются, но все же есть, т.к. есть различные неидеальности транзистора, есть его шум и т.п. В общем — я решил, что можно сделать лучше. Получилась такая схема:

Здесь первый ОУ работает следующим образом. На его неинвертирующем входе имеется постоянное напряжение и он, по всем принципам работы операционных усилителей, пытается поддержать такое же напряжение и на инвертирующем входе. В результате этого на его выходе появляется напряжение равное 2+R4*IQ1, где 2 – напряжение на неинвертирующем входе (заданное зеленым светодиодом), R4 — сопротивление резистора обратной связи, IQ1 – ток покоя полевого транзистора, у нашего подопечного 0,33мА. Получается, что на выходе первого ОУ имеем постоянное напряжение 3,65В + переменную составляющую, равную амплитуде переменного тока полевого транзистора умноженную на сопротивление обратной связи.

Сразу возникает мысль – раз так, значит нужное усиление можно получить одним ОУ – просто увеличив R4. Однако, это не может быть достигнуто очень просто. Дело в том, что увеличивая резистор, мы увеличиваем усиление не только переменной составляющей, но и постоянной и при достаточном усилении получается очень большая постоянная составляющая на выходе оу – десятки вольт! Исправить это одновременно простыми и эффективными средствами не удается – либо просто, но плохо, либо хорошо (не факт что лучше чем на 2х ОУ), но слишком сложно. По этому проще поставить второй операционник, тем более что многие из них выпускаются по два в одном точно таком же корпусе как и один.

Эта схема в симуляторе показывает уже 0,05% гармоник на входном уровне 100мВ (на 2 порядка ниже чем исходная!), а так же обладает всеми остальными положительными качествами первой моей схемы. Эта схема так же была собрана и испытана и показала превосходные результаты. Советую использовать именно её. При использовании капсюля другой модели (не WM60 или WM61) почти наверняка придется изменить номинал резистора обратной связи, т.к. разные капсюли имеют разный ток покоя. Необходимую величину находим по формуле R4=(V-2)/IQ1, где V – желаемое постоянное напряжение (желательно выбрать 1/2 от напряжения питания). Если IQ1 в миллиамперах, то сопротивление получится в килоомах. Усиление задается резисторами R1 и R2 – К=1+R1/R2. Если вход следующего после усилителя устройства имеет развязку по постоянному току, то выходной конденсатор в обейх схемах можно исключить, заменив его резистором небольшого номинала – единицы-десятки Ом. Кстати и выходной резистор я поставил на всякий случай, т.к. AD8620 защищена от КЗ выхода, но я не знаю наперед какой опер поставит в свою плату читатель этой статьи, по этому на всякий пожарный…

Этот усилитель имеет частотную полосу от 1,5Гц до около 500кГц (с использованным оу – AD8620). Зачем так много? Затем, чтобы в рабочем диапазоне иметь минимальные фазовые сдвиги на разных частотах — это полезно при измерениях, т.к. дает реальную фазочастотную характеристику, что нужно для правильного рассчета разделительных фильтров, на основе этих измерений. В этой схеме фазовый сдвиг на 20кГц составляет около -1,5 градуса и ачх абсолютно линейна во всем звуковом диапазоне, что позволяет пренебречь какими-либо поправочными данными при измерениях и считать усилитель идеальным. Печатная плата:

Архив в формате .lay для Sprint Layout.

Вариант для микросхемы в корпусе DIP

И фотография платы, изготовленной по лазерно-утюжной технологии, готовой к впаиванию деталей:

Для полного комплекта добавлю разработанный, но не испытанный вариант с одним оу – на любителя.

Режим по постоянному току задается здесь резистором R1. А напряжение на него подается не напрямую с источника питания, так как его стабильность слишком плохая для данной схемы, а со стабилизатора напряжения на светодиодах (но можно использовать, например, интегральный стабилизатор LM78L05). Номинал R1 должен быть подогнан очень точно, иначе на выходе оу появится очень большое смещение. Конечно можно было бы поставить между инвертирующим входом и стоком полевика конденсатор, но мне такое решение не нравится по нескольким причинам, главная из которых – необходимая емкость – она составляет сотни микрофарад! А значит, придется ставить электролитический конденсатор, а его влияние на сигнал – «притча во языцех». Температурная стабильность тоже получается на мой взгляд не удовлетворительной, но для использования при постоянной, комнатной температуре – сойдет. Печатная плата:

Архив в формате .lay для Sprint Layout.

Этот вариант, в несколько измененном виде, отлично подходит для микрофона динамического типа. Действительно, катушка динамического микрофона в магнитном поле представляет собой источник переменного тока и если подсоединить ее одним концом к инвертирующему входу оу, а вторым к источнику опорного напряжения (а не к земле, т. к. постоянное напряжение подавать на катушку не нужно), то схема будет работать точно так же как и с электретным капсюлем, причем второй оу тут абсолютно не нужен. Минимум деталей – максимум качества, не схема, а мечта! Здесь, в качестве катушки микрофона изображена индуктивность – исключительно для иллюстрации.

Печатная плата:

Архив в формате .lay для Sprint Layout.

Дмитрий Лобков ака Fenyx.

Саратов 2006г.

Что это такое и почему это важно? – Мой новый микрофон

Rode NT1-A имеет выходное сопротивление 100 Ом

Читая спецификацию микрофона, вы, несомненно, сталкивались со значениями либо выходного сопротивления, либо номинального сопротивления нагрузки, либо того и другого! Понимание этих значений импеданса имеет решающее значение для правильного управления микрофонами.

Так что же такое импеданс микрофона? Сигналы микрофона представляют собой переменное напряжение. Импеданс — это «сопротивление переменному току» напряжения аудиосигнала. Импеданс управляет потоком аудиосигнала. Для оптимального прохождения микрофонного сигнала выходное сопротивление микрофона должно «соответствовать» или «шунтировать» входному сопротивлению (нагрузочному сопротивлению) его микрофонного предусилителя.

Мостовое соединение импеданса микрофона имеет решающее значение для оптимизации ваших микрофонов. Если вы хотите получить максимальную отдачу от своих микрофонов и предусилителей, эта статья для вас!

В качестве дополнительного бонуса мы также обсудим внутреннее сопротивление микрофонов и затронем конструкцию конденсаторных микрофонов, чтобы сделать эту статью полным и подробным руководством по импедансу микрофонов.

Обязательно ознакомьтесь со статьей My New Microphone How Do Microphones Work? (Полное иллюстрированное руководство)!

Статьи по теме:
• Полное руководство по импедансу наушников
• Полное руководство по импедансу динамиков (2 Ом, 4 Ом, 8 Ом и т. д.)
• Что такое импеданс усилителя? (Фактическое и номинальное сопротивление)

Содержание

Что такое импеданс микрофона?
Выходное сопротивление микрофона
Импеданс нагрузки микрофона
Высоко-импеданс и низкоимпеданс и выходы
Impedance Impedance Impedance Impedance Impredance Capsuons и преобразователи
. Преобразователи
Вопросы по теме

Что такое импеданс микрофона?

Начнем с общего описания импеданса:

Электрический импеданс – это измерение сопротивления/сопротивления переменному току в цепи при приложении напряжения.
Полное сопротивление измеряется в омах (как сопротивление) и может рассматриваться как тип «сопротивления переменному току» в цепи переменного тока.

Сопротивление микрофонов:

Аудиосигналы представляют собой переменные напряжения, поскольку они имеют как отрицательное, так и положительное напряжение (положительную и отрицательную амплитуду сигнала). Таким образом, звуковые сигналы представляют собой переменные токи (имеющие как отрицательные, так и положительные токи).

Сопротивление микрофона управляет потоком переменного тока в аудиоцепи при подаче напряжения аудиосигнала.

Все микрофоны (как и любые электронные устройства, генерирующие переменное напряжение) имеют выходное сопротивление.

Микрофон создает цепь с предусилителем (или другим аудиоустройством), к которому он подключен. Эти предусилители имеют входное сопротивление (известное как сопротивление нагрузки микрофона).

Выходной импеданс микрофона должен составлять долю входного импеданса предусилителя (сопротивление нагрузки), чтобы сигнальная цепь микрофона функционировала оптимально.

Микрофоны комплексные. Резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, лампы, транзисторы и другая электроника играют роль в определении общего «сопротивления» микрофона.

Чтобы упростить себе задачу, мы считаем общее «сопротивление» устройства одним числом.

Это число представляет собой выходной импеданс, измеренный на выходных клеммах микрофона.

Сигнал микрофона передается только после того, как микрофон подключен к предусилителю (или следующему аудиоустройству на линии). Выход микрофона должен создавать цепь с нагрузкой, чтобы аудиосигнал микрофона двигался!

Поэтому важно обращать внимание не только на собственный импеданс микрофона, но и на импеданс предусилителя или встроенного устройства!

Два значения импеданса, критически важные для правильной работы микрофона и передачи сигнала:

Выходное сопротивление: собственный импеданс микрофона на его выходном соединении.
Сопротивление нагрузки: входное сопротивление аудиоустройства, следующего в очереди (обычно микрофонного предусилителя), которое создает цепь с выходом микрофона.

Некоторые производители микрофонов указывают в своих спецификациях значения как выходного сопротивления, так и номинального сопротивления нагрузки (идеального сопротивления нагрузки). Другие не будут.

Согласно общему правилу, импеданс нагрузки должен быть как минимум в 10 раз выше выходного импеданса микрофона. В некоторых других источниках указывается в 5 раз выше. Пока импеданс нагрузки на величину выше, чем выходной импеданс микрофона, микрофонный сигнал должен эффективно проходить от микрофона к предусилителю.

Почти все профессиональные студийные/живые микрофоны имеют низкое выходное сопротивление. Профессиональные предусилители обычно проектируются с достаточно высоким входным сопротивлением, чтобы соответствовать эмпирическому правилу 10x.

Так что беспокоиться не о чем. Однако знание взаимосвязи между выходным сопротивлением микрофона и сопротивлением нагрузки микрофона является полезной информацией во многих профессиональных случаях!

Чтобы узнать больше о сигналах микрофона, ознакомьтесь с моей статьей Что такое аудиосигнал микрофона с точки зрения электричества?

Копнем глубже.

Выходное сопротивление микрофона

В спецификации любого микрофона вы найдете значение его выходного сопротивления.

Любой профессиональный микрофон считается «низкоимпедансным», что примерно означает выходное сопротивление в диапазоне от 50 до 600 Ом. Большинство профессиональных микрофонов имеют выходное сопротивление от 150 до 250 Ом.

Общие диапазоны выходного импеданса в микрофонах следующие:

MICS с низким импедансом: <600 ω
MEDIMPANCE MICS: 600 Ом-10 000 ω
High-AMPANCE MICS MICS. : >10 000 Ом

Shure SM57 (ссылка на цену на Amazon) является примером профессионального микрофона с низким выходным сопротивлением 150 Ом

Shure SM57
Выходное сопротивление: 150 Ом (номинальное значение)

следующие статьи My New Microphone:
• 50 лучших микрофонов всех времен (с альтернативными версиями и клонами)
• 11 лучших динамических микрофонов на рынке
• 12 лучших микрофонов стоимостью менее 150 долларов для записи вокала

Shure упоминается в следующих статьях My New Microphone:
• Лучшие бренды микрофонов, которые вы должны знать и использовать
• Лучшие бренды наушников в мире
• Лучшие бренды наушников в мире

Примечание что у микрофонов нет «входного сопротивления», потому что они не принимают переменный ток. У них есть выходные импедансы, потому что они выводят переменное напряжение (аналоговые микрофонные сигналы).

