Fantomové napájení - Phantom power
Fantomové napájení , v kontextu profesionálních audio zařízení , je stejnosměrná elektrická energie přenášená přes kabely mikrofonu pro ovládání mikrofonů, které obsahují aktivní elektronické obvody. Je nejlépe známý jako vhodný zdroj energie pro kondenzátorové mikrofony , ačkoli jej používá také mnoho aktivních přímých boxů . Tato technika se používá také v jiných aplikacích, kde napájení a komunikace signálu probíhá po stejných vodičích.
Fantomové napájecí zdroje jsou často zabudovány do mixážních pultů , mikrofonních předzesilovačů a podobných zařízení. Kromě napájení obvodů mikrofonu využívají tradiční kondenzátorové mikrofony také fantomové napájení k polarizaci prvku snímače mikrofonu.
Dějiny
Fantomové napájení bylo poprvé použito (a stále se používá) v pevných telefonních systémech na bázi měděného drátu od zavedení telefonu s rotačním číselníkem v roce 1919. Jednou z takových aplikací v telefonním systému bylo poskytnout DC signalizační cestu kolem zesilovačů připojených k transformátoru, jako je přenosové systémy analogové linky.
Prvním známým komerčně dostupným fantomově napájeným mikrofonem byl model Schoeps CMT 20, který vyšel v roce 1964, postavený podle specifikací francouzského rádia s fantomovým napájením 9–12 voltů DC; kladný pól tohoto napájení byl uzemněn. Mikrofonní předzesilovače magnetofonů řady Nagra IV nabízely tento typ napájení jako možnost po mnoho let a Schoeps nadále podporoval „negativní fantom“, dokud nebyla řada CMT v polovině 70. let ukončena, ale nyní je zastaralá.
V roce 1966 společnost Neumann GmbH představila nový typ tranzistorového mikrofonu společnosti Norwegian Broadcasting Corporation , NRK. Norské rádio požádalo o fantomový pohon. Protože NRK již měla ve svých studiích k dispozici 48voltový zdroj pro systémy nouzového osvětlení, bylo toto napětí použito pro napájení nových mikrofonů (model KM 84) a je původem 48voltového fantomového napájení. Toto uspořádání bylo později standardizováno v DIN 45596.
Standardy
Mezinárodní výbor pro standardy elektrotechnické komise „Multimédia - průvodce doporučenými charakteristikami analogových rozhraní k dosažení interoperability“ (IEC 61938: 2018) specifikuje parametry pro mikrofonní fantomové napájení. Dokument definuje tři varianty: P12, P24 a P48. Kromě toho jsou u specializovaných aplikací uvedeny dvě další varianty (P12L a SP48). Většina mikrofonů nyní používá standard P48 (maximální dostupný výkon je 240 mW). Přestože se stále používají 12 a 48voltové systémy, norma pro nové systémy doporučuje napájení 24volty.
Technické informace
Fantomové napájení se skládá z fantomového obvodu, kde je stejnosměrný proud aplikován rovnoměrně prostřednictvím dvou signálních linek vyváženého audio konektoru (v moderním vybavení oba piny 2 a 3 XLR konektoru ). Napájecí napětí je vztaženo na zemnící kolík konektoru (kolík 1 XLR), který je normálně připojen ke stínění kabelu nebo k zemnicímu kabelu v kabelu nebo k oběma. Když bylo představeno fantomové napájení, jednou z jeho výhod bylo, že pro kondenzátorové mikrofony lze použít stejný typ vyváženého, stíněného mikrofonního kabelu, který již studia používala pro dynamické mikrofony. To je na rozdíl od mikrofonů s elektronkovými obvody, z nichž většina vyžaduje speciální vícevodičové kabely.
S fantomovým napájením je napájecí napětí účinně neviditelné pro vyvážené mikrofony, které jej nepoužívají, což zahrnuje většinu dynamických mikrofonů. Vyvážený signál se skládá pouze z rozdílů napětí mezi dvěma signálními linkami; fantomové napájení umístí stejné DC napětí na obě signální linky vyváženého připojení. To je ve výrazném kontrastu s jiným, o něco dřívějším způsobem napájení známým jako „paralelní napájení“ nebo „T-napájení“ (z německého výrazu Tonaderspeisung ), ve kterém byl DC překryt přímo v signálu v diferenciálním režimu. Připojení konvenčního mikrofonu ke vstupu, který měl povoleno paralelní napájení, by mohl velmi dobře poškodit mikrofon.
Norma IEC 61938 definuje 48voltové, 24voltové a 12voltové fantomové napájení. Signální vodiče jsou kladné, oba jsou napájeny přes odpory stejné hodnoty (6,81 kΩ pro 48 V, 1,2 kΩ pro 24 V a 680 Ω pro 12 V) a stínění je uzemněno . Hodnota 6,81 kΩ není kritická, ale odpory musí být přizpůsobeny s přesností 0,1% nebo lepší, aby bylo v obvodu zachováno dobré odmítnutí společného režimu . 24voltová verze fantomového napájení, navržená několik let po verzích 12 a 48 V, byla také zahrnuta do normy DIN a je v normě IEC, ale výrobci zařízení ji nikdy široce nepřijali.
