Предусилитель для микрофона с фантомным питанием

Для каждого приходит время…

Когда микрофонные предусилители аудиоинтерфейсов перестают справляться…

И нам нужно что-то ПОКРУЧЕ.

Некоторым нужно больше каналов для записи групп.

Для других нужен ОДИН премиум-канал, чтобы вокал засиял.

Какова бы ни была ВАША причина, в этом посте есть вариант и для вас.

Потому что среди 9 предусилителей , о которых я сегодня расскажу…

Я выбрал по 3 варианта , относящихся к следующим категориям :

1. Многоканальные БЮДЖЕТНЫЕ предусилители
2. Многоканальные ТОПОВЫЕ предусилители
3. Одноканальные предусилители

Многоканальные бюджетные предусилители

Для записи групп ОБЯЗАТЕЛЬНО нужен аудиоинтерфейс с достаточным количеством входных каналов, верно?

Но поскольку в большинстве интерфейсов нет предусилителя для каждого канала, вам также потребуется многоканальный микрофонный предусилитель .

Среди лучших доступных вариантов для домашних студий эти 3 — мои любимые :

1. Presonus Digimax D8

Если хорошее дешёвое оборудование — то, что вы хотите…

То нет производителя лучше, чем Presonus .

Они явно заявляют об этом моделью Digimax D8 .

В этом самом дешёвом предусилителе из списка есть все ключевые функции :

• 8 микрофонных предусилителей
• 2 цифровых входа
• пэд для каждого канала
• цифровая конверсия 24 бит/48 кГц

В отличие от некоторых предусилителей, все микрофонные входы на D8 расположены сзади, позволяя передней панели стойки оставаться свободной.

Чтобы задняя панель тоже выглядела опрятно, здесь есть выход ADAT, который может посылать ВСЕ 8 каналов в 1 цифровом кабеле. А если вы предпочитаете 8 выходов TRS, то они тут тоже есть.

Единственное, что мне не нравится в D8 …

Переключатели фантомного питания расположены на задней панели, из-за чего они труднодоступны, когда устройство встроено в стойку.

Лично я предпочитаю, когда они спереди. Поэтому следующий вариант мне нравится больше…

2. Art Tube Opto 8

Если вы фанат ламповых предусилителей…

То Art Tube Opto 8 , возможно, как раз то, что вы ищете.

В нём есть абсолютно все функции, что и в Digimax D8 , и ещё несколько дополнений.

По сравнению с D8 , в котором на передней панели есть только контроль гейна и пэд …

В Tube Opto 8 есть ещё такие функции, как:

• фильтр высоких частот
• фазовый переключатель
• контроль уровня выходного сигнала

И поскольку переключатели фантомного питания расположены спереди, не нужно будет каждый раз лезть за стойку, когда вы выключаете конденсаторный микрофон.

Стоящий на несколько долларов подороже… Art Tube Opto 8 может стать как раз тем устройством, которое вы ищете.

3. Focusrite Octopre MkII

Со всеми теми же функциями, что и Art Tube Opto 8 …

Focusrite Octopre MkII идёт на шаг дальше…

Добавляя поддержку цифровой конверсии до 96 кГц .

На этой частоте дискретизации ADAT может передавать только 4 аудиоканала вместо обычных 8 на 48 кГц.

Это означает, что в Octopre MkII 2 выхода ADAT, а не один.

2 бренда, которые мы уже рассмотрели (Digimax и ART) известны не за свои предусилители… а вот Focusrite — наоборот.

И это ещё один бонус.

Теперь перейдём к вариантам подороже…

Многоканальные предусилители класса люкс

Многие полагают, что для ПОЛНОГО раскрытия потенциала микрофонов…

Хороший предусилитель ОБЯЗАТЕЛЕН.

И хотя немногие могут позволить себе САМОЕ ЛУЧШЕЕ, для тех, кто может, вот что я советую :

1. API 3124+

Что интересно в топовых предусилителях…

Если вы замечали, в них и близко нет такого количества функций, как в бюджетных моделях.

Однако они стоят в несколько раз больше. Вот почему :

Обычно в профессиональном звуковом оборудовании применяется такая философия:

• бюджетное оборудование сносно справляется с большим количеством задач, а…
• топовое оборудование идеально выполняет ОДНУ задачу.