При этом в активных и пассивных микрофонах есть множество устройств, которые преобразуют импеданс сигнала в микрофоне. Эти компоненты фактически имеют входное и выходное сопротивление. Примеры включают усилители, лампы, транзисторы и трансформаторы.

Чтобы узнать больше о рейтингах выходного импеданса микрофона, в частности, ознакомьтесь с моей статьей Что такое хороший рейтинг выходного импеданса микрофона?

Номинальное сопротивление

Выходное сопротивление микрофона на самом деле зависит от частоты. Однако вместо графиков производители обычно указывают характеристики выходного импеданса микрофона в качестве номинального импеданса.

Номинальный импеданс — это приблизительное выходное сопротивление микрофона, усредненное по слышимому частотному спектру (20–20 000 Гц).

Ни одно число не может точно сказать нам импеданс микрофона. Однако номинальное значение импеданса стало стандартом, и мы обычно можем сделать вывод о том, что нам нужно, из этого единственного значения.

Подробнее об импедансе в зависимости от частоты далее в этой статье!

Почему нет профессиональных микрофонов с высоким импедансом?

Единственным преимуществом высокоимпедансных микрофонов является низкая стоимость изготовления. Недостатки, однако, серьезные! На самом деле, я бы сказал, что микрофоны с высоким импедансом никогда не найдут применения ни в одной профессиональной звукозаписывающей или звуковой системе.

Хорошим примером микрофона с высоким импедансом может быть обычный бытовой караоке-микрофон.

Эти караоке-микрофоны имеют очень высокий уровень выходного сигнала и поэтому нуждаются в выходе с высоким импедансом. Такой высокий уровень выходного сигнала означает отсутствие каскада усиления или усилителя внутри микрофона, что значительно снижает производственные затраты. Эти микрофоны не нуждаются в предусилителях для передачи сигналов с микрофона на линейный уровень.

Большим недостатком является то, что микрофоны с высоким импедансом плохо работают на длинных кабелях. Чем длиннее кабель, тем хуже результат.

Это связано с собственной емкостью кабеля микрофона. Когда сигнал с высоким импедансом передается через микрофонный кабель, по существу создается фильтр нижних частот. Чем длиннее кабель, тем ниже «отсечка фильтра» и тем глуше звук.

В дополнение к травме: чем выше импеданс, тем более восприимчив сигнал к внешним шумам и помехам. Электромагнитные и радиопомехи ухудшают соотношение сигнал/шум сигнала и ухудшают качество.

Для получения дополнительной информации об отношении сигнал/шум, ознакомьтесь с моей статьей Каково хорошее соотношение сигнал/шум для микрофона?

Это совсем не хорошо, поэтому выходы с низким импедансом стали стандартом для профессионального звука.

Почему все профессиональные микрофоны имеют низкое сопротивление?

Все сводится к защите качества звука. Что хорошего в дорогих капсюлях и печатных платах, если звук микрофона ухудшается в кабеле, когда он идет к предусилителю?

Микрофоны с низким импедансом позволяют использовать длинные кабели (любые практические) без заметного ухудшения аудиосигнала.

Теоретически такое ухудшение качества звука может быть связано с ослаблением высоких частот.

Как и их аналоги с высоким импедансом, микрофоны с низким импедансом фактически имеют затухание высоких частот, которое зависит от длины кабеля. Однако отсечка затухания происходит на частотах далеко за пределами слышимого спектра. Другими словами, мы не услышим разницы.

Сопротивление нагрузки микрофона

Мы рассмотрели выходное сопротивление микрофона и выяснили, почему низкие выходные сопротивления лучше. Чтобы полностью понять импеданс микрофона, мы должны понять другое значение импеданса, связанное с сигналами микрофона: импеданс нагрузки.

Сопротивление нагрузки микрофона — это входное сопротивление аудиоустройства, следующего за микрофоном в сигнальной цепи. Обычно устройство представляет собой микрофонный предусилитель, но также может быть фильтром, пэдом или другим аудиоустройством.

Мы хотим, чтобы импеданс нагрузки был выше, чем выходной импеданс микрофона. Как упоминалось ранее, мы обычно хотим, чтобы оно было как минимум в 10 раз выше для достижения наилучших результатов (максимальная передача напряжения).

Такая передача максимального напряжения называется «шунтированием», хотя иногда ее путают с термином «согласование импеданса».

Neumann KM 184 (ссылка для проверки цены на Amazon) имеет низкое номинальное выходное сопротивление всего 50 Ом. Его номинальное сопротивление нагрузки составляет 1 кОм.

Нойманн КМ 184
Выходное сопротивление: 50 Ом
Номинальное сопротивление нагрузки: 1 кОм

Neumann KM 184 также фигурирует в следующих статьях My New Microphone:
• 50 лучших микрофонов всех времен (с альтернативными версиями и клонами)
• Top Best Vintage Микрофоны (и их лучшие клоны)
• Лучшие твердотельные конденсаторные микрофоны на полевых транзисторах

Компания Neumann упоминается в следующих статьях My New Microphone:
• Лучшие бренды микрофонов, которые вы должны знать и использовать
• Лучшие бренды студийных мониторов, которые вы должны знать и использовать

Рекомендуемое сопротивление нагрузки в 20 раз (как минимум в 10 раз) превышает выходное сопротивление микрофона.

Истинное согласование импеданса предполагает наличие одинакового импеданса на выходе микрофона и на входе предусилителя. Согласование импеданса на самом деле ухудшает качество аудиосигнала. Нас интересует шунтирование импеданса.

Сопротивление нагрузки и выходное сопротивление

Почему полное сопротивление нагрузки должно превышать выходное сопротивление микрофона?

Чтобы лучше понять, мы изменим точку отсчета с микрофона на микрофонный предусилитель. С этой точки зрения микрофон становится «источником», а предусилитель — «нагрузкой»:

Выход микрофона теперь является «источником».
Выходное сопротивление микрофона теперь называется «выходным сопротивлением источника».

Не вдаваясь в метафоры водопроводных труб и полос движения, я покажу вам формулу передачи напряжения между сопротивлением источника и входным сопротивлением:

V _L = Z _L • V _S / (Z _L + Z _S)

