Фантомное питание в контексте профессионального аудиооборудования — это электрическая энергия постоянного тока , одинаково подаваемая на оба сигнальных провода симметричных микрофонных кабелей, образующая фантомную цепь для управления микрофонами, содержащими активные электронные схемы. [1] Он наиболее известен как удобный источник питания для конденсаторных микрофонов , хотя его также используют многие активные директ-боксы . Этот метод также используется в других приложениях, где подача питания и передача сигналов осуществляются 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.
Фантомное питание было впервые использовано для стационарной старой простой телефонной связи с использованием медных проводов с момента появления дискового телефона в 1919 году. Одним из таких применений в телефонной системе было обеспечение пути передачи сигналов постоянного тока вокруг усилителей с трансформаторным подключением, таких как передача по аналоговой линии. системы.
Первым известным коммерчески доступным микрофоном с фантомным питанием была модель Schoeps CMT 20, выпущенная в 1964 году и построенная в соответствии со спецификациями французского радио с фантомным питанием 9–12 В постоянного тока; положительный полюс этого 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», пока серия CMT не была снята с производства в середине 1970-х годов, но сейчас он устарел.
В 1966 году компания Neumann GmbH представила Норвежской радиовещательной корпорации NRK новый тип транзисторного микрофона . Норвежское радио запросило операцию с фантомным питанием. Поскольку в студиях NRK уже было доступно 48-вольтовое питание для систем аварийного освещения, это напряжение использовалось для питания новых микрофонов (модель KM 84) и послужило источником 48-вольтового фантомного питания. Позже это расположение было стандартизировано в DIN 45596.
В документе Комитета по стандартам Международной электротехнической комиссии «Мультимедийные системы. Руководство по рекомендуемым характеристикам аналоговых интерфейсов для достижения совместимости» (IEC 61938:2018) указаны параметры подачи фантомного питания микрофона. [2] Документом определены три варианта: P12, P24 и P48. Кроме того, для специализированных применений упоминаются два дополнительных варианта (P12L и SP48). [3] [4] Большинство микрофонов сейчас используют стандарт P48 (максимально доступная мощность — 240 мВт). Хотя системы на 12 и 48 В все еще используются, стандарт рекомендует для новых систем питание на 24 В. [5]
Фантомное питание представляет собой фантомную схему , в которой постоянный ток подается поровну через две сигнальные линии симметричного аудиоразъема (в современном оборудовании - оба контакта 2 и 3 разъема XLR ). Напряжение питания относится к контакту заземления разъема (контакт 1 XLR), который обычно подключен к экрану кабеля или заземляющему проводу в кабеле, или к тому и другому. Когда было введено фантомное питание, одним из его преимуществ было то, что для конденсаторных микрофонов можно было использовать тот же тип сбалансированного экранированного микрофонного кабеля, который студии уже использовали для динамических микрофонов. В этом отличие от микрофонов с ламповой схемой, для большинства из которых требуются специальные многожильные кабели. [а]
При использовании фантомного питания напряжение питания практически незаметно для симметричных микрофонов, которые его не используют, включая большинство динамических микрофонов. Сбалансированный сигнал состоит только из разности напряжений между двумя сигнальными линиями; При фантомном питании одинаковое напряжение постоянного тока подается на обе сигнальные линии симметричного соединения. Это резко контрастирует с другим, немного более ранним методом подачи питания, известным как «параллельное питание» или «T-питание» (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 питаются через резисторы одинакового номинала (6,81 кОм для 48 В, 1,2 кОм для 24 В и 680 Ом для 12 В), а 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 схеме. Версия фантомного питания на 24 В, предложенная спустя несколько лет после версий на 12 и 48 В, также была включена в стандарт DIN и входит в стандарт IEC, но так и не получила широкого распространения среди производителей оборудования.
Почти все современные микшерные консоли имеют переключатель для включения и выключения фантомного питания; в большинстве высококачественного оборудования это можно сделать индивидуально по каждому каналу, в то время как на 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 привести к неисправности или даже повреждению оборудования, если оно используется с кабелями или адаптерами, которые соединяют одну сторону входа с землей, или если к нему подключено определенное оборудование, кроме микрофонов.
Инструментальные усилители редко обеспечивают фантомное питание. Чтобы использовать оборудование, требующее этого, с этими усилителями, в линию необходимо подключить отдельный источник питания. Они легко доступны в продаже или, альтернативно, являются одним из самых простых проектов для любителей-конструкторов электроники.
Некоторые микрофоны предлагают выбор между питанием от внутренней батареи или (внешним) фантомным питанием. В некоторых таких микрофонах при использовании фантомного питания рекомендуется вынимать внутренние батареи, поскольку батареи могут подвергнуться коррозии и вызвать утечку химикатов. Другие микрофоны специально предназначены для переключения на внутренние батареи в случае сбоя 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 первое поколение (конец 1960-х — середина 1970-х годов) 48-вольтовых конденсаторных микрофонов с фантомным питанием имело простую схему и требовало лишь небольшого рабочего тока (обычно менее 1 мА на микрофон ). Цепи питания, обычно встроенные в записывающие устройства, микшеры и предусилители того времени, проектировались с расчетом на то, что этого тока будет достаточно. Исходная спецификация фантомного питания DIN 45596 предусматривала максимальный ток 2 мА. Эта практика сохранилась до настоящего времени; многие цепи фантомного питания на 48 В, особенно в недорогом и портативном оборудовании, просто не могут подавать общий ток 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 слаботочные микрофоны, но может отключить микрофоны, которым требуется больший ток.