API3124+ — отличный тому пример. Просто посмотрите на его переднюю панель и вы увидите, насколько она проста.

В нём 4 канала, 4 DI-входа, все стандартные кнопки, ничего особенного. Кроме, разумеется, звука.

Использующий те же легендарные схемы предусилителей, что и классические консоли API, API3124+ предлагает уровень качества, с которым не сравнится ни один предусилитель из тех, что мы уже рассмотрели.

Если вы можете себе его позволить, то вряд ли вы найдёте предусилитель лучше.

2. Solid State Logic Alpha VHD

Более известная как производитель мегакрутых микшерных пультов…

Solid State Logic (SSL) — среди лучших компаний в сфере профессионального звука с момента основания в 1969 году.

В последнее время, когда домашние студии набирают популярность…

Они расширили свою линейку продуктов, включив в неё небольшие устройства, сохранив при этом тот же стандарт качества.

Один из их лучших продуктов — Solid State Logic Alpha VHD , использующий ту же схему предусилителя, что и флагманская консоль Duality .

На первый взгляд, передняя панель выглядит как современная версия API3124+. Но есть одна действительно выдающаяся особенность…

Известная как Variable Harmonic Drive (VHD) , позволяющая добавлять гармонический перегруз второго и третьего порядка, а также смешивать их, как вашей душе угодно.

Для тех, кто не знает…

Гармонии второго порядка имеют мягкий “ламповый” дисторшн, а третьего — более жёсткий “транзисторный” звук.

Насколько мне известно, никакой другой предусилитель не имеет такой функции.

3. True Systems Precision 8

Поскольку для большинства систем нужно больше четырёх дополнительных каналов…

Я подумал, что неплохо было бы включить как минимум ОДИН топовый 8-канальный предусилитель, чтобы все были рады.

Единственная проблема… среди лучших 8-канальных предусилителей сложно найти модели дешевле 5000 $.

Однако True Systems Precision 8 — одно из немногих исключений за половину от этой суммы.

Помимо невероятного звука, стоит упомянуть его 3 уникальных особенности :

1. Выход DB-25 , позволяющий передавать все 8 каналов аналогового звука одним многожильным кабелем .
2. Кодирование мид-сайд , облегчающее мид-сайд стереозапись на каналах 1 и 2 без необходимости сложно проводить сигнал через ЦЗРС.
3. Частотный диапазон 1,5 Гц-500 кГц , что намного шире пределов человеческого слуха как в большую, так и в меньшую стороны. Ни один из известных мне предусилителей и близко не подбирается к этим цифрам.

Одноканальные предусилители

Конечно… было бы классно, если бы у всех были 4-8-канальные топовые предусилители, но опять же…

Не все МОГУТ СЕБЕ ПОЗВОЛИТЬ столько… и не всем НУЖНО столько.

Например, кто-то хочет только 1 канал для вокала. И если это всё, что вам нужно, я советую эти модели :

1. Universal Audio SOLO/610

Если вы уже имели дело с оборудованием Universal Audio…

То наверняка уже знаете…

Что любое оборудование с эмблемой UA чертовски крутое.

И Universal Audio SOLO/610 с теми же предусилителями, что и в классической консоли Putnam 610 , не исключение.

Как и в большинстве топовых предусилителей здесь используется простой дизайн без выкрутасов. Настолько простой, что на задней панели есть всего 2 разъёма:

• XLR-вход
• XLR-выход

В отличие от других предусилителей из этого списка, этот — отдельно стоящий и переносной, с ручкой для переноски.

Также посмотрите похожие микрофонные предусилители Universal Audio :

• Universal Audio LA-610 Mk II – (Amazon) , объединяющий микрофонный предусилитель 610 с оптическим компрессором T4
• Universal Audio 6176 – (Amazon) , объединяющий 610B с классическим лимитером 1176LN

2. Grace Design m101

В 1990 году Майкл Грейс основал фирму Grace Design …

И начал производить топовые бутиковые микрофонные предусилители небольшими партиями.

И спустя короткое время стал известен как один из лучших производителей в этой отрасли.