, где

9000 V
9000. V
. вход предусилителя.
В _S = Напряжение на выходе микрофона.
Z _L = Входное сопротивление предусилителя (сопротивление нагрузки микрофона).
З _С = Выходное сопротивление микрофона.
Это можно представить в виде простого делителя напряжения:
Если бы все остальное оставалось постоянным, увеличение импеданса нагрузки «Z _L » приводит к более точному согласованию между выходным напряжением микрофона и входным напряжением микрофона. предусилитель.
Опять же, эта передача максимального напряжения называется «шунтированием импеданса» или, альтернативно, «согласованием напряжения».
Нас интересует шунтирование, а не полное согласование импеданса. Еще раз, если бы мы согласовали импедансы, разница напряжений привела бы к значительным потерям сигнала в предусилителе.
Сопротивление нагрузки в спецификации
Иногда в спецификации микрофона указывается определенное значение для его «рекомендованного импеданса нагрузки» или «номинального импеданса нагрузки».
Микрофонный вход предусилителя должен соответствовать рекомендуемому импедансу нагрузки или превышать его, чтобы микрофон работал оптимально. На самом деле, все остальные характеристики микрофона зависят от соответствия или превышения номинального импеданса нагрузки!
Обратите внимание, что с профессиональным аудиооборудованием такая проблема возникает редко, но об этом стоит знать.
Высокоимпедансные и низкоимпедансные входы и выходы
Как уже говорилось, нам нужен низкий выходной импеданс микрофона и относительно высокий импеданс нагрузки (вход предусилителя).
Современные предусилители «стандартизированы» для обеспечения высокого входного импеданса, поэтому обычно не о чем беспокоиться при подключении импеданса микрофона к предусилителю.
Однако некоторые микшеры и предусилители имеют как микрофонные, так и линейные входы. Важно знать разницу между ними, чтобы правильно соединить микрофон и канал микшера.
Микрофонные входы почти всегда представляют собой гнезда XLR, в то время как линейные входы обычно представляют собой разъемы 1/4″ TRS. Простое подключение микрофона через XLR к микрофонному входу не должно вызвать никаких проблем!
Здесь мы немного коснемся уровня микрофона и линейного уровня.
Уровень микрофона
Источники уровня микрофона находятся в диапазоне от -60 дБВ до -40 дБВ (от 0,001 В до 0,010 В) с выходным сопротивлением, как правило, от 150 Ом до 200 Ом.
Входы микрофонного уровня (часто XLR) на предусилителях и микшерах обычно имеют входное сопротивление не менее 1500 Ом и рассчитаны на напряжение, типичное для сигнала микрофонного уровня.
Линейный уровень
Источники линейного уровня обычно имеют уровень около 0 дБВ (1 В), что в 100–1000 раз превышает напряжение микрофонного уровня.
Полное выходное сопротивление линейного уровня часто составляет от 100 до 600 Ом.
Однако входы линейного уровня (часто TRS) имеют импеданс более 10 000 Ом и рассчитаны на напряжение, типичное для сигнала линейного уровня.
Инструментальный уровень
Источники инструментального уровня находятся где-то между микрофонным и линейным уровнем и часто требуют предусилителя, чтобы поднять их до надлежащего линейного уровня.
Выходное сопротивление инструментального уровня может быть очень высоким. Электрогитара, например, может иметь выходное сопротивление от 7000 Ом до 15 000 Ом или даже выше!
По этой причине линейные входы на предусилителях и микшерах могут иметь переключатель «Hi-Z» или «линия/инструмент».
Пока мы подключаем наши микрофоны к микрофонным входам, нам никогда не придется беспокоиться о микрофонном входе или сопротивлении нагрузки!
Чтобы узнать больше о микрофонах и различных типах сигналов, ознакомьтесь с моей статьей 9. 0006 Выводят ли микрофоны микрофонные, линейные или инструментальные сигналы?
Подключение выхода High-Z к входу «Low-Z»
Выход с высоким импедансом часто приводит к перегрузке предусилителя, если он подается на микрофонный вход с низким импедансом. Это приведет к искажениям и потенциально может даже повредить схему предусилителя!
Если вам нужно, например, подключить клавиатуру (с высоким Z) к микрофонному входу канала микшера (с низким Z) через кабель XLR, рекомендуется установить блок прямого ввода (Direct Inject Box) в линию. для преобразования сигнала с высоким импедансом в сигнал с низким импедансом перед микрофонным входом.
Исходя из того, что мы обсудили, лучше всего подключать блок DI как можно ближе к высокоимпедансному источнику. Более длинный кабель должен передавать преобразованный сигнал с низким импедансом на предусилитель. Это поможет сохранить больше высоких частот аудиосигнала.
Подключение выхода Low-Z к входу High-Z
Вот тут-то и возникает путаница.
Допустим, наш микрофон Low-Z, что идеально. Точно так же вход микшера — Hi-Z, что также идеально. Так в чем проблема?
Проблема в том, что линейные или инструментальные входы Hi-Z ожидают линейный или инструментальный сигнал. Линейные и инструментальные сигналы имеют гораздо более высокое напряжение, чем сигналы микрофонного уровня.
Подключение микрофона Low-Z к инструменту High-Z или линейному входу приводит к низкоуровневому сигналу. Звуковой сигнал будет близок к минимальному уровню шума, поэтому любое усиление на предусилителе также приведет к появлению шума.
Плохое отношение сигнал/шум, мягко говоря, нежелательно!
Опять же, вы, вероятно, не столкнетесь с этой проблемой, если будете использовать простое кабельное соединение XLR между микрофоном и микрофонным входом!
Чтобы узнать больше о потенциальных входах для микрофонов, ознакомьтесь с моей статьей «К чему подключаются микрофоны?». (Полный список микрофонных подключений).
Общие диапазоны импеданса и напряжения различных сигнальных входов и выходов перечислены в таблице ниже:
Тип входа/выхода Типовой диапазон импеданса Типовой диапазон напряжения (номинальное)
Выход микрофонного уровня от 50 до 600 Ом от -60 дБВ (1 мВ _СКЗ) до -40 дБВ (10 мВ _СКЗ)
Вход микрофонного уровня от 1,5 до 15 кОм от -60 дБВ (1 мВ _RMS) до -40 дБВ (10 мВ _RMS)
Инструментальный (Hi-Z) уровень выходного сигнала от 10 кОм до 100 кОм
-20 dBu (77,5 мВ _RMS )
Инструментальный (Hi-Z) вход уровня от 47 кОм до более 10 МОм -20 dBu (77,5 мВ _RMS)
Линейный уровень (профессиональный) Выход от 75 до 600 Ом +4 dBu (1,228 В _RMS )
Линейный уровень (профессиональный) Вход от 10 кОм до 50 кОм +4 dBu (1,228 В _RMS )
Линейный уровень (потребитель) Выход от 75 до 600 Ом -10 дБВ (316 мВ _RMS )
Линейный уровень (потребитель) Вход от 10 кОм до 50 кОм -10 дБВ (316 мВ _СКЗ )
Уровень громкости динамика от 20 дБВ до 40 дБВ (10 В _RMS до 100 В _RMS )
Вход уровня динамика от 4 Ом до 16 Ом
(4,8 или 16 Ом) от 20 дБВ до 40 дБВ (10 В _RMS до 100 В _RMS 2)
Дополнительный выход от 75 до 150 Ом -10 дБВ (0,300 В _RMS )
Дополнительный вход >10 кОм -10 дБВ (0,300 В _СКЗ )
Выход для наушников 0,1 Ом до Н/Д
Выход усилителя для наушников от 0,5 до >120 Ом Н/Д
Вход для наушников от 8 до 600 Ом Н/Д
Импеданс, соединяющий ленточные микрофоны и предусилители
Для оптимальной работы микрофонов требуется, чтобы импеданс нагрузки в 10 раз превышал их выходной импеданс. Пассивные ленточные микрофоны наиболее чувствительны к этому требованию. Итак, давайте поговорим о них как о хорошем примере импедансного моста.
Что происходит, когда полное сопротивление нагрузки слишком низкое?
Когда входное сопротивление предусилителя слишком низкое, подключенный пассивный ленточный микрофон страдает несколькими способами:
Сама лента может демпфироваться, что приводит к ограничению движения и приглушенному звуку.
Требуется большее усиление предусилителя, что может ухудшить отношение сигнал/шум.
Нарушается четкость сигнала микрофона на низких частотах.
В сигнал могут быть внесены искажения и артефакты.
Переходные процессы притуплены.
Верхний ответ скомпрометирован.
Ничего из вышеперечисленного не является тем, что мы обязательно хотим от дорогого ленточного микрофона, поэтому очень важно обеспечить достаточно высокое входное сопротивление предусилителя!
Дополнительную информацию о динамических ленточных микрофонах см. в моей статье «Динамические ленточные микрофоны: подробное руководство».
Выходное сопротивление в зависимости от частоты
Да, выходное сопротивление микрофона зависит от частоты.
Ленточные микрофоны часто имеют характерный для частоты всплеск выходного импеданса, который значительно превышает их номинальное значение импеданса.
На резонансной частоте ленточных микрофонов выходной импеданс может в несколько раз превышать номинальный выходной импеданс.
Например, AEA R84 (ссылка для проверки цены в Sweetwater) имеет номинальное выходное сопротивление 270 Ом и номинальное сопротивление нагрузки 1,2 кОм.
AEA R84 Ленточный микрофон
AEA упоминается в следующих статьях My New Microphone:
• Лучшие бренды микрофонов, о которых вы, вероятно, никогда не слышали
• Лучшие бренды микрофонных предусилителей в мире
Номинальное сопротивление нагрузки составляет всего лишь в 5 раз больше номинального выходного импеданса.
Однако на резонансной частоте R84 (16,5 Гц) фактическое выходное сопротивление достигает 900 Ом и снижается по мере продвижения в слышимый спектр. Чтобы полностью раскрыть низкие частоты AEA R84, предусилитель с входным импедансом до 9кОм было бы необходимо.
AEA рекомендует свой предусилитель TRP2 (ссылка для проверки цены на Amazon) в комплекте с пассивным ленточным микрофоном R84.
AEA TRP2 Ленточный микрофонный предусилитель
TRP2 имеет большое чистое усиление (63 дБ) для усиления низкоуровневых сигналов от пассивного ленточного микрофона R84. Этот микрофонный предусилитель также предназначен для приема и усиления сигналов микрофонного уровня.
В этой статье нас больше интересует входное сопротивление TRP2:
63 кОм при отключенном фантомном питании. Этого более чем достаточно, чтобы получить полный низ от пассивных ленточных микрофонов AEA.
10 кОм при включенном фантомном питании. Этого снова более чем достаточно, чтобы получить полный низ. Этот входной импеданс ниже, поскольку сигналы активного ленточного микрофона требуют меньшего усиления от предусилителя.
Выходное сопротивление микрофона почти всегда увеличивается на низких частотах.
Правильный выбор предусилителя
Большой разброс импеданса по частотной характеристике ленточного микрофона может вызвать некоторые проблемы.
Чтобы раскрыть истинный потенциал ленточного микрофона, требуется предусилитель с очень высоким импедансом. Как обсуждалось выше, возникает несколько проблем, когда предусилитель не имеет достаточно высокого входного сопротивления. Наиболее заметной среди этих проблем является потеря низких частот, где фактический выходной импеданс микрофона очень высок.
Однако изменение «настоящего» звука ленточного микрофона можно использовать творчески.
Многие студийные профессионалы используют различные предусилители для получения разных звуков из одного ленточного микрофона!
Предусилители с переменным импедансом, такие как встроенный предусилитель Cloudlifter CL-Z (ссылка, чтобы узнать цену на Amazon), — это простой и интересный способ изменить звук ленточных микрофонов и всех других микрофонов, если на то пошло.
