Фантомное питание в контексте профессионального звукового оборудования - это электрическая энергия постоянного тока, передаваемая по микрофонным кабелям для работы микрофонов, содержащих активные электронные схемы. [1] Он наиболее известен как удобный источник питания для конденсаторных микрофонов , хотя многие активные директ-боксы также используют его. Этот метод также используется в других приложениях, где питание и передача сигналов осуществляется по одним и тем же проводам.
Источники фантомного питания часто встраиваются в микшерные пульты , микрофонные предусилители и подобное оборудование. Помимо питания схемы микрофона, традиционные конденсаторные микрофоны также используют фантомное питание для поляризации преобразовательного элемента микрофона.
История
Фантомное питание было впервые использовано (и до сих пор используется) в проводных телефонных системах на основе медных проводов с момента появления в 1919 году телефона с дисковым набором номера. Одним из таких приложений в телефонной системе было создание пути передачи сигналов постоянного тока вокруг усилителей, подключенных к трансформатору, в аналоговом режиме. линейные системы передачи.
Первым известным коммерчески доступным микрофоном с фантомным питанием была модель Schoeps CMT 20, выпущенная в 1964 году и построенная в соответствии со спецификациями французской радиостанции с фантомным питанием 9–12 В постоянного тока; положительный полюс этого источника питания был заземлен. Микрофонные предусилители магнитофонов серии Nagra IV предлагали этот тип питания в качестве опции в течение многих лет, и Schoeps продолжал поддерживать «отрицательный фантом» до тех пор, пока серия CMT не была прекращена в середине 1970-х годов, но сейчас она устарела.
В 1966 году компания Neumann GmbH представила норвежской радиовещательной корпорации NRK новый тип транзисторного микрофона . Норвежское радио запросило работу с фантомным питанием. Поскольку у NRK уже было 48-вольтовое питание в своих студиях для систем аварийного освещения, это напряжение использовалось для питания новых микрофонов (модель KM 84) и является источником 48-вольтового фантомного питания. Позднее это устройство было стандартизировано в DIN 45596.
Стандарты
В документе «Мультимедийные системы - Руководство по рекомендуемым характеристикам аналоговых интерфейсов для обеспечения функциональной совместимости» Комитета по стандартам Международной электротехнической комиссии (IEC 61938: 2018) указаны параметры для подачи фантомного питания микрофона. [2] В документе определены три варианта: P12, P24 и P48. Кроме того, упоминаются два дополнительных варианта (P12L и SP48) для специализированных приложений. [3] [4] Большинство микрофонов теперь используют стандарт P48 (максимальная доступная мощность составляет 240 мВт). Хотя 12- и 48-вольтовые системы все еще используются, стандарт рекомендует 24-вольтовые источники питания для новых систем. [5]
Техническая информация
Фантомное питание состоит из фантомной цепи, в которой постоянный ток одинаково подается через две сигнальные линии сбалансированного аудиоразъема (в современном оборудовании оба контакта 2 и 3 разъема XLR ). Напряжение питания отсчитывается от заземляющего контакта разъема (контакт 1 XLR), который обычно подключается к экрану кабеля или заземляющему проводу в кабеле или к обоим. Когда было введено фантомное питание, одним из его преимуществ было то, что тот же самый тип сбалансированного экранированного микрофонного кабеля, который студии уже использовали для динамических микрофонов, можно было использовать для конденсаторных микрофонов. Это отличается от микрофонов с ламповой схемой, для большинства из которых требуются специальные многожильные кабели. [примечание 1]
При фантомном питании напряжение питания фактически невидимо для симметричных микрофонов, которые его не используют, в том числе для большинства динамических микрофонов. Сбалансированный сигнал состоит только из разницы в напряжении между двумя сигнальными линиями; фантомное питание создает одинаковое напряжение постоянного тока на обеих сигнальных линиях симметричного соединения. Это резко контрастирует с другим, немного более ранним методом питания, известным как «параллельное питание» или «T-powering» (от немецкого термина Tonaderspeisung ), в котором постоянный ток накладывался непосредственно на сигнал в дифференциальном режиме. Подключение обычного микрофона к входу с включенным параллельным питанием вполне может повредить микрофон.