Хотя большинство их продуктов совсем не входит в ценовой диапазон домашних студий, Grace Design m101 — один из немногих производимых ими предусилителей, который значительно дешевле остальных.

Обновление безумно популярного предусилителя Model 101, M101 собран только из высококачественных компонентов и по этому показателю далеко впереди всех своих конкурентов.

Помимо безупречного звука, заметная особенность этого предусилителя — уникальный “ленточный режим”, специально разработанный для защиты хрупких ленточных микрофонов, позволяющий им проявлять себя во всей красе.

В целом, это отличный вариант.

Последний в списке у нас…

3. Avalon VT-737sp

По сравнению с простым дизайном без излишеств, который был у предыдущих двух предусилителей…

Avalon VT-737sp следует совершенно ОБРАТНОМУ подходу.

Гораздо больше, чем просто микрофонный предусилитель…

VT737sp — ламповый усилитель с многодиапазонным эквалайзером, опто-компрессором и огромным количеством функций помимо этих.

Многие считают его самой популярной канальной линейкой современности.

Учитывая огромное количество элементов управления на передней панели, поначалу можно их испугаться. Вот краткий обзор его функций :

• 3 входа — микрофонный, инструментальный, линейный
• 4 переключателя режимов входа — хай-гейн, +48 В, фазный, фильтр
• 4 элемента управления компрессором — порог, компрессия, атака, восстановление
• винтажный волюметр
• разнообразие элементов управления эквалайзером — 4 диапазона, шельфовые фильтры высоких/низких частот, переключатель добротности

Для полного контроля над одним каналом… ЭТО тот предусилитель, который вам нужен.

Усилитель для компьютерного микрофона с фантомным питанием.

Автор: Oleg Galizin, galizin@mail.ru
Опубликовано 26.08.2010.
Создано при помощи КотоРед.

Завел я себе на компьютере такую программку как Skype. Но вот одна незадача: микрофон нужно держать около самого рта, что бы собеседник мог тебя хорошо слышать. Я решил, что не хватает чувствительности микрофона. И решил сделать усилитель усилитель.

Поиск в интернете дал десятки схем усилителей. Но всем им требовался отдельный источник питания. Мне же хотелось сделать усилитель без дополнительного источника, с питанием от самой звуковой карты. Что бы не нужно было менять батарейки или тянуть дополнительные провода.
Прежде чем бороться с врагом, нужно знать его в лицо. Поэтому я накопал информации в интернете об устройстве микрофона: https://oldoctober.com/ru/microphone. Статья рассказывает, как сделать компьютерный микрофон своими руками. Заодно я позаимствовал и саму идею: незачем ломать готовое устройство для своих экспериментов, если можно сделать самому. Краткий пересказ статьи сводится к тому, что компьютерный микрофон – это электретный капсюль. Электретный капсюль – это, с электрической точки зрения, полевой транзистор с открытым истоком. Этот транзистор запитывается от звуковой карты через резистор, который одновременно является и преобразователем сигнального тока в напряжение. Два уточнения к статье. Во-первых, нет в капсюле резистора в стоковой цепи, сам видел, когда разобрал. Во-вторых, соединение резистора и конденсатора выполняется в кабеле, а не в звуковой карте. То есть один вывод служит для питания микрофона, а второй – для приема сигнала. То есть получается примерно вот такая схема

Здесь левая часть рисунка – это электретный капсюль (микрофон), правая – звуковая карта компьютера.
Во многих источниках пишут, что питание микрофона осуществляется от напряжения 5В. Это неверно. В моей звуковой карте это напряжение было 2,65В. При замыкании вывода питания микрофона на землю ток составил около 1,5мА. То есть резистор имеет сопротивление около 1,7кОм. Вот от такого источника и требовалось питать усилитель.
В результате экспериментов с microcap родилась вот такая схема.

Через резисторы R1, R2 осуществляется питание капсюля. Для предотвращения отрицательной обратной связи на частотах сигнала используется конденсатор C1. На капсюль подается напряжение питания равное падению напряжения на p-n переходе. Сигнал с капсюля выделяется на резисторе R1 и подается на базу транзистора VT1 для усиления. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером с нагрузкой на резисторы R2 и резистор в звуковой карте. Отрицательная обратная связь по постоянному току через R1, R2 обеспечивает относительное постоянство тока через транзистор.
Вся конструкция была собрана навесным монтажом прямо на микрофонном капсюле. По сравнению с микрофоном без усилителя сигнал увеличился примерно раз в 10 (22дБ).