Cloud Microphones
Cloudlifter Z
Для получения дополнительной информации о микрофонных предусилителях ознакомьтесь со следующими статьями My New Microphone:
• Что такое микрофонный предусилитель и зачем он нужен микрофону?
• Полное руководство по спецификациям микрофонных предусилителей
• Лучшие микрофонные предусилители
Внутренний импеданс конденсаторных капсюлей
Помимо выходного импеданса и импеданса нагрузки, существуют и другие импедансы микрофонов, о которых нам следует знать.
Внутренний импеданс капсюлей конденсаторных микрофонов является основным фактором их конструкции и должен стать частью нашего более подробного обсуждения импеданса микрофонов.
Конструкция капсюля конденсатора основана на конденсаторе с плоскими пластинами. Подвижная диафрагма выполняет роль передней пластины, а задняя пластина является неподвижной.
Этот конденсатор удерживает фиксированный электрический заряд, который подается извне (фантомное питание или внешний источник питания) или через электретный материал, как в случае с электретными микрофонами.
При фиксированном заряде любое изменение емкости вызывает обратно пропорциональное изменение напряжения. Емкость зависит от расстояния между двумя пластинами. Следовательно, когда диафрагма движется вперед и назад и изменяется расстояние между пластинами, создается переменное напряжение (также известное как микрофонный сигнал).
Это элементарное объяснение капсулы/преобразователя электростатического конденсатора. Мы должны понимать, что капсула должна удерживать постоянный электрический заряд, чтобы функционировать должным образом.
Чтобы капсула могла удерживать этот заряд без утечки, она должна иметь невероятно высокое сопротивление. Этот высокий импеданс препятствует рассеиванию электрического заряда за пределы капсулы.
Однако этот высокий импеданс также относится к электрическим проводам, по которым сигнал микрофона выходит из капсюля. Следовательно, в конструкцию конденсаторного микрофона необходимо включить преобразователь импеданса, чтобы эффективно использовать сигнал капсюльного преобразователя.
Чтобы узнать все, что вам нужно знать о микрофонных капсюлях, ознакомьтесь с моей статьей Что такое микрофонный капсюль? (Плюс Топ 3 самых популярных капсул).
Это подводит нас к следующему разделу этого руководства, посвященному импедансу микрофона.
Преобразователи импеданса микрофона
Чтобы реально использовать сигнал с чрезвычайно высоким импедансом от капсюля, конденсаторный микрофон должен иметь в конструкции преобразователь импеданса сразу после капсюля.
Преобразователи импеданса микрофонов (ИС) могут быть ламповыми (как в случае с ламповыми конденсаторными микрофонами) или транзисторными (как в случае с твердотельными/конденсаторными микрофонами на полевых транзисторах).
ИС на электронных лампах и ИС на транзисторах по существу работают одинаково. Они оба требуют приложения внешнего напряжения, чтобы заставить электрический ток проходить через них. Этот ток в конечном итоге будет преобразованным сигналом.
Во время работы микросхемы подается высокоимпедансный сигнал от капсюля, который эффективно модулирует высокоуровневый сигнал с более низким импедансом. Если представить себе преобразователь импеданса как имеющий вход и выход, то микросхема действует как усилитель и преобразователь импеданса.
Изучение преобразователей импеданса микрофона идет намного глубже, чем это объяснение, но это тема для другой статьи. Цель здесь состояла в том, чтобы сообщить вам, что лампы и транзисторы необходимы в конденсаторных микрофонах из-за высокого импеданса конденсаторного капсюля.
Для получения дополнительной информации о конденсаторных микрофонах и преобразователях импеданса ознакомьтесь со следующими статьями My New Microphone:
• Что такое ламповый микрофон и как работают ламповые микрофоны?
• Что такое твердотельный микрофон? (с микрофонными примерами)
• Что такое полевые транзисторы и какова их роль в конструкции микрофонов?
• В чем разница между ламповыми и полевыми микрофонами?
Как усиление предусилителя влияет на сигнал микрофона? Усиление предусилителя повышает уровень сигналов тихого микрофона (от -60 дБВ до -40 дБВ) до мощности сигналов линейного уровня (0 дБВ). Следовательно, усиление предусилителя должно быть в состоянии усилить сигнал микрофона до 60 дБ! Увеличение коэффициента усиления предусилителя может добавить шум, мягкое насыщение или изменить частотную характеристику аудиосигнала.
Чтобы узнать больше об усилении и рекомендуемых микрофонных предусилителях, ознакомьтесь с разделом Что такое усиление микрофона и как оно влияет на микрофонные сигналы? и Лучшие микрофонные предусилители соответственно.
Все ли профессиональные устройства имеют низкий импеданс? Все профессиональные микрофоны считаются низкоимпедансными, но не все профессиональное оборудование является низкоимпедансным. Электрогитары, клавишные и педали эффектов считаются «высокоимпедансными» и даже выдают несбалансированный звук!
Для получения информации обо всех возможных характеристиках микрофона, пожалуйста, перейдите к моей статье Полный список характеристик микрофона (как читать спецификацию) .
Выбор микрофона, подходящего для вашего приложения и бюджета, может оказаться непростой задачей. По этой причине я создал «Полное руководство покупателя моего нового микрофона». Ознакомьтесь с ним, чтобы определиться со следующей покупкой микрофона.
Эта статья была одобрена в соответствии с редакционной политикой My New Microphone.
Сопротивление микрофона — какое значение имеет? – JZ Microphones Латвия
Пришло время сосредоточиться. И под этим я подразумеваю, что мы решили внедрить Месяцев Фокуса в блоге! Тема этого месяца: PREAMPS .
Теперь многие из вас в сообществе недавно спрашивали: какой импеданс мне следует использовать с моим _____? ’ и ’ как работает импеданс? ’. Импеданс одновременно и очень прост, и очень сложен, но чтобы понять, как он влияет на нас в мире аудио, я сделал все возможное, чтобы разбить его для вас на несколько способов.
<noscript><img loading='lazy' src='/800/600/http/i0.wp.com/admarkelov.ru/wp-content/uploads/2017/03/mikr_usil1.jpg?resize=768%2C723&ssl=1' /></noscript> youtube.com/embed/a-vhHtgVxUQ» title=»YouTube video player» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen=»»>
В любом случае, давайте разберем это и углубимся.
Что такое импеданс?
Проще говоря, импеданс — это еще один способ сказать сопротивление. Микрофоны имеют очень низкий выходной импеданс, что позволяет сигналу проходить по длинному отрезку кабеля без ухудшения или потери сигнала, что, по сравнению с очень высоким выходным импедансом, который вы обычно можете найти на сигналах гитары или баса, они с трудом поддерживают. одинаковый сигнал и точность даже на 30-метровом кабеле (отсюда необходимость буферной педали, если у вас большой педальный блок!).
Итак, теперь мы это поняли, мы можем посмотреть на полное сопротивление нагрузки, которое представляет собой простое сопротивление входа предусилителя. Например, нам нужно подумать о трансформаторе: если входное сопротивление трансформатора слишком низкое для выходного сопротивления микрофона, то остальная часть схемы предусилителя должна работать намного усерднее, чтобы передать этот сигнал на выход. предусилитель. Итак, в целом, мы хотим, чтобы импеданс нагрузки предусилителя выполнял большую часть тяжелой работы с более низким импедансом, скажем, микрофона, прямо в начале схемы, чтобы облегчить прохождение сигнала.
Как это влияет на звук микрофона?
Надеюсь, теперь вы понимаете, почему это одновременно и просто, и сложно! Но не волнуйтесь, если вы запутались, нам, как инженерам или продюсерам, действительно необходимо понять влияние на звук и то, как оно меняется от более низких импедансов нагрузки к более высоким. Короче говоря, это должно помочь вам двигаться вперед и упростить обращение к ним, если вам нужно:0032
Более высокие импедансы также имеют тенденцию делать низкие и средние частоты микрофона более плоскими, а также не оказывают демпфирующего эффекта на более высокие частоты
.
Низкий импеданс нагрузки (опять же, относящийся к входу предусилителя) приведет к более низкому выходному сигналу
Low Load Impedances также добавляют больше акцента на низкие и средние частоты, а также значительно улавливают резонансы в нижней части спектра.
Иногда вы обнаружите, что верхние частоты немного приглушены, и микрофону не хватает этой верхней детализации.
Как выбрать правильный импеданс?
Прежде всего, давайте развеем миф, который существует слишком долго; больше не требуется согласовывать импедансы по отношению к микрофонному выходу и входу предусилителя (сопротивление нагрузки) . Это имело место еще во времена ранних телекоммуникационных технологий, поскольку согласование импедансов позволяло передавать более высокую мощность, но в настоящее время мы руководствуемся простым эмпирическим правилом, которое поможет вам в будущем расшифровать, какой импеданс установить для вашего предусилителя. выбор микрофона:
Сопротивление нагрузки входа предусилителя должно быть как минимум в 5 раз больше, чем выходного сопротивления вашего микрофона
Зная это, мы можем продемонстрировать на нескольких примерах в видео выше. Первый пример, BB29, имеет выходное сопротивление 150 Ом, второй пример, Hh2, имеет выходное сопротивление 300 Ом. Выбор предусилителя был довольно простым, чтобы продемонстрировать это должным образом, поскольку ISA One от Focusrite имеет простую кнопку на передней панели для переключения между различными вариантами импеданса нагрузки, что делает его идеальным для быстрого тестирования.
ISA One имеет 4 настройки:
Низкий — 600 Ом
ISA 110 (мы назвали его Mid для видео) — 1400 Ом
Высокий — 2400 Ом
Очень высокий — 6800 Ом.
Небольшой математический анализ позволяет сделать вывод, что BB29 и Hh2 пострадают при самом низком импедансе. В частности, BB29 был довольно заметен на верхних и нижних частотах, но высокие частоты были гораздо более заметными, потому что в любом случае это был довольно яркий микрофон. Hh2 был немного менее заметен в верхнем диапазоне, но содержание нижнего среднего диапазона для наших ушей было совершенно ясным, когда мы переключились на второй вариант импеданса (110 ISA, номинал 1400 Ом).
Мы постарались подобрать капсюли, чтобы обеспечить правильную фазу между обоими микрофонами, несмотря на то, что воспроизводятся разные мелодии. Мы также заменили крышку капсюля Hh2 перед записью.
Отсюда микрофон звучал так, как должен, но мы заметили кое-что, когда переходили к вариантам импеданса нагрузки, которые не часто упоминаются во многих других текущих блогах и видео: динамический диапазон резко отличается, чем выше импеданс нагрузки . Как вы можете видеть на видео выше, от самого низкого до самого высокого импеданса нагрузки (слева направо в проекте) информация о переходных процессах сильно отличается от самого низкого варианта, 600 Ом, до самого высокого варианта 6800 Ом.

