Podstawy zasilania Phantom
Wszystkie mikrofony pojemnościowe potrzebują zasilania, a zasilanie phantom jest podstawowym standardem dla profesjonalnych mikrofonów. Oto odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania dotyczące zasilania phantom i jego użycia w mikrofonach.
Czym jest zasilanie phantom?
Krótka wersja: Zasilanie phantom jest standardową metodą zasilania profesjonalnych mikrofonów pojemnościowych (Condenser Microphones – DPA Microphones) za pomocą złącza XLR-3 i symetrycznych kabli. Piny 2 i 3 złącza XLR przenoszą +48V ±4V DC. Pin 1 ma napięcie 0V.
Nazwa “zasilanie phantom” odnosi się do jego “niewidzialności” podczas podłączania symetrycznych mikrofonów, które nie potrzebują zewnętrznego zasilania, takich jak mikrofony dynamiczne (z ruchomą cewką). W skrócie, nazywa to P48.
Rys. 1.
Dlaczego mikrofony potrzebują zasilania?
Tylko mikrofony z wbudowaną elektroniką potrzebują zasilania. Dotyczy to głównie mikrofonów pojemnościowych. Jednak niektóre mikrofony dynamiczne (np. wstęgowe z wbudowaną elektroniką) również korzystają z zasilania phantom.
Czy jest to ustandaryzowane?
Międzynarodowy standard opisuje zasilanie phantom, aby zapewnić, że połączenie działa zgodnie z zamierzeniem we wszystkich markach. Standard IEC 61938:2018 określa specyfikacje techniczne. Te specyfikacje dotyczą napięcia, poboru prądu, impedancji itp.
Rys. 2. IEC Standard 61938:2018
Czy zasilanie phantom zawsze wynosi 48V?
Zgodnie ze standardem IEC, wszystkie nowe produkty wyposażone w zasilanie phantom (wejścia rejestratorów, mikserów, przedwzmacniaczy itp.) powinny dostarczać 48V. Jednak wcześniej projektanci mogli wybierać między 12V lub 24V. Dlatego istnieją systemy dostarczające mniej niż 48V. Istnieją systemy 15V i 18V. Czasami urządzenie wskazuje tylko potrzebę zastosowania zasilania phantom, ale nie jest podane rzeczywiste wymagane napięcie.
Co się stanie, jeśli napięcie wynosi mniej niż 48V?
Większość profesjonalnych mikrofonów z zasilaniem phantom wymaga napięcia 48V. (Kilka marek może działać z napięciem 9-52V). Kiedy masz mikrofon P48, może on nadal działać przy niższym napięciu. Jednak typowym objawem jest pogorszenie wydajności mikrofonu, zmniejszenie maksymalnego ciśnienia SPL i zwiększenie zniekształceń. Jeśli napięcie jest zbyt niskie, mikrofon przestanie działać.
Ile prądu możne pobierać?
Standard IEC określa, że znamionowy dostępny prąd dla P48 wynosi 7mA, a 10mA to wartość maksymalna.
Czy należy wyłączać phantom, jeśli go nie używamy?
Zasadniczo nie jest konieczne wyłączanie zasilania phantom (dlatego nazywa się to Phantom). Jednak jest to również kwestia możliwości danego urządzenia. Niektóre urządzenia mają przełączniki indywidualne dla każdego kanału. Inne są wyposażone w jeden przycisk włączający/rozłączający wszystkie kanały jednocześnie.
Co zrobić, jeśli moje urządzenie nie ma zasilania phantom?
Istnieje wiele opcji, jeśli masz rejestrator, mikser lub wzmacniacz bez zasilania phantom i mikrofon, który go potrzebuje. Jeśli jesteś w podróży, możesz potrzebować zasilacza działającego na baterie. W studiu lub na scenie możesz użyć tradycyjnego zasilacza phantom podłączonego do sieci.
Czy mikrofony miniaturowe również potrzebują zasilania phantom?