Стандарт IEC 61938 определяет фантомное питание 48, 24 и 12 В. Сигнальные проводники положительные, оба проходят через резисторы равного номинала (6,81 кОм для 48 В, 1,2 кОм для 24 В и 680 Ом для 12 В), экран заземлен . Значение 6,81 кОм не является критическим, но резисторы должны быть согласованы с точностью до 0,1% [6] или лучше, чтобы обеспечить хорошее подавление синфазного сигнала в цепи. Версия фантомного питания на 24 В, предложенная через несколько лет после версий на 12 и 48 В, также была включена в стандарт DIN и входит в стандарт IEC, но никогда не была широко принята производителями оборудования.
Почти все современные микшерные пульты имеют переключатель для включения или выключения фантомного питания; в большинстве высокопроизводительного оборудования это можно сделать индивидуально по каналам, тогда как в микшерах меньшего размера один главный переключатель может управлять подачей мощности на все каналы. Фантомное питание можно заблокировать в любом канале с помощью изолирующего трансформатора 1: 1 или разделительных конденсаторов. Фантомное питание может вызвать сбои в работе оборудования или даже его повреждение, если оно используется с кабелями или адаптерами, которые соединяют одну сторону входа с землей, или если к нему подключено какое-то оборудование, кроме микрофонов.
Инструментальные усилители редко обеспечивают фантомное питание. Чтобы использовать оборудование, требующее этого, с этими усилителями, в линию должен быть включен отдельный источник питания. Они легко доступны в продаже или, в качестве альтернативы, являются одним из самых простых проектов для конструкторов любительской электроники.
Предостережения
Некоторые микрофоны предлагают на выбор питание от внутренней батареи или (внешнее) фантомное питание. В некоторых таких микрофонах рекомендуется извлекать внутренние батареи при использовании фантомного питания, поскольку батареи могут разъесться и протечь химикаты. Другие микрофоны специально предназначены для переключения на внутренние батареи в случае выхода из строя внешнего источника питания.
Фантомное питание не всегда реализовано правильно или адекватно даже в предусилителях, микшерах и рекордерах профессионального качества. Частично это связано с тем, что конденсаторные микрофоны с 48-вольтовым фантомным питанием первого поколения (конец 1960-х - середина 1970-х годов имели простую схему и требовали лишь небольшого рабочего тока (обычно менее 1 мА на микрофон), поэтому фантомное питание схемы, обычно встроенные в записывающие устройства, микшеры и предусилители того времени, были разработаны с предположением, что этот ток будет достаточным. Исходная спецификация фантомного питания DIN 45596 требовала максимум 2 мА. Эта практика сохранилась до настоящего времени; многие схемы фантомного питания на 48 В, особенно в недорогом и портативном оборудовании, просто не могут обеспечить более 1 или 2 мА без выхода из строя. Некоторые схемы также имеют значительное дополнительное сопротивление последовательно со стандартной парой резисторов питания для каждого микрофонного входа; это может не сильно повлиять на микрофоны с низким током, но может отключить микрофоны, которым требуется больше тока.
Конденсаторные микрофоны середины 1970-х годов и позже, разработанные для фантомного питания 48 В, часто требуют гораздо большего тока (например, 2–4 мА для бестрансформаторных микрофонов Neumann, 4–5 мА для серии Schoeps CMC ("Colette") и микрофонов Josephson 5 –6 мА для большинства микрофонов Shure серии KSM, 8 мА для САПР Equiteks и 10 мА для земляных работ). Стандарт IEC дает максимально допустимый ток 10 мА на микрофон. Если его требуемый ток недоступен, микрофон все еще может выдавать сигнал, но не может обеспечить ожидаемый уровень производительности. Конкретные симптомы несколько различаются, но наиболее частым результатом будет снижение максимального уровня звукового давления, с которым микрофон может справиться без перегрузки (искажения). Некоторые микрофоны также показывают более низкую чувствительность (выходной уровень для заданного уровня звукового давления).
Большинство переключателей заземления имеют нежелательный эффект отключения фантомного питания. Всегда должен быть путь постоянного тока между контактом 1 микрофона и отрицательной стороной 48-вольтового источника питания, если питание должно достигать электроники микрофона. Поднятие заземления, которое обычно является контактом 1, прерывает этот путь и отключает фантомное питание.