Подведем итоги
Итак, в заключение, как мы всегда рекомендовали, самый высокий импеданс лучше всего подходит для любой работы практически с любым микрофоном. Мало того, что микрофон будет работать так, как задумано, это также приведет к более высокому уровню сигнала в целом, лучшему динамическому диапазону и отсутствию ухудшения частотной характеристики микрофона.
Согласование импеданса микрофона с предусилителем
Кмавам
Активный член
20 декабря 2021 г.

Я собираю микрофонный предусилитель Elliott Sound Products, малошумящий микрофонный предусилитель
В записи говорится: «С указанными значениями компонентов согласование импеданса является правильным для микрофона на 600 Ом». Я использую PU5024, https:// www.mouser.com/datasheet/2/334/AOM-5024L-HD-R-1219369.pdf. Этот микрофон имеет выходное сопротивление 2,2 кОм. Я стремлюсь к малому шуму, я не знаю, важно ли согласование импеданса для шума. Мне не нужны затраты на трансформатор. Мне просто подключить это и все, или есть какой-то способ получить лучшее соответствие?
Есть ли для этого наилучшая практика?
Спасибо, Микек
я предполагаю схему из таблицы данных для электретного капсюля
, почему выходное сопротивление 2,2 кОм? это связано с loadR? наверное
В ESPre что если опустить 1200 Ом R1? чем микрофон не изолирован (по переменному току) от выхода предусилителя, если он выключен; можно ли переместить R1 на другую сторону банка? можно ли переместить шапку или удалить?
В записи говорится: «С указанными значениями компонентов согласование импеданса является правильным для микрофона на 600 Ом». Я использую PU5024, https://www.mouser.com/datasheet/2/334/AOM-5024L- HD-R-1219369.pdf. Этот микрофон имеет выходное сопротивление 2,2 кОм
Тогда запись очень неверна.
Фактический выходной импеданс соответствует стоку полевого транзистора, который довольно высок (несколько десятков кОм).
Резистор фидера определяет выходное сопротивление комбинации. Они рекомендуют питание 3 В через резистор 2,2 кОм, но это может быть 6 В через 8,2 кОм или 24 В через 44 кОм, или любая комбинация, которая устанавливает ток на уровне 500 мкА. Может быть, от 500 В до 1 МОм…
«согласование импеданса правильно для микрофона на 600 Ом» — это оксюморон.
Правильное согласование для 600 Ом равно 600 Ом. Период. Предусилитель имеет входное сопротивление около 1300 Ом. Это не соответствует. Согласование импеданса — это концепция, которая оптимизирует передачу мощности и фазовую характеристику в длинных линиях (несколько миль) и видеоприложениях.
Теперь динамические микрофоны должны быть мостовыми , что означает, что они должны быть нагружены как минимум в 10 раз больше их номинального импеданса. Вот почему многие предусилители имеют фактический входной импеданс около 2 кОм для размещения микрофонов на 200 Ом. Для микрофона на 600 Ом оно должно быть не менее 6 кОм. Это далеко не так.
Теперь есть еще один очень важный аспект импеданса, а именно OSI — оптимальный импеданс источника, который определяет шумовые характеристики комбинации микрофон/предусилитель.
Мне лень делать расчеты, но я полагаю, что OSI этого предусилителя составляет около 1,5 кОм.
И в любом случае, даже с микрофоном с импедансом, равным OSI, коэффициент шума будет как минимум 2, что означает шум на 6 дБ больше, чем можно было бы достичь с более подходящей схемой.
Тогда запись очень неверна.
Фактический выходной импеданс соответствует стоку полевого транзистора, который довольно высок (несколько десятков кОм).
Резистор фидера определяет выходное сопротивление комбинации. Они рекомендуют питание 3 В через резистор 2,2 кОм, но это может быть 6 В через 8,2 кОм или 24 В через 44 кОм, или любая комбинация, которая устанавливает ток на уровне 500 мкА. Возможно, 500 В через 1 МОм…
«согласование импеданса правильно для микрофона на 600 Ом» — это оксюморон.
Правильное согласование для 600 Ом равно 600 Ом. Период. Предусилитель имеет входное сопротивление около 1300 Ом. Это не соответствует. Согласование импеданса — это концепция, которая оптимизирует передачу мощности и фазовую характеристику в длинных линиях (несколько миль) и видеоприложениях.
Теперь динамические микрофоны должны быть мостовыми , что означает, что они должны быть нагружены как минимум в 10 раз больше их номинального импеданса. Вот почему многие предусилители имеют фактический входной импеданс около 2 кОм для размещения микрофонов на 200 Ом. Для микрофона на 600 Ом оно должно быть не менее 6 кОм. Это далеко не так.
Теперь есть еще один очень важный аспект импеданса, а именно OSI — оптимальный импеданс источника, который определяет шумовые характеристики комбинации микрофон/предусилитель.
Мне лень делать расчеты, но я полагаю, что OSI этого предусилителя составляет около 1,5 кОм.
И в любом случае, даже с микрофоном с импедансом, равным OSI, коэффициент шума будет как минимум 2, что означает шум на 6 дБ больше, чем можно было бы достичь с более подходящей схемой.
Я заметил, что увеличение резистора обратной связи этого предусилителя увеличивает входное сопротивление. Должен ли я установить обратную связь, чтобы я получил входное сопротивление 22 кОм, а затем управлял микрофоном с помощью 3 В и резистора 2,2 кОм. Затем просто добавить еще один каскад усиления, чтобы получить необходимое усиление?
В результате чувствительность в открытом состоянии (без нагрузки) увеличивается примерно на то же соотношение, что и 56/2,2, или примерно на 28 дБ. Но тогда выходное сопротивление около 50 кОм.
Предусилитель имеет импеданс около 1300 Ом, поэтому он ослабляет сигнал в 50/1,3 раза или примерно на 32 дБ.
Сочетание затухания и усиления приводит к почти одинаковой общей чувствительности.
Это нормально, поскольку полевой транзистор в капсуле действует как генератор тока, а схема — как усилитель тока виртуальной земли
Для понимания отмены фаз требуются только базовые знания тригонометрии.
Шум более сложен, но вы можете обойтись изучением нескольких основных рецептов.
Просто нужно быть уверенным, что гиганты, на плечах которых мы стоим, знали свое дело.
Как, по-вашему, я сбежал все эти годы?
Это превосходно звучащий предусилитель от ESP, обожаю его на кабинетах Tom’s и гитарных кабинетах, петля обратной связи затрудняет клиппирование входного сигнала, поэтому он работает хорошо, несмотря на высокое выходное сопротивление. Он отлично работает со всеми видами микрофонов. Если вы используете версию с операционным усилителем, она также будет иметь низкое выходное сопротивление. Усиление всего 40 дБ, так что это хорошо только для громких вещей. Он хочет колебаться с низким коэффициентом усиления. Вы можете вылечить это, ограничив пропускную способность.
Это потрясающе звучащий предусилитель от ESP, который нравится на кабинетах Tom’s и гитарных кабинетах. Петля обратной связи затрудняет клиппирование входного сигнала, поэтому он работает хорошо, несмотря на высокое выходное сопротивление.
Прекрасно работает со всеми типами микрофонов. Если вы используете версию с операционным усилителем, она также будет иметь низкое выходное сопротивление. Усиление всего 40 дБ, так что это хорошо только для громких вещей. Он хочет колебаться с низким коэффициентом усиления. Вы можете вылечить это, ограничив пропускную способность.
Я не уверен, относится ли это обсуждение к тому, что я создал, или к #66. Я измеряю тот, который я построил, чтобы иметь выходное сопротивление 450 Ом. Хотя форма сигнала искажается и требуется увеличение R4 до 20k, чтобы избавиться от искажения. Это также уменьшило усиление с 40 до 20. У меня есть аудио-автоформер с 13 ответвлениями, который я использую, кажется, что вход 2,5 кОм на выход 150 Ом, питающий мои наушники, дает максимальный звук,
FWIW, я слышу разницу в шуме между резистором 100 Ом и резистором 12 кОм на входе при усилении без обратной связи. (около 3500). разницы не слышу
между резистором 100 Ом и коротким замыканием на входе. Может быть, когда я получу лучшие транзисторы.
Микек
Этот резистор определяет входной импеданс предусилителя и необходим для управления THD.
Уменьшение его размера не только нагрузит микрофон таким образом, что он будет плохо звучать, но также значительно увеличит усиление и искажения.
Схема основана на отрицательной обратной связи между напряжением и током для управления искажениями и усилением, но имеет большой недостаток. Чтобы получить достаточную отрицательную обратную связь, импеданс, который он видит, должен быть относительно высоким, что в этом случае достигается путем добавления резистора 1,2 кОм, а резисторы добавляют шум.
Это просто неправильная топология для проектирования с низким уровнем шума.
Это хорошо известно.
Существует множество источников, сравнивающих инвертирующую и неинвертирующую топологии на основе операционных усилителей, и известно, что инвертирующая топология имеет заметный недостаток шума.
Двухтранзисторный предусилитель ESP представляет собой инвертирующую схему.
Этот резистор определяет входной импеданс предусилителя и необходим для управления THD.
Уменьшение его размера не только нагрузит микрофон таким образом, что он будет плохо звучать, но также значительно увеличит усиление и искажения.
Схема основана на отрицательной обратной связи между напряжением и током для управления искажениями и усилением, но имеет большой недостаток. Чтобы получить достаточную отрицательную обратную связь, импеданс, который он видит, должен быть относительно высоким, что в этом случае достигается путем добавления резистора 1,2 кОм, а резисторы добавляют шум.
Это просто неправильная топология для проектирования с низким уровнем шума.
Это хорошо известно.
Существует множество источников, сравнивающих инвертирующую и неинвертирующую топологии на основе операционных усилителей, и известно, что инвертирующая топология имеет заметный недостаток шума.
Двухтранзисторный предусилитель ESP представляет собой инвертирующую схему.
Я надеялся на простую транзисторную схему. У меня есть несколько операционных усилителей TL071, но у меня есть заказ на digikey, у вас есть любимая малошумящая схема с микросхемой, которую я мог бы заказать? Кроме того, если его коэффициент усиления ниже, мне понадобится усилитель для наушников. Также я хотел бы иметь микрофон с более низким уровнем шума по сравнению с тем, что у меня есть сейчас, какие-либо рекомендации? Вопросы открыты для любого, чтобы ответить.
Спасибо, Микек
Теория электроники выше моего понимания, но мне любопытно, что выйдет из этого обсуждения.
У меня также есть несколько 5024, для которых я хотел бы предусилитель с низким уровнем шума (и PIP). Хотя я пропущу усилитель для наушников и выведу стереофоническую линию в линейный вход моего портативного рекордера (и монитор для наушников оттуда).
Пожалуйста, продолжайте!
Когда упоминается термин импеданс, люди бегут! Однако для тех, кто понимает концепцию импеданса, все еще существует много неправильных представлений о том, как он относится к микрофонам, особенно к пассивным ленточным микрофонам. Изучение того, как импеданс предусилителя может повлиять на ваши ленточные микрофоны, откроет вам новый мир звуков и тембров.
Каждое электронное оборудование имеет импеданс. Электрический импеданс — это измерение сопротивления, которое цепь оказывает току при приложении напряжения. Каждый микрофон, предусилитель, преобразователь, компрессор и магнитофон имеют выходное и входное сопротивление. Ваш телефон, компьютер и даже тостер имеют импеданс.
В большинстве повседневных ситуаций импеданс — это то, о чем вам не нужно беспокоиться или учитывать. Но когда вы находитесь в студии звукозаписи, сопротивление различных частей вашего оборудования может оказать существенное влияние на тональность ваших записей.
Пассивные ленточные микрофоны должны быть правильно согласованы с входным импедансом предусилителя, чтобы полностью раскрыть свой потенциал. Если импеданс предусилителя слишком низкий, микрофону придется работать больше, чтобы генерировать правильный сигнал. Когда это происходит, низкие частоты звука микрофона будут ограничены, а переходная характеристика будет звучать плоско, ухудшая общую производительность микрофона.
Миф об импедансе
Распространенное заблуждение состоит в том, что импеданс входа предусилителя должен соответствовать импедансу микрофона. Эта идея «согласования» родилась из ранних телекоммуникационных технологий, когда согласование импеданса микрофона с импедансом предусилителя было необходимо для получения максимальной передачи мощности. Это уже не так.
Согласно сегодняшнему правилу, чтобы обеспечить полную частотную характеристику, пассивный ленточный микрофон должен иметь входное сопротивление, по крайней мере, в пять раз превышающее выходное сопротивление. Это означает, что если микрофон имеет выходное сопротивление 300 Ом, предусилитель должен иметь входное сопротивление от 1200 до 1500 Ом. Мы рекомендуем предусилитель с входным сопротивлением, как минимум в десять раз превышающим выходное сопротивление микрофона, чтобы обеспечить оптимальную производительность.