Tak i nie. Większość mikrofonów miniaturowych jest zaprojektowana do pracy w połączeniu z nadajnikami bezprzewodowymi, które dostarczają mniej niż 10V. Ponadto nadajniki nie są wyposażone w złącza XLR, więc nie jest możliwe dostarczenie P48. Istnieją jednak adaptery, które konwertują P48 na napięcie odpowiednie do pracy mikrofonu miniaturowego. Miniaturowe mikrofony DPA podłączone za pomocą adaptera (DAD6001) działają w zakresie 12-48V.
Rys. 3. Adapter dla miniaturowych mikrofonów DPA.
Jak to możliwe, że można przesyłać zarówno prąd stały (DC), jak i zmienny (AC)?
Jedną z inteligentnych cech P48 jest to, że okablowania dostarcza prąd stały (DC) do mikrofonu, oraz to samo okablowanie przynosi sygnał z powrotem do wejścia. Można to porównać do morza: mamy poziom wody (DC), a dodatkowo mamy fale (AC, sygnał). Można więc powiedzieć, że DC porusza się w górę lub w dół, modulowane przez AC.
Rys. 4. Podstawowy obwód zasilania Phantom.
Czy P48 może zasilać coś innego niż mikrofony?
P48 może zasilać inne urządzenia niż mikrofony, np. sterowniki linii. Czasami jest używany do zasilania świateł roboczych.
Kiedy wynaleziono zasilanie phantom?
Zasilanie phantom zostało wynalezione w 1966 roku przez firmę Neumann w związku ze specjalną dostawą dla NRK (Norwegian Broadcasting), gdzie 48V było dostępnych dla systemu oświetleniowego. Pierwszym standardem była norma DIN 45 596 (obecnie zastąpiona przez IEC 61938:2018).
Czy zasilanie phantom może uszkodzić mikrofon?
Jeśli podłączony zostanie niezbalansowany i czuły mikrofon – taki jak mikrofon wstęgowy – może on ulec uszkodzeniu. Dlatego nigdy nie podłączaj niezbalansowanych mikrofonów lub kabli do wejść z zasilaniem phantom.
Jak sprawdzić zasilanie phantom?
Prostym sposobem na sprawdzenie zasilania phantom jest użycie woltomierza. Jeden przewód podłącz do pinu 1, a drugi do pinu 2 lub do pinu 3. Miernik powinien wskazywać 48V DC ( i 0V AC) w obu przypadkach. Między pinami 2 i 3 wskazanie powinno wynosić 0V. Odczyt 48V jest napięciem obwodu otwartego przed podłączeniem mikrofonu. Po podłączeniu mikrofonu napięcie spada do niższej wartości z powodu poboru prądu przez rezystory.
Do poprawnej weryfikacji można użyć np. generator sygnału NTI-Audio MR Pro Minirator, który testuje okablowanie i wejście mikrofonowe. Dostępne są również różne „gadżety” lub narzędzia, takie jak tester zasilania phantom Canford P48-Check Phantom Power Tester.
Rys. 5. Canford P48-Check Phantom Power Tester.
Czy układ P48 ma jakiś wpływ na impedancję wejściową?
Każde wejście ma swoją impedancję wejściową. Zasadniczo obciążenie (impedancja wejściowa) powinno być 5-10 razy większe niż impedancja źródła. Na przykład, mając mikrofon z impedancją wyjściową 100Ω, obciążenie powinno wynosić co najmniej 500-1000Ω. Nie stanowi to problemu przy wejściu z zasilaniem phantom, gdzie impedancja wejściowa wynosi 3,4kΩ. Jednak mikrofon dynamiczny z nieliniową impedancją wyjściową (np. cewka) zazwyczaj preferuje znacznie wyższą impedancję wejściową. Dlatego warto stosować mikrofony dynamiczne o szczególnie wysokiej impedancji.
Jaki pobór prądu można oczekiwać od mikrofonu?