Конденсаторные микрофоны середины 1970-х годов и позже, предназначенные 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 Джозефсона, 5 –6 мА для большинства микрофонов Shure серии KSM, 8 мА для CAD Equiteks и 10 мА для Earthworks). Стандарт IEC определяет максимально допустимый ток на микрофон 10 мА. Если требуемый ток недоступен, микрофон все равно может выдавать сигнал, но не может обеспечить запланированный уровень производительности. Конкретные симптомы несколько различаются, но наиболее частым результатом является снижение максимального уровня звукового давления, с которым микрофон может справиться без перегрузки ( искажения ). Некоторые микрофоны также демонстрируют более низкую чувствительность (уровень выходного сигнала для данного уровня звукового давления).
Большинство выключателей Ground Lift имеют нежелательный эффект отключения фантомного питания. Всегда должен быть путь постоянного тока между контактом 1 микрофона и отрицательным выводом 48-вольтового источника питания, чтобы питание достигало электроники микрофона. Поднятие земли, которая обычно является контактом 1, разрывает этот путь и отключает фантомное питание.
Существует распространенное мнение, что подключение динамического или ленточного микрофона к входу с фантомным питанием приведет к его повреждению. Есть три возможности возникновения такого повреждения. При неисправности кабеля фантомное питание может повредить некоторые микрофоны из-за подачи напряжения на выход микрофона. [7] Повреждение оборудования также возможно, если к входу с фантомным питанием подключен несбалансированный динамический микрофон [8] или электронные музыкальные инструменты. [9] Переходные процессы , возникающие при горячем подключении микрофона к входу с активным фантомным питанием, могут повредить микрофон и, возможно, схему предусилителя входа [10] , поскольку не все контакты разъема микрофона контактируют одновременно, и наступает момент, когда ток может течь для зарядки емкости кабеля с одной стороны входа фантомного питания, а не с другой. Это особенно проблема с длинными микрофонными кабелями. Считается хорошей практикой отключать фантомное питание для устройств, которым оно не требуется. [11] [12]
Цифровые микрофоны, соответствующие стандарту AES 42, могут быть оснащены фантомным питанием напряжением 10 В, подаваемым как на аудиопровода, так и на землю. Этот источник питания может подавать на цифровые микрофоны ток до 250 мА. Разновидность обычного разъема XLR с ключом , разъем XLD , может использоваться для предотвращения случайной замены аналоговых и цифровых устройств. [13]
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 производства звука для фильмов. Многие микшеры и записывающие устройства, предназначенные для этого рынка, имеют опцию T-power. [ нужна цитация ] Метод считается устаревшим, поскольку к выходному аудиосигналу добавляется шум источника питания. [15] Многие старые микрофоны Sennheiser и Schoeps используют этот метод питания, хотя в новых рекордерах и микшерах эта опция постепенно прекращается. Корпуса адаптеров и специальные блоки питания предназначены для микрофонов с Т-питанием. В этой схеме напряжение 12 В подается через резисторы сопротивлением 180 Ом между «горячей» клеммой микрофона (контакт 2 XLR) и «холодной» клеммой микрофона (контакт 3 XLR). В результате возникает разность потенциалов в 12 В со значительной пропускной способностью по току через контакты 2 и 3, что, вероятно, приведет к необратимому повреждению, если оно будет применено к динамическому или ленточному микрофону.
Plug-in power (PiP) — это слаботочный источник питания 3–5 В, подаваемый в разъем для микрофона некоторого потребительского оборудования, например портативных рекордеров и звуковых карт компьютера . Оно также определено в стандарте IEC 61938. [16] Оно отличается от фантомного питания, поскольку представляет собой несбалансированный интерфейс с низким напряжением (около +5 В), подключаемым к сигнальному проводнику с возвратом через гильзу; мощность постоянного тока совпадает с аудиосигналом микрофона. Конденсатор используется для блокировки постоянного тока от последующих цепей звуковой частоты. Его часто используют для питания электретных микрофонов , которые без питания работать не будут. Он подходит только для питания микрофонов, специально предназначенных для использования с этим типом источника питания. Если эти микрофоны подключить к истинному фантомному питанию (48 В) через адаптер 3,5 мм на XLR, который соединяет экран XLR с разъемом 3,5 мм, это может привести к повреждению. [17] Питание от сети соответствует японскому стандарту CP-1203A:2007. [18]
Эти альтернативные схемы питания иногда неправильно называют «фантомным питанием», и их не следует путать с настоящим 48-вольтовым фантомным питанием, описанным выше.
Некоторые конденсаторные микрофоны могут питаться от элемента питания напряжением 1,5 В, находящегося 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 соединенное с резистором сопротивлением 470 Ом (номинальное), как указано в стандарте RTCA Inc. DO-214. [19] Эти микрофоны произошли от угольных микрофонов, использовавшихся на заре авиации, и от телефонов, в которых на элементе угольного микрофона действовало напряжение смещения постоянного тока.
Фантомное питание также используется не только в микрофонах:
Этот индийский стандарт идентичен IEC 61938 (1996 г.) ... Хотя системы на 12 В и 48 В все еще используются, для новых разработок предпочтительны системы на 24 В.
Подача фантомного питания на старый (до 1970 года) ленточный микрофон без изолирующего трансформатора при использовании неисправного кабеля, у которого земля (контакт 1) закорочена на контакт 2 или контакт 3 XLR. Это классический пример того, почему все говорят: не подавайте фантомное питание на ленточные микрофоны, но вероятность возникновения такого «идеального шторма» на самом деле не так уж и велика.