Фантомное питание: все точки над Ё

Начнем издалека

Первая в мире крупная автоматическая телефонная станция заработала в 1919 году в Норфолке, штат Вирджиния, США, и после этого повсеместно стали использоваться вот такие телефонные аппараты. 

Впрочем, не стоит думать, что до XX века телефонов не было. Просто раньше это все происходило в ручном режиме. Человеку приходилось снимать трубку, крутить ручку аппарата, а затем просить барышню-телефонистку соединить его с нужным абонентом.


Автоматическая телефонная станция, с одной стороны, лишила нас возможности общаться с таинственными барышнями, но с другой, теперь импульсы, подающиеся от телефона на АТС автоматически замыкались на нужные контакты, а человек гораздо быстрее и без посредников соединялся с тем, с кем хотел поговорить. Отметим одну особенность: для передачи акустических волн по проводам требовалось их преобразование в электромагнитные, а для этого необходимо питание. Согласитесь, что было бы странно тянуть для каждого телефонного аппарата отдельную электрическую сеть, да и не во всех домах к тому времени было электричество, поэтому было принято решение обеспечить питание с помощью источника напряжения или источника тока, находящегося на АТС. Дело за малым – научиться передавать аудиосигнал по тем же проводам, что и питание. Как мы знаем, всё закончилось положительно, но для нас с вами интересен другой момент, а именно тот, что это и есть один из самых ранних примеров использования фантомного питания. 
Однако прошло много лет, прежде чем оно было применено к микрофонам.

Питание микрофонов

К началу 60-х годов XX века микрофоны становились все меньше (на фото ниже NEUMANN CMV3 1928 года выпуска , а новая «твердотельная» электроника (транзисторы) позволяла использовать более легкую, надежную и менее энергоемкую электронику. Оставался вопрос с их питанием. 

В 1966 году Neumann, известный немецкий производитель, создал несколько транзисторных микрофонов по заказу Норвежской радиовещательной корпорации. 

По соображениям совместимости норвежское радио требовало, чтобы эти микрофоны были компактными и работали с легко доступным внешним источником питания. 

Длинными тёмными норвежскими ночами, а также в зимние месяцы студия NRK использовала альтернативную систему освещения, обеспечиваемую центральным источником питания на 48 вольт. Так, благодаря случаю был выбран стандарт фантомки +48 В, и именно в таком виде оно и доступно сегодня на большинстве микшеров, усилителей, рекордеров и другого аудиооборудования. 

Собственно, почему фантомное? Потому что нет очевидного внешнего источника питания для конденсаторного микрофона, блок питания невидимый музыканту, и поэтому «фантомный». Вторая причина – это особенности схемотехники и потребляемый ток, но об этом чуточку позже.
 

Давайте разберемся, как устроен конденсаторный микрофон

Англичане называют конденсаторные микрофоны Capacitor, что значит ёмкостные. Конденсатор представляет собой 2 металлических элемента, закрепленных на небольшом расстоянии друг от друга. Чем ближе находятся эти пластины, тем выше показатель емкости. Капсюль конденсатора в микрофоне выполнен по идентичной схеме. В ее конструкции предусмотрена тонкая мембрана (диафрагма), которая размещается у самой пластины. При столкновении с диафрагмой микрофона звуковая волна совершает колебания относительно металлических пластин, меняя расстояние между ними.
Многие высококачественные микрофоны конденсаторного типа имеют предусилитель внутри. При этом большинство из них не используют батареи для питания предусилителя, хотя есть и такие. 
Питание микрофон получает от микшера или звуковой карты. +48 подается на обе линии, контакты 2 и 3 микрофонного кабеля типа XLR от микшера, второй контакт является положительным, третий контакт - отрицательным, и оба используют первый контакт в качестве заземления. 

Выше показан упрощенный чертеж цепи фантомного питания. Микрофон находится слева, а входной каскад микшера - справа. Типичный микрофонный кабель XLR находится посередине. Включенный переключатель фантомного питания подает +48 В на оба резистора R1 и R2 обычно сопротивлением 6800 Ом. Очень важно чтобы резисторы были максимально одинаковыми по сопротивлению, обычно имеют металлопленочный тип с низким уровнем шума. Конденсаторы C1 и C2 блокируют попадание любого постоянного тока на усилительный каскад, но пропускают аудиосигнал. +48 В появляется на контактах 5 и 8 аудиопреобразователя. Питание микрофонного предусилителя, встроенного в сам микрофон, поступает с контакта 6. Земля и отрицательное питание предусилителя поступают с контакта 1. Аудиовыход предусилителя появляется на первичной обмотке трансформатора T1. 

Отдельно оговоримся, что фантомное питание следует использовать только с разъемами типа XLR, потому что для подключения требуется три провода, и это существующий полвека промышленный стандарт.

Не стоит подключить микрофон с небалансным выходом ко входу микшерного пульта с фантомным питанием. Это может привести к поломке оборудования.

Типы фантомного питания

Кстати, наиболее поулярным типом фантомного питания является источник питания на 48 В доступны два других типа (12 В и 24 В), они менее распространены, чем 48, и в основном используются в оборудовании с батарейным питанием, например, в педалях эффектов TC HELICON.
Кстати, в последнее время стали выпускать цифровые микрофоны, соответствующие стандарту AES 42, которые могут использовать фантомное питание 10 вольт.

Электретные микрофоны (петлички, гарнитуры)

С профессиональными конденсаторными всё понятно, а как обстоят дела с разного рода микрофонами с Aliexpress?