Бытует мнение, что подключение динамического или ленточного микрофона к входу с фантомным питанием приведет к его повреждению. Это повреждение может произойти по трем причинам. В случае неисправности кабеля фантомное питание может повредить некоторые микрофоны из-за подачи напряжения на выход микрофона. [7] Повреждение оборудования также возможно, если вход с фантомным питанием подключен к несбалансированному динамическому микрофону [8] или электронным музыкальным инструментам. [9] переходный генерируется , когда микрофон горячей подключен к входу с активным фантомным питанием может привести к повреждению микрофона и , возможно , цепи предварительного усилителя на входе [10] , так как не все контакты разъема микрофона замыкающего контакта в то же время, и есть момент, когда ток может течь, чтобы зарядить емкость кабеля с одной стороны входа с фантомным питанием, а не с другой. Это особенно важно при использовании длинных микрофонных кабелей. Считается хорошей практикой отключать фантомное питание на устройствах, которым оно не требуется. [11] [12]
Цифровое фантомное питание
Цифровые микрофоны, соответствующие стандарту AES 42, могут иметь фантомное питание 10 вольт, подаваемое как на аудиокабели, так и на землю. Этот источник питания может обеспечивать цифровые микрофоны до 250 мА. Шпоночное изменение обычного разъема XLR , на разъеме XLD , может быть использовано для предотвращения случайного обмена аналоговых и цифровых устройств. [13]
Другие методы включения микрофона
T-power, также известный как AB powering [14] или T12, описанный в DIN 45595, является альтернативой фантомному питанию, которое до сих пор широко используется в мире кинопроизводства. Многие микшеры и записывающие устройства, предназначенные для этого рынка, имеют опцию T-power. Многие старые микрофоны Sennheiser и Schoeps используют этот метод включения, хотя в новых рекордерах и микшерах эта опция постепенно прекращается. Корпуса адаптеров и специальные блоки питания предназначены для микрофонов с питанием от T. Часто нет слышимой разницы между микрофонами, использующими этот метод, и микрофонами с питанием P48. В этой схеме 12 вольт подается через резисторы на 180 Ом между «горячим» выводом микрофона (вывод 2 XLR) и «холодным» выводом микрофона (вывод 3 XLR). Это приводит к 12-вольтовой разнице потенциалов со значительным током на контактах 2 и 3, что, вероятно, приведет к необратимому повреждению при применении к динамическому или ленточному микрофону.
Plug-in-power (PiP) - это слаботочный источник питания 3–5 В, подаваемый на гнездо микрофона некоторого потребительского оборудования, такого как портативные записывающие устройства и звуковые карты компьютеров . Он также определен в МЭК 61938. [15] Он отличается от фантомного питания, поскольку представляет собой несимметричный интерфейс с низким напряжением (около +5 В), подключенным к сигнальному проводнику с возвратом через гильзу; мощность постоянного тока соответствует звуковому сигналу с микрофона. Конденсатор используется для блокировки постоянного тока от последующих цепей звуковой частоты. Его часто используют для питания электретных микрофонов , которые не работают без питания. Он подходит только для питания микрофонов, специально предназначенных для использования с этим типом источника питания. Если эти микрофоны подключены к истинному фантомному питанию (48 В) через переходник с 3,5 мм на XLR, который соединяет экран XLR с рукавом 3,5 мм, это может привести к повреждению. [16] Plug-in-power соответствует японскому стандарту CP-1203A: 2007 [17]
Похожая схема линейного питания присутствует в компьютерных звуковых картах. И подключаемое питание, и мощность звуковой карты определены во втором издании IEC 61938. [18]
Эти альтернативные схемы питания иногда неправильно называют «фантомным питанием», и их не следует путать с истинным 48-вольтовым фантомным питанием, описанным выше.
Некоторые конденсаторные микрофоны могут питаться от элемента на 1,5 В, который находится в небольшом отсеке микрофона или во внешнем корпусе.
Фантомное питание иногда используется работниками авионики для описания напряжения смещения постоянного тока, используемого для питания авиационных микрофонов, которые используют более низкое напряжение, чем профессиональные аудиомикрофоны. Фантомное питание, используемое в этом контексте, составляет 8–16 В постоянного тока последовательно с резистором 470 Ом (номинальным), как указано в стандарте DO-214 RTCA Inc. [19] Эти микрофоны произошли от углеродных микрофонов, использовавшихся в первые дни авиации, и телефонов, в которых использовалось постоянное напряжение смещения на элементе угольного микрофона.