Pobór prądu zależy od konstrukcji mikrofonu. Oto kilka typowych wartości:
Mikrofon | Napięcie określone (wolt) | Pobór prądu (mA) |
DPA 2006A | 48 | 2.8 |
DPA 2006C | 48 | 2.8 |
DPA 4006A | 48 | 2.8 |
DPA 4006C | 48 | 2.8 |
DPA 4006ES | 48 | 3.5 |
DPA 4017B | 48 | 4.5 |
DPA 4017C | 48 | 2.8 |
DPA 4017ER/ES | 48 | 3.5 |
DPA 4041-SP | 48 | 2.2 |
DPA 4060 + DAD 6001 | 12-48 | 3.5 |
różne marki – |
|
|
AKG C414 XLS | 48 | 4.5 |
AKG C451B | 9-52 | 2 |
AKG P170 | 48 | 3 |
Audio-Technica AT2020 | 48 | 2 |
Audio-Technica ATM350U | 11-52 | 3.5 |
Audio-Technica AE3300 | 11-52 | 3 |
Crown (AKG) PCC-160 | 12-48 | n/a |
Crown (AKG) PZM30D | 12-48 | n/a |
Earthworks SR40V | 24-48 | 10.0 |
Earthworks SR314 | 24-48 | 10.0 |
Earthworks M23 | 24-48 | 10.0 |
Neumann U87 | 48 | 0.8 |
Neumann KM100 | 48 | 2.0 |
Neumann KSM105 | 48 | 3.5 |
Schoeps CCM2 | 12 | 3.6 |
Schoeps CMIT 5 | 48 | 4.4 |
Schoeps V4 | 48 | 3.3 |
Sennheiser MKH40 | 48 | 2.0 |
Sennheiser MKH416 | 48 | 2.0 |
Sennheiser MKH 8040 | 48 | 3.3 |
Shure KSM9 | 48 | 5.2 |
Shure KSM44A | 11-52 | 5.8 |
Shure SM-81 | 11-52 | 1.2 |
Referencje
Benjamin et al – Performance of the Microphone-Preamp Interface. AES Convention e-Brief 176. October 2014.
Bortoni, Rosalfonso; Kirkwood, Wayne: The 48 Volt Phantom Menace Returns. AES Convention Paper 7909. October 2009.
Brixen & Voetmann: Electroacústica Práctica. ISBN 978-84-7360-625-7, 2018.
Chalupa, Rudolf: A Novel Topology for a DC-Coupled Phantom-Powered Preamplifier. AES Convention Paper 2820. October 1989.
DIN 45596 German Language – Microphones; Phantom Powering
Gaskell, Robert-Eric: Capacitor “Sound” in Microphone Preamplifier DC Blocking and HPF Applications: Comparing Measurements to Listening Test. AES Convention Paper 8350. May 2011.
Green, Steve: Microphone Preamplifier Design. Proceedings of the UK 24th AES Conference. June 2011.
Groner, Samuel: Reducing Transformerless Microphone Preamplifier Noise at Low Gain Settings. JAES Vol 63 Issue 2 pp 184-190. March 2015.
IEC 61938:2018 Multimedia systems – Guide to the recommended characteristics of analogue interfaces to achieve interoperability.
Josephson, David L: Nonlinearities in Condenser Microphone Electronics; Design Considerations for New Solid-State Microphones. AES Convention Paper 2983. September 1990.
Kist, Joost; Foley, Dan: Improving Audio Performance of Microphones Using a Novel Approach to Generating 48 Volt Phantom Powering. AES Convention Paper 10095. October 2018.
Peus, Stephan; Kern, Otmar: A Method of Remote-Controlling the Polar Pattern of a Condenser Microphone with Standard Phantom Powering. AES Convention Pater 3592. March 1993.
Thomas, Frank; Hebert Gary: The 48-Volt Phantom Menace. AES Convention Paper 5335. May 2001.
Wuttke, Jörg: The Analog Microphone Interface and Its History. AES Convention Paper 7733. May 2009.
Wuttke, Jörg: The feeble phantom. Microphone Data Ltd 2010.
Wuttke, Jörg: The pathetic phantom. Resolution, pp 56-58. Jan/Feb 2003.
Zaim, Mark: Phantom Powering the Modern Condenser Microphone Part II: The Effect of Load on Microphone Performance. AES Convention e-Brief. October 2011.
Zaim, Mark; Kikutani, Tadashi; Green, Jackie: Phantom Powering the Modern Condenser Microphone: A Practical Look at Conditions for Optimized Performance. AES Convention Paper 7594. October 2008