Téměř všechny moderní mixážní pulty mají vypínač pro zapnutí nebo vypnutí fantomového napájení; ve většině špičkových zařízení to lze provést individuálně podle kanálu, zatímco u menších mixérů může jediný hlavní spínač řídit dodávku energie do všech kanálů. Fantomové napájení lze blokovat v libovolném kanálu izolačním transformátorem 1: 1 nebo blokovacími kondenzátory. Fantomové napájení může způsobit poruchu zařízení nebo dokonce poškození, pokud je použito s kabely nebo adaptéry, které spojují jednu stranu vstupu se zemí, nebo pokud je k němu připojeno určité zařízení jiné než mikrofony.
Přístrojové zesilovače jen zřídka poskytují fantomové napájení. Aby bylo možné u těchto zesilovačů použít zařízení, které to vyžaduje, musí být do vedení zapojen samostatný napájecí zdroj. Ty jsou komerčně snadno dostupné, nebo jsou alternativně jedním z jednodušších projektů pro amatérské konstruktéry elektroniky.
Upozornění
Některé mikrofony nabízejí výběr z interního napájení z baterie nebo (externího) fantomového napájení. U některých takových mikrofonů je vhodné při použití fantomového napájení vyjmout interní baterie, protože baterie mohou korodovat a unikat chemikálie. Jiné mikrofony jsou speciálně navrženy tak, aby přepnuly na interní baterie v případě selhání externího napájení.
Fantomové napájení není vždy implementováno správně nebo adekvátně, a to ani v předzesilovačích, mixérech a rekordérech profesionální kvality. Částečně je tomu tak proto, že 48voltové fantomové kondenzátorové mikrofony první generace (konec 60. až polovina 70. let) měly jednoduché obvody a vyžadovaly pouze malé množství provozního proudu (obvykle méně než 1 mA na mikrofon), takže fantomové napájení obvody typicky zabudované do rekordérů, směšovačů a předzesilovačů té doby byly navrženy za předpokladu, že tento proud bude adekvátní. Původní specifikace fantomového napájení DIN 45596 požadovala maximálně 2 mA. Tato praxe se přenesla do současnosti; mnoho 48voltových obvodů fantomového napájení, zejména v levných a přenosných zařízeních, jednoduše nedokáže bez poruchy dodat více než 1 nebo 2 mA celkem. Některé obvody mají také významný dodatečný odpor v sérii se standardní dvojicí napájecích odporů pro každý vstup mikrofonu; to nemusí mít vliv na nízkonapěťové mikrofony, ale může to deaktivovat mikrofony, které potřebují více proudu.
Kondenzátorové mikrofony z poloviny 70. let a později určené pro fantomové napájení 48 voltů často vyžadují mnohem větší proud (např. 2–4 mA pro transformátorové mikrofony Neumann, 4–5 mA pro řadu Schoeps CMC („Colette“) a mikrofony Josephson, 5 –6 mA pro většinu mikrofonů Shure KSM, 8 mA pro CAD Equiteks a 10 mA pro zemní práce). Norma IEC udává 10 mA jako maximální povolený proud na mikrofon. Není -li k dispozici jeho požadovaný proud, mikrofon může přesto vysílat signál, ale nemůže poskytnout zamýšlenou úroveň výkonu. Specifické příznaky se poněkud liší, ale nejběžnějším výsledkem bude snížení maximální hladiny akustického tlaku, kterou mikrofon zvládne bez přetížení (zkreslení). Některé mikrofony budou také vykazovat nižší citlivost (výstupní úroveň pro danou úroveň akustického tlaku).
Většina spínačů pozemního zvedání má nežádoucí účinek odpojení fantomového napájení. Pokud má proud dosáhnout elektroniky mikrofonu, musí vždy existovat stejnosměrný proud mezi pinem 1 mikrofonu a zápornou stranou 48voltového zdroje. Zvednutí země, která je normálně pin 1, tuto cestu přeruší a deaktivuje fantomové napájení.
Existuje obecné přesvědčení, že připojení dynamického nebo páskového mikrofonu k fantomově napájenému vstupu ho poškodí. Existují tři možnosti, jak k tomuto poškození dojít. Pokud je na kabelu chyba, fantomové napájení může poškodit některé mikrofony působením napětí na výstup mikrofonu. Poškození zařízení je také možné, pokud je fantomově napájený vstup připojen k nevyváženému dynamickému mikrofonu nebo elektronickým hudebním nástrojům. Přechodné generována při mikrofon je hot-zapojen do vstupu s aktivním fantomové napájení může poškodit mikrofon a případně předzesilovač obvod vstupu, protože ne všechny kolíky konektoru mikrofon kontaktem ve stejnou dobu, a je zde okamžik kdy proud může proudit k nabití kapacity kabelu z jedné strany fantomově napájeného vstupu a ne z druhé. To je problém zejména u dlouhých kabelů mikrofonu. Je osvědčeným postupem zakázat fantomové napájení na zařízeních, která to nevyžadují.