Thunderous Low-End
Каждый ленточный микрофон имеет резонансную частоту. Все микрофоны AEA Big Ribbon настроены на резонансную частоту 16,5 Гц, что ниже порога человеческого слуха. Это то, что дает нашим микрофонам такое потрясающее низкочастотное звучание. Чтобы захватить полный звуковой спектр микрофона AEA, пользователь должен убедиться, что предусилитель имеет достаточно высокое сопротивление для конкретного микрофона. Основное правило: чем выше входной импеданс предварительного усилителя, тем лучше он подходит для воспроизведения полного диапазона ленточного микрофона.
Когда импеданс предусилителя слишком низкий и он не может справиться с импедансом микрофона, может произойти несколько вещей.
1. Лента может стать демпфированной, что означает ограничение ее движения. Это часто делает звук микрофона глухим.
2. Обычно требуется большее усиление предусилителя, что, в свою очередь, добавляет дополнительный шум к записи.
3. Микрофон не улавливает столько низких частот, что может вызвать искажения или другие нежелательные артефакты, а переходные и верхние частоты могут быть нарушены.
A Изменение импеданса
Импеданс микрофона изменяется на разных частотах. На рисунке А вы можете видеть, что импеданс постоянно находится в районе 250 Ом до примерно 500 Гц, где импеданс начинает резко увеличиваться почти до 2000 Ом.
Рисунок A Пассивные большие ленточные микрофоны
компании AEA имеют номинальный импеданс 270 Ом. Однако при их резонансной частоте 16,5 Гц импеданс может достигать 900 Ом. Чтобы по-настоящему уловить низкие частоты, вам понадобится предусилитель с входным сопротивлением до 9 Ом.к! Это важно, потому что стандартный предусилитель с входным импедансом 1,2 кОм или ниже не будет записывать подлинные низкие частоты, присущие нашим пассивным ленточным микрофонам.
Оптимизированы ли ваши предусилители для пассивных лент?
Пассивные ленточные микрофоны зависят от импеданса предусилителя. С 2005 года AEA производит предусилители с чрезвычайно высоким входным сопротивлением, которое варьируется от 10 кОм до 63 кОм. Это оптимально для пассивных ленточных микрофонов.
Пассивный R84 любит предусилитель с высоким входным сопротивлением!
Эти предусилители также обеспечивают очень высокий уровень усиления 81 дБ и выше. Этот уровень усиления является еще одним преимуществом специально разработанного предусилителя с более высоким импедансом, предназначенного для ленточных (или динамических) микрофонов. Большинство современных предусилителей обеспечивают усиление всего от 45 до 65 дБ, что недостаточно для пассивной ленты.
Наши топовые предусилители TRP2, RPQ2 и RPQ500 даже имеют встроенный ленточный эквалайзер, позволяющий пользователям уменьшить эффект близости и усилить высокие частоты ленточного микрофона. Независимо от того, какой микрофон используется, эти предусилители помогают раскрыть весь потенциал звука микрофона.
Активные ленточные микрофоны
Ленточные микрофоны с активной схемой не так зависят от предусилителя, как пассивные микрофоны, поэтому они и были разработаны. Электроника в активных микрофонах AEA позволяет микрофону раскрыть весь свой звуковой потенциал на 100% независимо от входных характеристик предусилителя.
Ленточный элемент в современных активных микрофонах, таких как AEA N22 и R84A, всегда имеет идеальный импеданс, независимо от используемого предусилителя. Производительность активного микрофона никогда не снижается из-за неправильной загрузки, что делает его гораздо более удобным для использования в различных приложениях.
Активные ленты часто более практичны для гастролирующих групп, которые никогда не знают, какой предусилитель они будут использовать в разных местах. Это обеспечивает гибкость готового к работе ленточного микрофона, который использует стандартное 48-вольтовое фантомное питание для внутренней схемы.
В двух словах
Выбирая предусилитель для пассивного ленточного микрофона, убедитесь, что он имеет достаточно высокий импеданс, чтобы поместиться в микрофон, и достаточное чистое усиление с низким уровнем шума. Мы рекомендуем ленточные предусилители AEA, но есть и другие марки превосходных предусилителей. Подбор микрофона к правильному предусилителю имеет решающее значение для успеха.
Помня о том, что высококачественное профессиональное звуковое оборудование не может быть дешевым, обязательно используйте предусилитель от известного производителя, который обеспечивает все, что нужно вашему пассивному ленточному микрофону для оптимальной работы. В противном случае приобретите активный ленточный микрофон, который можно без проблем использовать с большинством современных предусилителей.
Подбор микрофона к правильному предусилителю имеет решающее значение для успеха.
Хитрости
Активные и пассивные ленты: в чем разница?
Деловые хитрости
Что выбрать: активный ленточный микрофон или ленточный предусилитель?
Активная лента, ленточный предусилитель или и то, и другое?
Деловые хитрости
Что такое активный ленточный микрофон?
Рекомендуемые продукты
Входное сопротивление — какое значение имеет номинальное сопротивление в Омах?
Мы — «Плохие гуру сома»*, и поэтому мы разбили объяснения на две статьи: Устройства ввода такие как инструменты и предусилители, и устройства вывода , обычно кабинеты динамиков или наушники. Эта статья о стороне ВХОДА, о том, что вы подключаете к усилителю. Есть еще один FAQ, в котором говорится об импедансе с точки зрения динамика или выхода.
Что такое импеданс и омы?
Когда вы подключаете микрофон, инструмент или предусилитель ко входу усилителя, это устройство становится частью цепи. При разработке усилителя тщательно подбирались все его компоненты, и их значения и характеристики имеют решающее значение для получения желаемых результатов. Вполне логично, что если вы подключите что-то, что не соответствует тому, на что рассчитан усилитель или предусилитель, могут произойти странные и/или опасные вещи. Эта статья представляет собой краткий обзор, который должен помочь вам понять, что с чем работает, а что нет и почему.
Какое мне дело?
Потому что это может заставить вас звучать ПЛОХО или означает, что вы можете купить что-то, что не будет работать должным образом с оборудованием, которое у вас уже есть.
Полное сопротивление выражается в омах, , что обычно является мерой сопротивления, но импеданс включает в себя больше, чем просто сопротивление. Вы увидите значения, выраженные в «Омах» или представленные символом омега: «». Вы также увидите «K» (представляющий тысячу) и «M» (представляющий миллион) с числовым значением. Таким образом, 100 К выражает 100 000 Ом, 1 М – один миллион Ом или 1 МОм.
Вещи, которые вы подключаете к усилителю:
Мы можем сгруппировать значения импеданса устройства ввода в три основные категории. Они идентифицируются не по конкретному импедансу устройства, а по значению импеданса, совместимому с входным разъемом. Конкретные разъемы не всегда определяют импеданс; невероятно распространенный ¼-дюймовый разъем может быть практически любым, включая подключение динамиков! Проверьте документацию по продукту.
НИЗКИЙ Импеданс , например, многие микрофоны (некоторые могут быть с высоким импедансом, проверьте характеристики) и выходы от DI (прямой впрыск, прямой). Обычно это устройства со штекерными выходами XLR. Приблизительное сопротивление составляет 600 Ом, но может варьироваться в этом диапазоне. Входы на устройствах обычно представляют собой разъемы XLR, хотя в некоторых случаях могут быть разъемы TRS (стерео, трехпроводные) ¼ дюйма (хотя соединения TRS также могут быть с высоким или сверхвысоким импедансом).
Устройства с низким импедансом обычно (но не только) подключаются к платам громкой связи, инструментальным усилителям и предусилителям с входными разъемами XLR 150–600. Тем не менее, вы также найдете некоторые случаи, когда используются ¼-дюймовые TRS и моноджеки, но обычно в сочетании с источником питания (фантомное питание)
HIGH Impedance , например, большинство звукоснимателей и инструментов для электрогитар и бас-гитар, некоторые ( обычно более низкие цены) Микрофоны (некоторые могут быть с низким импедансом, проверьте характеристики), большинство блоков эффектов, большинство предусилителей и инструментальных «процессоров» (педальные эффекты), некоторые из которых могут иметь выходные разъемы как с низким, так и с высоким импедансом. «Высокий», вероятно, является наиболее распространенным значением входного импеданса в нашем музыкальном мире ввода, и общий термин «высокий импеданс» используется довольно часто.
Устройства с высоким импедансом чаще всего (но не только) подключаются к высокоимпедансным ¼-дюймовым разъемам для наушников в инструментальных усилителях, платах звукоусиления, блоках эффектов, предусилителях и т. д. Значения входного импеданса различаются, но некоторые типичные значения составляют 44K, 220K , 60 K (обычно активный) и 800 K, 100 K (обычно пассивный). Можно подключать приборы и устройства с высоким импедансом к входам со сверхвысоким импедансом (1 МОм и выше).
СВЕРХВЫСОКОЕ Сопротивление является наименее распространенным в общем использовании, но чаще всего встречается с пьезодатчиками (датчиками), которые воспринимают вибрацию, такими как большинство звукоснимателей Upright Bass и преобразователи под седлом в электроакустических гитарах и бас-гитарах. Если у инструмента есть предусилитель (с батареей, а не только с пассивным управлением), он, скорее всего, будет иметь высокий импеданс (выходной разъем ¼ дюйма) или низкий импеданс, если есть разъем XLR. Если пассивный, усилитель или предусилитель должен иметь входное сопротивление в один МОм (один миллион Ом, также выражается как 1 МОм или 1 МОм) или выше.
Датчики со сверхвысоким сопротивлением чаще всего подключаются к инструментальным усилителям и предусилителям с входным сопротивлением 1 МОм или выше. Хотя вы можете подключить их к входам с высоким импедансом, вы часто будете слышать нежелательные характеристики из-за разницы (см. ниже).
Что произойдет в случае несоответствия?
Это зависит от устройства ввода и характеристик разъема усилителя. Во многих случаях вы ничего не получите, очень низкий уровень сигнала, искажения или, возможно, гудение или гудение. В случае со сверхвысоким пьезодатчиком (как и у большинства вертикальных басовых звукоснимателей) и в усилителе с высоким импедансом «бас-гитары» (который предполагает высокие импедансы в диапазоне бас-гитары), вы обычно услышите артефакты несоответствия в Это тонкая, своего рода «шарлатанская» басовая характеристика, что сделает нас, басистов, очень несчастными — несоответствие импеданса на самом деле создает своего рода «фильтр», отсекающий определенные частоты. Это не так заметно на инструментах с более высоким тоном, эти артефакты сильнее всего влияют на низкие частоты. К вашему сведению: можно подключать инструменты и устройства с высоким импедансом к входам со сверхвысоким импедансом.
Как избежать несоответствия?
Наиболее распространенным решением является использование предусилителя с буферизацией импеданса, который обычно предназначен для акустических инструментов и имеет входное сопротивление 1 МОм (1 мегаом или 1 миллион Ом) или выше. Существует множество устройств, от простых базовых предусилителей, которые мало что предлагают, до тех, которые имеют широкий спектр функций для управления звуком. Существует также множество усилителей с входным сопротивлением, подходящим для преобразователей пьезоэлектрического типа, поэтому внешний предусилитель не требуется.
Часто задаваемые вопросы о входах усилителя:
Могу ли я просто использовать адаптер, который заменяет кабель XLR на штекер ¼ дюйма?
Нет. Ну, вы можете, но этого недостаточно, единственный способ сделать их по-настоящему совместимыми — использовать адаптер/трансформатор. В противном случае это, вероятно, будет craptastic.
У моего усилителя два входа, один помечен как высокий, другой низкий, это импеданс?
Вероятно, нет. Наиболее распространенным значением этих меток является уровень сигнала, например, для активного (например, бас-гитара с предусилителем на борту) или пассивного инструмента (без встроенной батареи или предусилителя). К сожалению, это не универсальное значение, поэтому опыт подскажет, что для чего. Вам нужно будет обратиться к разделу «Технические характеристики» руководства по эксплуатации вашего усилителя, чтобы узнать фактическое значение импеданса — , если это задокументировано.
Могу ли я подключить выход одного усилителя ко входу другого, чтобы сделать его громче?