Вся конструкция была обмотана сначала бумагой для изоляции, а потом фольгой для экранирования. Фольга имеет контакт с корпусом капсюля.

Upd.

Сделал также 2 транзисторный вариант. Он обладает повышенным коэффициентом усиления (30) и стабильностью. В принципе никто не мешает увеличить коэффициент усиления еще. Задается он отношением R1 к R2.

Вот фото готового изделия:

К файлам добавил печатку 2 транзисторного варианта.

Опции темы

Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов соврем

Обсуждается проблема повышения качества работы дешевых электретных микрофонов путем их схемотехнической доработки. Предлагается схема предусилителя с питанием от микрофонного входа современных гаджетов (эти входы оснащены встроенным низковольтным фантомным источником, обычно: 2.5В, 3кОм). Схема имеет стандартное двухпроводное подключение к микрофонному входу, использует самые доступные радиокомпоненты и обладает при этом достаточно высокими характеристиками по сравнению с популярными аналогами.
Схема содержит только один относительно большой элемент – конденсатор емкостью 47…100 мкФ на напряжение от 3.3 В. При использовании smd-компонентов предусилитель можно уместить непосредственно в корпусе многих продаваемых дешевых моделей микрофонов.

Создать эту тему меня подвиг интересный пост в блоге Николая Сухова на сайте IXBT.COM:
http://www.ixbt.com/live/nikolay-suh. diofila_2.html
Читать сам пост, комментарии к нему и смотреть видео для полного погружения в проблему – обязательно. Необходимо также ознакомиться с материалом от user57 и hectorsky (оппоненты Николая Сухова) по ссылкам на их результаты:
https://cloud.mail.ru/public/4jkV/uZVvUZzSE
https://www.dropbox.com/sh/tqks8qt8s. in30y6Tza?dl=0
Хоть я и не во всём согласен с Николаем Суховым, но благодарен ему за то, что фактически он единственный, кто подготовил самый подробный и эффектно изложенный материал по вопросу повышения качества звукозаписи при использовании дешевых электретных микрофонов.
Я в свое время также успел столкнуться с этой проблемой и поэтому, понимая её актуальность, решил «замутить» аналогичную тему здесь, дав ей новое продолжение.

Итак, есть актуальная проблема, состоящая в том, что звукозапись (или голосовая связь) с использованием внутренних микрофонов современных дешевых гаджетов, а также с применением внешних недорогих микрофонов, подключаемых к микрофонным входам значительного количества электронной техники (дальше по тексту я для простоты всё это буду называть гаджетами, заранее прошу прощения), очень часто оставляет желать лучшего. В первую очередь не устраивает малый уровень громкости даже при выведении всех регуляторов на максимум. В некоторых применениях ситуацию можно исправить последующим программным усилением (постобработкой записи), но в случае прямой голосовой связи (например, при интернет-общении) это затруднительно.
Во-вторых, часто не устраивает малое достигаемое отношение сигнал/шум (С/Ш), иногда сопровождающееся заметными нелинейными искажениями, а это уже гораздо хуже, чем просто тихий звук. Конечно, надо разобраться, почему такое может иметь место, и насколько виноват в этом дешевый электретный капсюль.
В качестве отправных точек возьмем данные из литературных источников, относящиеся к обозначенной проблеме.