Digitální fantomové napájení
Digitální mikrofony splňující standard AES 42 mohou být vybaveny fantomovým napájením 10 voltů, které je umístěno na zvukových vodičích i na zemi. Toto napájení může poskytnout až 250 mA digitálním mikrofonům. Pérové variace obvyklé XLR konektoru , do konektoru XLD , mohou být použity, aby se zabránilo náhodnému výměnu analogových a digitálních zařízení.
Další techniky napájení mikrofonu
T-power, také známý jako AB powering nebo T12, popsaný v DIN 45595, je alternativou k fantomovému napájení, které je ve světě produkčního filmového zvuku stále široce používáno. Mnoho mixérů a rekordérů určených pro tento trh má možnost T-power. Mnoho starších mikrofonů Sennheiser a Schoeps používá tuto metodu napájení, ačkoli novější rekordéry a mixéry tuto možnost vyřazují. Adaptérové sudy a vyhrazené napájecí zdroje jsou vyrobeny pro umístění mikrofonů napájených T. Mezi mikrofony s touto metodou a mikrofony s napájením P48 často není slyšitelný rozdíl. V tomto schématu je 12 voltů aplikováno přes 180 ohmové odpory mezi „horký“ konektor mikrofonu (pin 2 XLR) a „studený“ konektor mikrofonu (pin 3 XLR). Výsledkem je 12voltový potenciální rozdíl s výraznou proudovou schopností na pinech 2 a 3, který by pravděpodobně způsobil trvalé poškození, pokud by byl použit na dynamický nebo páskový mikrofon.
Plug-in-power (PiP) je nízkonapěťový zdroj 3–5 V poskytovaný na konektoru mikrofonu některých spotřebitelských zařízení, například přenosných rekordérů a počítačových zvukových karet . Je také definován v IEC 61938. Je na rozdíl od fantomového napájení, protože je nevyváženým rozhraním s nízkým napětím (kolem +5 voltů) připojeným k signálovému vodiči s návratem skrz objímku; stejnosměrné napájení je společné se zvukovým signálem z mikrofonu. Kondenzátor se používá k blokování DC z následujících obvodů audio frekvence. Často se používá k napájení elektretových mikrofonů , které bez napájení nebudou fungovat. Je vhodný pouze pro napájení mikrofonů speciálně navržených pro použití s tímto typem napájecího zdroje. Pokud jsou tyto mikrofony připojeny ke skutečnému (48 V) fantomovému napájení prostřednictvím adaptéru 3,5 mm na XLR, který spojuje štít XLR s 3,5 mm pouzdrem, může dojít k poškození. Napájení plug-in je pokryto japonskou normou CP-1203A: 2007
Podobné schéma napájení z napájecího zdroje se nachází v počítačových zvukových kartách. Napájení plug-in i výkon zvukové karty jsou definovány ve druhém vydání IEC 61938.
Tyto alternativní schémata napájení jsou někdy nesprávně označovány jako „fantomové napájení“ a neměly by být zaměňovány se skutečným 48voltovým fantomovým napájením popsaným výše.
Některé kondenzátorové mikrofony lze napájet 1,5voltovým článkem obsaženým v malé přihrádce mikrofonu nebo v externím pouzdře.
Pracovníci v avionice někdy používají fantomové napájení k popisu předpětí DC používaného k napájení leteckých mikrofonů, které používají nižší napětí než profesionální zvukové mikrofony. Fantomové napájení použité v této souvislosti je 8–16 voltů DC v sérii s odporem 470 ohmů (nominální), jak je uvedeno ve standardu DO-214 společnosti RTCA Inc. Tyto mikrofony se vyvinuly z uhlíkových mikrofonů používaných v počátcích letectví a telefonu, který spoléhal na předpětí DC napříč prvkem uhlíkového mikrofonu.
Jiné použití
Fantomové napájení se používá také v jiných aplikacích, než jsou mikrofony:
Poznámky
Viz také
- Bias tričko
- Fantomový obvod
- Komunikace po elektrickém vedení , datová komunikace po elektrické síti
Reference
externí odkazy
- Mikrofon Schoeps CMT 20 z roku 1964-první mikrofon s phantomovým napájením na světě
- Fantomové napájení - vyvážené linky, fantomové napájení, uzemnění a další tajemná tajemství . Loud Technologies Inc, 2003
- Napájení mikrofonů - soubor informací a obvodů pro napájení elektretových mikrofonních kapslí
- Design a provoz mikrofonu-obsahuje alternativní techniky napájení kondenzátorového mikrofonu včetně napájení T-power/12T/AB/DIN 45595
- DIY tester - na přítomnost fantomového napájení a omezené testování kabeláže