Электретные микрофоны считаются одним из подвидов конденсаторных устройств и схожи с ними по принципу преобразования механических колебаний в электрический сигнал. Визуально они напоминают небольшой конденсатор.



и имеют довольно простую схему 

Выход у такой схемы небалансный (обычно реализуется на мини-джеке 3,5 мм) и электретные микрофоны требуют напряжения смещения 1–5 В, реже до 9 В.  

По сути, это не совсем фантомное питание, о котором мы говорили выше, это скорее просто питание.  И, разумеется, есть возможность заставить работать подобные микрофоны от профессионального стандарта в 48 В с помощью специальных конверторов. 

Печальный факт заключается в том, что большинство производителей электретных микрофонов (особенно китайских) не говорят об этом в маркетинговых материалах, а вместо этого заявляют, что микрофон совместим буквально с чем угодно: встроенными звуковыми картами, смартфонами, микшерами. Увы, это не так.  Поэтому не стоит удивляться, что гарнитура с Aliexpress, подключенная в стандартный микшерный вход, не работает. 

Для подключения электретных петличек и разного рода микрофонов или игровых гарнитур с Aliexpress с мини-джеком на конце недостаточно иметь просто переходник на XLR, нужен переходник, который конвертирует 48 В фантома в 5 В.

Когда фантомное питание не требуется

Если для конденсаторных микрофонов наличие фантомного питания (или просто питания для электретных микрофонов) обязательно, то для ленточных микрофонов оно противопоказано. Подача тока на подобные устройства неминуемо приводит к их поломке.

В самом центре ленточного микрофона находится тонкая металлическая лента, для записи сигнала такие микрофоны используют эту ленту, колеблющуюся вместе с поступающими звуковыми волнами.

Устройствам подобного типа не нужно дополнительное электричество для работы. Под воздействием тока с напряжением 48 В ленты рвутся, а микрофон перестаёт работать. Современные «ленточники» менее чувствительны к этой проблеме, но правило остаётся тем же — на ленточные микрофоны нельзя подавать фантомное питание.

Если суммировать: фантомное питание противопоказано всем устройствам, в которых нет выходного трансформатора

Фантомное питание может убить динамический микрофон?

Фантомное питание – это 7 мА, это сила тока, которая очень мала. Поэтому нет, убить динамический микрофон, просто подключив его в разъем с фантомными питанием не получится, главное – использовать шнур XLR-XLR. Современные динамические микрофоны с балансным подключением сконструированы таким образом, что их подвижные элементы не чувствительны к положительному потенциалу, получаемому от фантомного питания, и они прекрасно работают.

И чтобы окончательно закрыть этот вопрос, посмотрите на схему

Как вы можете видеть, на контакты 2 и 3 подается +48 В.
Элемент динамического микрофона полностью изолирован от земли и протекания тока на землю нет. Заземление обеспечивает экран вокруг микрофонного элемента.

Тоже самое касается радиосистем - только XLR -XLR.

Где взять фантомное питание? 
Подавляющее большинство современных микшерных пультов, микрофонных предусилителей и звуковых карт сейчас оснащены возможностью подавать при необходимости фантомное питание на микрофоны или ди-боксы, которые также часто могут питаться от 48В. Ламповые микрофоны как правило идут со своим блоком питания и дополнительного при подключении к профессиональному оборудованию уже не требуется.

Если уж так сложилось, что у вас есть конденсаторный микрофон, но подключать его вы планируете туда, где питания нет, то вам может помочь внешний блок.

Самый доступный сейчас – это BEHRINGER PS 400 MICROPOWE.

Его цена около 2900 руб. Конечно, на рынке можно встретить и решения от китайцев за 600 рублей, но не будем их советовать. Компоненты там очень низкого качества (те же подобранные резисторы), вероятно всего, вы словите дополнительные шумы и даже низкочастотный фон.
Есть, разумеется, и более дорогие, например, ART PHANTOM II PRO 

Он не только может питать сразу два микрофона, но еще и поддерживает вариант работы не только от батареи, но и от сети. И, разумеется, всё надежно.

Не можем не упомянуть и отдельный класс устройств, которые питаются от фантомного питания, это микрофонные бустеры (активаторы). Используют их для раскачки динамических микрофонов. Внутри них схема, дающая нам до 25 дБ усиления.  

Резюме: 6 фактов про фантомное питание

1) Подключать конденсаторные микрофоны к оборудованию в 99% нужно балансным проводом XLR-XLR. В некоторых случаях бывает подключение XLR-стереоджек, но это очень редкое исключение.

2)  Не пытайтесь подключать микрофон к линейному или гитарному входу, конденсаторный просто не будет работать, а динамический будет звучать очень тихо с большим количеством шумов. Только XLR-XLR и только микрофонный вход.

3) Не пытайтесь подключить микрофон с небалансным выходом ко входу микшерного пульта с фантомным питанием. Это может привести к повреждениям оборудования.

4) Для подключения электретных петличек и разного рода микрофонов или игровых гарнитур с Aliexpress с мини-джеком используйте конвертор фантома 48 В в 5 В. Если подать 48 В на электретник, он, разумеется, не сгорит, если специально этого не добиваться, но и работать не будет.  

5) Катастрофы, если вы на одном пульте или звуковой карте будете использовать одновременно и динамические и конденсаторные микрофоны, нет.  

6) При использовании фантомного питания не следует подключать или отключать микрофон от кабеля или микшера, пока вы не отключите фантомное питание. В противном случае вы можете повредить микрофон, микшер/звуковую карту или динамики ваших мониторов. Или самое плохое - свой слух, если любите громко слушать в наушниках.