Для начала определим диапазон уровней громкости звуковых сигналов и уровней акустического фона, с которыми обычно приходится иметь дело при любительской звукозаписи в разнообразных условиях. Вот типичные данные, которые с некоторыми вариациями приводятся в интернет-источниках (http://edu.trudcontrol.ru/

3m/item/43u7haNo , http://www.acousticlab.ru/urovni_gro. ochnikov_shuma ):

Из этих данных можно увидеть, что в подавляющем большинстве случаев любительская запись будет происходить при уровне акустического фона не менее 25…30 дБ SPL (Sound Pressure Level). Получается, что отношение С/Ш при записи сигнала обычной громкости в таких условиях, будет иметь весьма небольшое значение. Например, если источник создает звук в 50 дБ SPL, то рассчитывать на отношение С/Ш можно лишь в пределах 20….25 дБ. А для того, чтобы в вашей записи отношение С/Ш было на уровне 60 дБ нужно, чтобы записываемый «полезный» звук имел около 90 дБ SPL. И это связано НЕ с микрофоном, а определяется только акустическими условиями. От капсюля лишь требуется, чтобы его собственные шумы не сильно ухудшили это отношение. Думаю, именно поэтому подавляющее число дешевых электретных микрофонов, рассчитанных на любительскую запись и типичные условия применения, при различающихся прочих параметрах, имеют по паспортным данным эквивалентные собственные акустические шумы (EIN) на уровне

Последний раз редактировалось semimat; 28.08.2017 в 04:15 .

Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

Вот так выглядит схема ПУ уже с конкретными номиналами деталей (совместно с эквивалентом капсюля и микрофонным входом) в симуляторе Микрокап 11. Назвал я её «2xОС ПУ» поскольку этот ПУ содержит аж две настраиваемые ОС (R2 и R4):

Следует отметить, что в схеме нет межкаскадных разделительных конденсаторов, а значит, её режимы по постоянке зависят от тока стока полевого транзистора (тока капсюля). От них, в свою очередь, зависит величина максимального достижимого неискаженного выходного сигнала. Поэтому для получения наилучших характеристик следует настраивать схему под конкретный ток используемого капсюля с помощью выбора резистора R1. Замечу, что чем меньше ток капсюля, тем большей неискаженной амплитуды выходного напряжения можно добиться подгонкой R1. Это из-за того, что при меньшем токе капсюля, больше тока может «достаться» выходному транзистору Q3 предусилителя, а значит, его сигнальная модуляция может происходить в более широких пределах.

Для определения величины оптимального сопротивления R1 в зависимости от тока капсюля Iк (подчеркну, что этот ток надо измерять при напряжении на капсюле всего в 0.5 В) можно воспользоваться эмпирической формулой, полученной на основе анализа результатов симуляционной оптимизации R1 в программе Мультисим 14 при различных заданных тока капсюля:
R1≈330/Iк – 0.6, где Iк– ток капсюля в мкА, а результат для R1 получается в кОм.
(Пример: ток капсюля 185 мкА. Оптимальная нагрузка R1≈330/185 – 0.6≈1.2 кОм. Округлять лучше в большую сторону.)
Формула эмпирическая, получена в симулировании при конкретных прочих схемных параметрах! При изменении номиналов деталей, напряжения фантомного питания, да и просто в живом макетировании, она может не сработать. Поэтому подгонять желательно реально «по месту».

Если вам повезло, и у вашего капсюля ток полевика при 0.5 В равен, к примеру, 70 мкА, то оптимальным будет резистор R1=4.1 кОм. При этом симуляция показывает, что неискаженная амплитуда выходного сигнала (менее 1% КНИ) будет составлять более 0.5 В. К тому же, как правило, чем меньше ток полевика – тем меньше его крутизна и усиление. Поэтому настройка ПУ подбором (увеличением) резистора R1 при использовании капсюлей с малыми токами также благотворно влияет на сохранение общего усиления схемы.
Если же ваш капсюль имеет ток более 200 мкА, то схема начинает терять высокую эффективность, поскольку на выходной транзистор остается меньше тока. Надеюсь, это будет редко: я среди имевшихся в распоряжении дешевых компьютерных микрофонов, не встретил ни одного, у которого при таком напряжении на капсюле, ток был больше 150 мкА.
Чтобы провести сравнение предлагаемой схемы с «конкурентами» в равных условиях, был позаимствован файл моделей для симулятора Микрокап 11, ранее подготовленный и использованный Николаем Суховым (спасибо ему!). В него была просто дорисована предлагаемая схема (2xОС ПУ). Поскольку у Сухова был использована модель полевика 2SK3372 с током стока 186 мкА, то в схеме было выбрано значение R1, равное 1.3 кОм. Это значение больше оптимального (1.2 кОм), но при нем получается равный со схемой Сухова коэффициент усиления, а результаты сравнения зависимости искажений от выходного уровня сигнала, приведенные ниже, все равно остаются убедительными.
Итак, вот схемы, по которым проводилось сравнение:

Файл для самостоятельного повторения симулирования в Микрокапе 11 (я пользовался версией «Micro-Cap 11.0.1.9, 32 bit):3_electret_preamps + 2xОСПУ.zip

Так выглядят в симулировании АЧХ для трех рассмотренных выше вариантов предусилителей, а также стандартного включения капсюля без ПУ:

На следующем рисунке показаны зависимости КНИ (%) от амплитуды выходного сигнала для тех же схем. Я решил не делать по оси х логарифмическую шкалу, как было на графиках у Сухова, полагая, что в линейной шкале они более показательны:

Видно, что предлагаемая схема дает неплохие искажения (менее 1%) вплоть до наступления жесткого ограничения выходного сигнала (клиппинга).
Подчеркну, что для достижения таких результатов надо подбирать R1 соответственно току капсюля. Если бы капсюль имел меньший ток (не 186, а 70 мкА), то максимальная амплитуда неискаженного сигнала могла бы быть еще почти в два раза больше.

Теперь сравним динамические диапазоны для этих вариантов подключения капсюля. Будем считать, что верхняя граница динамического диапазона схемы определяется уровнем её входного сигнала, при котором искажения выходного сигнала составляют 1% (типичный критерий для электретных микрофонов). Иногда используют критерии 3% и 10% искажений. Есть данные научных исследований, согласно которым нормальный слух способен обнаружить искажения, когда вторая гармоника составляет более 3%, или третья гармоника превышает 0.5%. Я выбираю однопроцентный критерий, поскольку это выгоднее для моего ПУ – у него, согласно приведенным графикам искажений, после достижения клиппинга начинается их резкий рост при незначительном дальнейшем увеличении входного сигнала.
Имеем согласно графикам искажений:
1. Для включения капсюля без ПУ 1% искажений достигается при выходном сигнале – 120 мВ амплитудных. Учитывая, что Ку этого варианта составляет 1.9, получаем максимальный входной сигнал 120мВ/1.9≈63.2мВ амплитудных или 44.7мВ скз (среднеквадратичное значение) гармонического сигнала.
2. Для однотранзисторной схемы 1% искажений достигается при выходном сигнале – 10 мВ амплитудных. Учитывая, что Ку этого варианта составляет 11.4, получаем максимальный входной сигнал 10мВ/11.4≈0.88мВ амплитудных, или 0.62мВ скз.
3. Для двухтранзисторной схемы Сухова 1% искажений достигается при выходном сигнале – 25 мВ амплитудных. Учитывая, что Ку этого варианта составляет 28.3, получаем максимальный входной сигнал 25мВ/28.3≈0.88мВ амплитудных или 0.62мВ скз
4. Для 2хОС ПУ 1% искажений достигается при выходном сигнале (амплитуда) – 250 мВ амплитудных. Учитывая, что Ку этого варианта составляет 28.3, получаем максимальный входной сигнал 250мВ/28.3≈8.8мВ амплитудных или 6.2мВ скз.
Будем также считать, что во всех случаях дополнительные помехи, кроме собственных шумов капсюля, отсутствуют. То есть, пока считаем, что нижняя граница динамического диапазона у всех схем одинакова и определяется собственными входными шумами капсюля. Оценим их для конкретного капсюля WM-61A, паспортные данные которого: чувствительность при стандартном включении без ПУ -34дБ (это 20 мВ/Па), эквивалентный акустический шум – 94-62=32 дБ (это 0.0008Па скз). Таким образом, приведенные входные электрические шумы капсюля (считаем, что его Ку=1.9) составляют 0.0008Па*20мВ/Па/1.9≈8.4мкВ скз.
В результате получаем:
Динамический диапазон капсюля без ПУ: 20 log(44.7мВ /8.4мкВ) ≈75 дБ,
Динамический диапазон однотранзисторного ПУ: 20 log(0.62мВ /8.4мкВ) ≈37 дБ,
Динамический диапазон двухтранзисторного ПУ Сухова: 20 log(0.62мВ /8.4мкВ) ≈37 дБ,
Динамический диапазон 2хОС ПУ: 20 log(6.2мВ /8.4мкВ) ≈57 дБ,

Полученные результаты кажутся абсурдными – капсюль без ПУ оставляет далеко позади все схемы ПУ! Как это объяснить, и почему же при таком малом динамическом диапазоне предусилители в реальности явно улучшают звучание.