Кабели могут позволить вам, но, пожалуйста, не делайте этого — вы, скорее всего, взорвете один или оба усилителя. Даже не думай об этом.
Мой усилитель работает недостаточно громко. Если я куплю предусилитель, будет ли это громче?
Возможно, если то, что вы усиливаете, имеет низкий уровень сигнала, но более вероятно, что этого не произойдет. Например, если у вас есть усилитель мощностью 100 Вт, это все, что вы от него получите, что бы вы ни делали. У большинства усилителей есть два регулятора громкости: один для входного усиления, а второй — мастер-громкость. Как вы, возможно, уже выяснили, если вы выкрутите их оба на максимум (или единственный регулятор громкости на усилителе, если он есть), это будет звучать довольно ужасно. Добавление предварительного усилителя только увеличит уровень входной громкости, что только увеличит его уровень ужаса.
Я использую предусилитель, но он искажает звук; или сделать звук мутным; или…
Типичный усилитель для музыкальных инструментов (только усилитель, без динамика) или комбо (усилитель и динамик) имеет внутри предусилитель. Функция предварительного усилителя состоит в том, чтобы увеличить уровень сигнала от уровня инструмента (от вашего баса), чтобы он был достаточно высоким, чтобы управлять усилителем. Когда мы добавляем «внешний» предусилитель, можно перегрузить предусилитель усилителя, а также перегрузить секцию усилителя слишком сильным сигналом от предусилителя усилителя. Обычно это приводит к искажению или иному перенасыщению звука. Уменьшите громкость на одном или обоих внешних и встроенных предусилителях, пока звук не улучшится.
* «Больные омические гуру» — это анаграмма для «Gollihur Music». Разве это не набухание?
Динамическое усиление микрофона — Naiant Studio
изображение предоставлено Википедией и PixLoger (с Pixabay) Решения для усилителей мощности. Этот пост попытается пролить свет на этот вопрос.
Микрофоны можно разделить на две категории наиболее распространенных типов: динамические и конденсаторные микрофоны. Две категории микрофонов имеют почти противоположные характеристики с точки зрения импеданса и выходного уровня; Капсюль конденсатора имеет чрезвычайно высокий импеданс (то есть его способность подавать ток очень ограничена), так что требуется усилитель на капсюле, но капсюль дает высокое выходное напряжение.
Динамические микрофоны, напротив, имеют низкий импеданс и низкую выходную мощность, поэтому в микрофоне не требуется усилитель. На практике подавляющее большинство динамических микрофонов не содержат усилителей (за исключением нескольких ленточных микрофонов).
Динамические микрофоны можно дополнительно классифицировать как микрофоны с подвижной катушкой или ленточные микрофоны. Любая конструкция похожа с электрической точки зрения; то есть низкий импеданс и низкий выход. На самом деле, оба они настолько низки, что наводят на мысль о полезности повышающего трансформатора внутри микрофона, который используется в большинстве динамических микрофонов.
Электрические характеристики динамического микрофона
Во-первых, краткий обзор концепций уровня сигнала и импеданса. Уровень сигнала измеряется разомкнутым (или ненагруженным) выходом устройства и выражается либо в виде 9Чувствительность 0212 в децибелах (чаще всего дБВ, что означает относительно 1 VRMS) или непосредственно как напряжение. Любая мера будет предназначена для сигнала 1 Па (94 дБ УЗД) на капсюле. Итак, мы можем найти спецификацию для динамического микрофона, которая гласит:
Чувствительность: 2 мВ/Па (-54 дБВ/Па)
Мы также должны найти спецификацию микрофона на выходе или импеданс источника . Выходное сопротивление можно просто рассматривать как способность подавать ток или вместо этого его способность управлять нагрузкой. Эта цифра для стандартного профессионального микрофона номинально составляет 150 Ом, а на практике будет варьироваться от 50 до 300 Ом. Стандартный профессиональный микрофонный усилитель имеет номинальное сопротивление 1,5 кОм, но можно найти модели с импедансом от 600 Ом до 4 кОм и даже выше. Некоторые модели могут иметь функцию переменного входного импеданса, которая может обеспечивать нагрузку до 150 Ом.
Два типа элементов динамического микрофона на самом деле имеют очень низкий импеданс источника; в диапазоне нескольких омов для микрофонов с подвижной катушкой и лишь небольшой доли ома для ленточного элемента. Однако выходной сигнал этих капсюлей еще ниже, чем типичная чувствительность полного динамического микрофона от -60 до -50 дБВ/Па.
На самом деле, их выходы настолько слабы, что любому усилителю будет сложно напрямую подключиться и обеспечить приемлемое соотношение сигнал/шум. Таким образом, повышающий трансформатор помещается внутрь большинства динамических микрофонов для повышения уровня их выходного сигнала за счет увеличения импеданса: трансформатор — это удобное устройство, которое позволяет нам менять напряжение на ток и наоборот, в зависимости соотношение двух катушек устройства. Это также означает, что коэффициент импеданса равен квадрату коэффициента трансформации, так что для трансформатора с подвижной катушкой 1:4 выходной импеданс увеличивается в 16 раз, а для ленточного трансформатора 1:40 — в 10 раз. 1600! Но нас устраивает импеданс источника в диапазоне 150 Ом, и нам нужно увеличить выходную мощность, так что это честная сделка.
Динамическое усиление микрофона
Стандартная инженерная практика для передачи слабого сигнала на звуковой частоте заключается в импедансе моста . Это означает, что импеданс нагрузки должен быть больше, чем импеданс источника, чтобы свести к минимуму потери сигнала (напряжения). Это противоречит концепции согласования импеданса , которая максимизирует передачу мощности, что не касается нас при усилении слабого сигнала (согласование импеданса важно при передаче радиочастотного сигнала, что выходит за рамки этой статьи). Как правило, рекомендуется, чтобы соотношение импедансов составляло 1:10 или больше, что, таким образом, реализуется для стандартных импедансов микрофона и усилителя 150 Ом и 1,5 кОм.
Там, где импедансы простые (то есть они не зависят от частоты), мы можем описать потери сигнала для любой частоты следующим уравнением:
Vвых = Vin * Zнагрузка / (Zнагрузка + Zисточник) для стандартных цифр потери сигнала составляют:
Vвых = Vin * 1500 / (150 + 1500) = 0,909 Vin
Преобразование в децибелы:
Vвых = 20 * log (0,909) = -0,8 dB
Действительно минимально!
Итак, мы успешно разработали динамический микрофон с приемлемым выходным уровнем и импедансом, используя повышающий трансформатор, и подключили его к усилителю с подходящим входным импедансом. Давайте уделим немного времени и посмотрим, почему было важно увеличить его выходной уровень с помощью повышающего трансформатора: шум!
Шум в микрофонах и усилителях
При усилении слабого сигнала основной проблемой является шум. Все электронные устройства имеют шум, поэтому наша работа как инженеров состоит в том, чтобы выбрать компоненты схемы, которые максимизируют динамический диапазон, сводя к минимуму накопление шума в цепи аудиосигнала. Важно понимать, что все схемы имеют шум. Любой, кто называет схему «бесшумной», что-то продает! Итак, давайте посмотрим на наши основные источники шума в динамической цепочке сигналов микрофона.
Первым источником шума является сам капсюль микрофона. В конденсаторном микрофоне этот капсюль должен иметь схему усилителя, поэтому нам дается спецификация для собственного шума микрофона, который в основном представляет собой активный шум схемы усилителя, но также включает шум капсюля. Он дан относительно выхода микрофона, например:
Собственный шум: 18 дБА
Это указывает на то, что шум микрофона предположительно эквивалентен такому уровню акустического шума на капсюле микрофона. Это немного сложно, точно ли эта мера точна, тем более, что существуют разные весовые коэффициенты , которые можно применять. В этом примере используется A-взвешивание , что является наиболее щедрым с точки зрения получения небольшого числа для этой спецификации. Есть и другие, такие как квазипиковый CCIR , которые предназначены для более точного измерения, сравнимого с акустическим шумом, но это не важно для данной статьи. Важно то, что какую бы меру шума мы ни использовали, мы можем объединить это значение с чувствительностью микрофона, чтобы получить абсолютный коэффициент шума. Допустим, это для конденсаторного микрофона, который в десять раз чувствительнее нашего динамического микрофона, то есть:
Чувствительность: 20 мВ/PA (-34DBV/PA)
Использование этой формулы:
Уровень шума = чувствительность-94DB +—340213
2 = -34DBV
= -34DBV
. 2) / Vnoisemic
Вы получили 0,5 дБ для усилителя EIN -120 дБА? Большой! А для усилителя EIN -114 дБА: 1,5 дБ? Выдающийся! Если нет, то вам придется поверить мне на слово 😉 А если бы вы использовали усилитель EIN -110 дБА? 3 дБ, конечно!
Итак, мы видим, что спецификация EIN усилителя имеет решающее значение для поддержания хорошего отношения сигнал/шум в нашей сигнальной цепочке. К счастью, для конденсаторных микрофонов это, как правило, несложно, так как большинство профессиональных микрофонных усилителей имеют EIN значительно ниже -120 дБА. Самые тихие микрофонные усилители имеют EIN на несколько децибел ниже -130 дБА.
На этом этапе нам нужно обсудить весовые коэффициенты и ссылки на сигналы, потому что здесь вы увидите различия. Микрофонные усилители по причинам исторического интереса часто указываются в dBu, а не в dBV (которые используются почти во всех микрофонах). Разница в том, что dBu на 2,2 дБ выше, не забывайте об этом! Кроме того, микрофонный усилитель может быть определен как взвешенный по шкале А, невзвешенный, или и то, и другое, или даже что-то еще! Обязательно сравните понравившиеся ссылки! А если EIN вообще не указан, насторожитесь!
Итак, если у нас есть очень тихий микрофонный усилитель -134 дБА и мы хотим ограничить коэффициент шума до 1,5 дБ, мы должны убедиться, что выходной шум нашего микрофона выше -128 дБА.
Но подождите, динамические микрофоны обычно не имеют характеристик шума? Они бесшумные? Нет, не они, у них тепловые шумы . Может быть немного сложно рассчитать шумовую характеристику динамического микрофона, но надежная оценка заключается в использовании его выходного импеданса. Допустим, наихудший случай — 300 Ом: уравнение теплового шума говорит (для полосы пропускания 10 кГц, что приблизительно соответствует A-взвешиванию, и стандартной комнатной температуре): 9-23 * 300K * 300 Ом) * sqrt (10 кГц) = -133 дБА
Я устал от всей этой математики, давайте отдохнем!
…
Итак, мы вернулись. Итак, мы видим, что даже если бы мы нашли волшебный бесшумный микрофонный усилитель, мы все равно застряли бы примерно на том же уровне теплового шума. Мы можем немного подавить это, используя самые лучшие микрофонные трансформаторы с самым низким сопротивлением, которые мы можем найти, и мы получим несколько децибел, но это все, что мы можем сделать.
Итак, если мы возьмем -134 дБА в качестве наилучшего абсолютного минимального уровня шума, нам просто нужно сравнить его с чувствительностью нашего микрофона, чтобы вычислить эффективный собственный шум:
Собственный шум = 94 дБ – (-54 дБВ/Па) + (-134 дБА) = 14 дБА
Эй, не так уж и плохо, если мы все сделаем *идеально*, мы получим собственный шум, сравнимый с конденсаторным микрофоном.
Шум и усиление
Часто говорят, что динамические микрофоны при использовании с тихими источниками (<94dBSPL) требуют «большого чистого усиления». По сути верно, но как это измерить? Есть два определения «чистота» и «усиление», которые охватывают три характеристики усилителей: шум, искажение и усиление. Вполне возможно разработать усилитель с большим коэффициентом усиления, особенно если мы выберем топологию схемы, такую как операционный усилитель («ОУ»). Типичная спецификация операционного усилителя дает коэффициент усиления порядка 120 дБ+! Нам столько не надо, надеюсь! И на самом деле, часто можно увидеть микрофонный предусилитель общего назначения с максимальным усилением порядка +40-60 дБ. Более высокие коэффициенты усиления могут быть доступны в специализированных динамических микрофонных предусилителях. Тем не менее, мы должны задаться вопросом, действительно ли кому-нибудь нужно усиление более +60 дБ от предусилителя? Для приложения для записи, вероятно, нет: мы уже выяснили, что наш абсолютный минимальный уровень шума составляет около -134 дБА; плюс +60дБ будет -74дБ. Какое устройство, которое мы кормим, имеет более высокий уровень шума, чем это? Если мы используем аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который имеет 0dBFS = +19dBu (15dB запаса выше +4dBu, типичная спецификация), что составляет +17dBV, это означает, что уровень шума -84dBA (10dB ниже нашего входящего шума этаж) дает динамический диапазон всего 101 дБ. Это не очень хорошая характеристика для современного АЦП, даже в портативном устройстве! Обычно мы ожидаем динамический диапазон не менее 110 дБ. Ясно, что коэффициент усиления 60 дБ более чем достаточен для предусилителя, чтобы любой микрофон мог питать АЦП.