Другое использование
Фантомное питание также используется не только для микрофонов, но и в других приложениях:
- Активные антенны
- Малошумящий блочный понижающий преобразователь
- Питание через Ethernet
Заметки
- ^ Существуют вакуумные ламповые микрофоны с фантомным питанием, такие как Microtech Gefell UM900 и Audio-Technica AT3060.
Смотрите также
- Косой тройник
- Фантомная схема
- Связь по линии электропередачи, передача данных по электросети
Рекомендации
- ^ Дэвид Майлз Хубер, Роберт Э. Ранстейн Современные методы записи , Focal Press 2009 ISBN 0-240-81069-4 , стр. 117
- ^ «IEC 61938: 2018 | Интернет-магазин IEC» . webstore.iec.ch . Проверено 19 апреля 2016 .
- ^ «Источники фантомного питания с батарейным питанием» . Просветление . 2012-09-07 . Проверено 17 марта 2018 .
- ^ Рейберн, Рэй А. (2012-11-12). Книга Eargle «Микрофоны: от моно к стерео и объемному звучанию» - Руководство по дизайну и применению микрофона . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781136118135.
- ^ Бюро индийских стандартов (1 января 2005 г.). IS 15572: Аудио, видео и аудиовизуальные системы - взаимосвязи и совпадающие значения - предпочтительные совпадающие значения аналоговых сигналов .
Этот индийский стандарт идентичен IEC 61938 (1996) ... Хотя системы на 12 и 48 вольт все еще используются, системы на 24 вольта предпочтительнее для новых разработок.
- ^ http://sound.whsites.net/project96.htm
- ^ «Может ли фантомное питание повредить ваши микрофоны?» . 2012-05-24 . Проверено 5 июня 2013 .
Передача фантомного питания на старый (до 1970 года) ленточный микрофон без изолирующего трансформатора при использовании плохого кабеля, у которого заземление (контакт 1) закорочено на контакт 2 или контакт 3 XLR. Это классический пример того, почему все говорят - не посылайте фантомное питание на ленточные микрофоны, но шансы на то, что случится этот «идеальный шторм», действительно не так велики.
- ^ Гэри Дэвис (1989). Справочник по звукоусилению . Хэл Леонард Корпорейшн. п. 130. ISBN 9781617745454.
- ^ «В. Не повредило ли фантомное питание эту клавиатуру?» . Звук на Звук . Январь 2013 . Проверено 5 июня 2013 .
- ^ Бортони, Росальфонсо; Кирквуд, Уэйн (март 2010). "Призрачная угроза на 48 вольт возвращается" . Аудио инженерное общество . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ «Ленточные микрофоны и фантомное питание» . Ройер . Проверено 5 июня 2013 .
- ^ Томлинсон Холман (2012-11-12). Звук для кино и телевидения . CRC Press. п. 304. ISBN 9781136046094.
- ^ Фрэнсис Рамси; Джон Уоткинсон (2004). Справочник по цифровому интерфейсу третье издание . Эльзевир. п. 204. ISBN 0-240-51909-4.
- ^ Майкл Талбот-Смит Звуковая помощь , Focal Press, 1999 ISBN 0-240-51572-2 , страницы 94,95
- ^ https://webstore.iec.ch/publication/6142
- ^ http://www.microphone-data.com/media/filestore/articles/Powering%20mics-10.pdf Chris Woolf Powering Microphones , получено 28 апреля 2013 г.
- ^ «Стандарты JEITA / JEITA / Стандартизация технологий AV&IT / Интерфейс» . www.jeita.or.jp . Проверено 19 апреля 2016 .
- ^ «IEC 61938: 2013 | Интернет-магазин IEC» . webstore.iec.ch . Проверено 19 апреля 2016 .
- ^ http://www.rtca.org/ RTCA DO-214
Внешние ссылки
- Микрофон Schoeps CMT 20 1964 года - первый в мире микрофон с фантомным питанием
- Фантомное питание - сбалансированные линии, фантомное питание, заземление и другие тайны . Loud Technologies Inc, 2003 г.
- Питание микрофонов - сборник информации и схемы для питания капсюлей электретных микрофонов.
- Конструкция и работа микрофона - содержит альтернативные методы питания конденсаторного микрофона, включая питание T-power / 12T / AB / DIN 45595
- Тестер своими руками - на наличие фантомного питания и ограниченное тестирование проводки