Тем не менее, безусловно, может быть удобно иметь большее усиление, особенно если вы пытаетесь согласовать уровни с микрофонами с более горячим выходом или напрямую питаете усилитель мощности. Но давайте будем осторожны, чтобы не стремиться к большему усилению, которое необходимо, просто в погоне за более высоким пиковым уровнем сигнала, который на самом деле не имеет никакого преимущества в динамическом диапазоне. Это связано с тем, что увеличение усиления в одном каскаде может иметь негативные последствия, в зависимости от конструкции схемы: возможно, уменьшение полосы пропускания и увеличение искажений. Разработчики стремятся избежать этого, поэтому они ограничивают усиление, чтобы сохранить рабочие характеристики, где это указано, часто путем разделения усиления на два или более каскада усилителя.
Существует еще одно заблуждение относительно шума и усиления предусилителя; то есть предусилители шумят больше при более высоких настройках усиления. На самом деле обычно верно обратное: EIN обычно является самым низким при максимальном усилении . Может быть легче услышать минимальный уровень шума, но это только потому, что сигнал также намного громче. Это происходит из-за того, что многие конструкции предусилителей имеют более одного каскада, причем последний каскад (каскады) более шумный, чем входной каскад усиления. В конструкции предполагается, что более высокое значение EIN при более низком усилении не имеет значения, потому что входящий сигнал будет достаточно горячим, чтобы заглушить шум предусилителя. Таким образом, нам обычно не нужно беспокоиться об использовании более высоких настроек усиления на предусилителе, если это вообще разумная конструкция.
В реальном мире
Не всегда так просто найти микрофонный усилитель с очень низким уровнем шума, например, для микшеров с низким и средним диапазоном частот, особенно для портативных устройств. Мы часто можем обнаружить, что EIN таких устройств на 10 дБ или более хуже идеального. Некоторые из них могут быть на 20 дБ шумнее! Как мы можем справиться, если нам нужно записывать очень тихие источники в условиях низкого (акустического) шума?
Я бы посоветовал использовать конденсаторный микрофон с низким собственным шумом и высокой выходной мощностью, что устраняет необходимость в очень малошумящем усилителе. Но тогда я пристрастен, и вы пришли к этой статье не потому, что хотите использовать конденсаторный микрофон. Вы выбрали динамический микрофон для своего приложения, и вам нужно, чтобы он был тихим. Что делать?
Решения для встроенных усилителей — и проблемы!
Из соображений стоимости, размера или энергопотребления может оказаться невозможным использовать специализированный динамический микрофонный усилитель с очень низким уровнем шума. Зная об этих факторах, рынок предлагает целый ряд встроенных усилителей для удовлетворения этой потребности. Компания Naiant уже много лет поставляет такие решения со своими PFA, IPA, а теперь и новой серией IFA (примечание: IFA заменила PFA для приложений динамического усиления микрофонов).
Однако я обеспокоен тем, что некоторые другие решения на рынке рекламируются как более совершенные, хотя на самом деле они имеют недостатки конструкции, которые могут свести на нет любые заявленные преимущества продукта.
Давайте сначала опишем, что должен делать встроенный динамический микрофонный усилитель; он должен иметь очень низкий эквивалентный входной шум (максимум -127 дБА, но в идеале ниже), относительно высокий импеданс нагрузки (> 1,5 кОм, желательно выше) и, что не менее важно, низкий выходной импеданс (не более 150 Ом). . Он должен обеспечивать усиление +20 дБ или более, чтобы его выходной шум был значительно выше уровня даже самых сомнительных следующих микрофонных предусилителей. Его выход должен быть хорошо сбалансирован, и он должен иметь либо дифференциальный входной каскад, либо его усиление на каждой входной ветви должно быть тщательно согласовано, чтобы следующий каскад устранял помехи всей сигнальной цепи.
Мы уже обсуждали входной шум и импеданс нагрузки; выгода проста для понимания с этой точки зрения. Выходное сопротивление встроенного усилителя указывается не всеми производителями, но оно не менее важно, тем более, что мы предполагаем, что это устройство позволит без потерь прокладывать длинные кабели. По крайней мере, он должен быть так же хорош, как и сам микрофон в этой задаче, но мы хотим большего, верно? Разве высокий уровень сигнала не позволяет нам прокладывать более длинные кабели? Может быть; возможно, нет.
Уход и питание микрофонных кабелей
Как уже говорилось ранее, выходное сопротивление или импеданс источника можно рассматривать как способность управлять нагрузкой. До сих пор мы рассматривали только нагрузку усилителя и только как простую резистивную (то есть не зависящую от частоты) нагрузку. Мы также должны учитывать нагрузку на микрофонный кабель, который для наших целей в основном является емкостным (сопротивлением любого надлежащего микрофонного кабеля можно пренебречь по сравнению с другими импедансами в системе, поэтому мы можем его игнорировать).
Сопротивление источника устройства, подключенного к кабелю, образует простой однополюсный RC-фильтр, который является фильтром нижних частот. Согласно этому уравнению, частоты выше угла будут ослаблены на 6 дБ/октаву:
Угловая частота = 1 / (2 * пи * Ом * C)
Где C — емкость в фарадах. Микрофонный кабель хорошего качества будет иметь емкость около 100 пФ/м, и, таким образом, стандартный профессиональный микрофон сможет без проблем работать со 100-метровым кабелем:
1 / (2 * пи * 150 Ом * 100 пФ/м * 100 м) = 106 кГц
Отлично, это намного больше, чем наша полоса пропускания звука 20 кГц. Так что, пока наш встроенный усилитель также имеет импеданс источника 150 Ом, не беспокойтесь!
Но что, если наше встроенное устройство имеет недопустимо высокое выходное сопротивление, скажем, 3 кОм? Наша пропускная способность с нашим 100-метровым кабелем составляет , всего 5,3 кГц !
При использовании длинных кабелей мы также справедливо опасаемся помех. Сбалансированная передача сигнала действительно хороша для подавления помех, но для того, чтобы это работало, должны быть верны две вещи: два вывода выходного устройства должны иметь хорошо согласованный импеданс (согласованный сигнал противоположной полярности не важен, на самом деле он не имеет значения — на одной ноге вообще не может быть сигнала, пока импеданс совпадает) *и* приемное устройство должно быть дифференциальным входным устройством с хорошим коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) , или, если мы знаем, что устройство, следующее за ним, является таким устройством, наше промежуточное встроенное устройство может просто иметь хорошо согласованный входной и выходной импеданс, а также хорошо согласованный коэффициент усиления.
Если мы не выполним какое-либо из этих требований, наш встроенный усилитель может иметь более сильные наведенные помехи, чем если бы мы его не использовали , что может привести к ухудшению общего отношения сигнал/шум, чем без встроенного усилителя. Есть ли такие устройства на рынке? Боюсь, есть.
Теперь, если у вас есть такое устройство, вы можете либо использовать его с достаточно короткими кабелями, чтобы избежать подобных проблем (я бы рекомендовал менее 10 м), либо вы можете попробовать использовать его на конце кабеля усилителя, а не конец микрофона — это устранит проблему с полосой пропускания и может помочь при любых проблемах с помехами. А может и нет. Пусть покупатель будет бдителен!
Конструкция встроенного усилителя
Подождите, спросите вы, почему на рынке есть такие устройства? Разве нельзя спроектировать правильный встроенный усилитель? На первый вопрос я могу только догадываться, но ответ на второй однозначно утвердительный.
Давайте поразмышляем над первым вопросом. Я заметил, что некоторые производители продвигают полевой транзистор с переходом (JFET, или часто просто FET) как подходящее решение для этой схемы. Я открыто задаюсь вопросом, так ли это. Другим распространенным типом транзистора, используемого для усиления слабого сигнала звуковой частоты, является транзистор с биполярным переходом , или BJT (существуют также полевые МОП-транзисторы, которые иногда используются в аудиосхемах, но мы пока их проигнорируем, поскольку они редко встречаются в данной статье). заявление). Эти два типа имеют отличительные характеристики; дело не в том, что тот или другой просто лучше, а в том, что лучше всего подходит для данной функции в схеме. Многие схемы будут использовать оба!
Проще говоря, JFET можно рассматривать как устройство ввода напряжения; он имеет чрезвычайно высокий входной импеданс и поэтому используется в приложениях с высоким импедансом источника: инструментальные усилители и капсульный усилитель в конденсаторных микрофонах, и это лишь некоторые из них. По сравнению с биполярным транзистором того же класса, JFET будет иметь более низкий коэффициент усиления и более высокий уровень шума . Да, повышенный шум! Не верьте мне на слово; если вы не хотите читать кучу даташитов, вот пара страниц со ссылками на характеристики BJT и JFET:
http://www.renardson-audio.com/ip-dist.html
“ 2SK170 и некоторые другие высокочастотные полевые транзисторы примерно в 10 раз дороже хороших малошумящих полевых транзисторов. По сравнению с 2SC2547 bjt полевой транзистор 2SK170 обычно имеет , удвоенное шумовое напряжение , удвоенную емкость обратной связи и 5-ю гм при 3 мА».
https://www.embedded.com/print/4015906 (несуществующая ссылка)
«Для типичного JFET, работающего при токе стока 2 мА, g 9Значение 0301 фс будет порядка 1″4 мСм, что даст усиление каскада до 40, если R ₂ на рис. 9.13 равно 10 кОм. Это намного ниже, чем у BJT, и является основной причиной того, что они не часто используются в качестве усилителей напряжения в аудиосистемах, если только их входной импеданс не очень высок (типичные значения порядка 10 ¹² Ом), или их высокие и в основном постоянные характеристики импеданса стока являются преимуществом».
Итак, зачем использовать JFET для встроенного динамического микрофонного усилителя, если его шум выше, а коэффициент усиления ниже, чем у сравнимого BJT? Это не из-за входного сопротивления; нетрудно получить схему BJT с входным сопротивлением, намного превышающим 3 кОм, которые мы хотим для нашего встроенного усилителя. 30кОм, даже 100кОм; не проблема. Нам, конечно, не нужны 10 МОм+, которыми может управлять JFET. Похоже, это случай обмена чего-то, что нам действительно нужно (низкий уровень шума, высокий коэффициент усиления), на то, что нам не нужно (высокий входной импеданс).
Итак, опять же, почему кто-то это делает? Я думаю, потому что это легко; простая схема JFET с фантомным питанием может быть построена в небольшом пространстве, используя всего четыре компонента: два JFET и два резистора. Это будет довольно ужасный усилитель: это не дифференциальный вход, усиление не совпадает между двумя ветвями (из-за общеизвестно, что полевые транзисторы JFET не очень хорошо согласованы по усилению), запас по запасу будет низким из-за использования «самосмещения» на входе. и без обратной связи, усиление зависит от входного сопротивления следующего устройства, , а выходное сопротивление равно входному сопротивлению следующего устройства .
Эта топология усилителя на полевых транзисторах называется с общим истоком. Обратите внимание на раздел о характеристиках из этой статьи в Википедии:
Характеристики усилителя с общим источником
Характеристика выходного импеданса может стать серьезной проблемой, если вы пытаетесь провести длинный кабель, и она ухудшается по мере увеличения входного импеданса следующих устройство (ваш микрофонный предусилитель). Один производитель встроенных устройств показывает график зависимости усиления от следующего входного импеданса (сильный намек на топологию усилителя) и рекомендует использовать более высокий входной импеданс предварительного усилителя, чтобы максимизировать усиление. Но выше мы видели, какое влияние на полосу пропускания и, возможно, наведенные помехи окажет более высокий импеданс на длинном кабеле. Это просто неправильная инженерная практика! Другой производитель пропагандирует чистоту своего пути прохождения сигнала, состоящего только из JFET, как будто биполярные транзисторы, резисторы и конденсаторы представляют собой большее зло, чем искажения, шум, помехи и отсутствие достаточной полосы пропускания.