Ну, во-первых, я взял очень жесткие требования на допустимые искажения. На самом деле можно было бы взять и 3% (это добавляет 10 дБ к динамическому диапазону при линейной зависимости КНИ от амплитуды). Более того, опыты показывают, что средний слух не замечает даже жесткий клиппинг сигнала, если он длится менее 10 мс. Также снижается чувствительность к искажениям и при повышении громкости звука (уже начиная с 60 дБ SPL), поскольку в самом слуховом аппарате возникают гармоники из-за его собственной нелинейности. Таким образом, если нелинейность растет плавно, без образования высоких гармоник (доминирует только вторая), то на максимальных громкостях можно считать допустимыми искажения до 10 % (это типичная граница, используемая при оценке динамического диапазона МЭМС-микрофонов).
Во-вторых, и это неизбежно – если усиливаешь сигнал, то позаботься, чтобы он «пролез» сквозь выходной каскад. А для этого нужно повышать напряжение его питания, и тем больше, чем больше сделано усиление. Вот тут-то и возникают реальные проблемы с низковольтным фантомным питанием. Оно сильно ограничивает возможность увеличения Ку, соответственно уменьшая динамический диапазон сверху. Если бы питание ПУ было 6В и более, да еще не фантомное, то можно было бы полностью сохранить исходный динамический диапазон капсюля, имея при этом Ку предусилителя 30 дБ.
Те, кто ознакомился с постом Сухова по ссылке в начале темы, резонно зададут вопрос: как же в его измерениях получилось отношение С/Ш аж в 62 дБ вместо рассчитанных мной 37 дБ. Где потеряны 25 дБ? Всё кроется в методике измерений границ динамического диапазона. Что касается определения минимального значения SPL в произведенной тестовой записи сигнала, то программа Adobe Audition ищет на заданном пользователем интервале времени участок длительностью 50 мс (по умолчанию), где SPL минимален. Это позволяет программе даже поймать момент, когда внешние шумы, не обладающие постоянством, могут кратковременно опуститься ниже собственных шумов капсюля. То есть, с оценкой нижней границы всё нормально. А вот верхнюю границу Сухов определял, хлопая в ладоши. При этом на аудиозаписи видно полнейшее ограничение сигнала. Соответственно, Adobe Audition находит этот участок и приходит к выводу, что максимальное значение SPL сигнала оказывается даже больше SPL синуса, который можно вписать в разрядность оцифровки. То есть, для определения верхней границы динамического диапазона используется не гармонический сигнал, при котором искажения достигают 1%, а раз в 20 больший по SPL. Вот и получаются те самые 62 дБ.
Ну, а почему же тогда при тех же измерениях (с теми же хлопками) для капсюля без ПУ или для однотранзисторного ПУ (с недостаточно большим Ку) получаются плохие результаты?
Ответ состоит в том, что при малом Ку существенно повышается нижняя граница динамического диапазона за счет всех описанных выше путей проникновения различных помех в канал передачи сигнала. А именно она определяет качество работы микрофона при невысоких уровнях громкости полезного сигнала. Нам не сильно важно, что микрофон может без перегрузки воспроизвести вой пролетающего истребителя, нам надо хорошо слышать негромкие звуки. Поэтому так важно сохранить исходную нижнюю границу динамического диапазона, усилив сигнал и «подняв» его над внешними помехами пусть даже ценой снижения верхней границы из-за роста искажений, связанного с низковольтным питанием.

Теперь возвращаемся к главному предмету.

Предложенная схема 2xОС ПУ оказалась очень практичной в плане введения подстройки усиления с помощью регулировки глубины первой ООС, поскольку требуемый переменный резистор R2+, являющийся как бы продолжением резистора R2, – низкоомный (150 Ом), и при этом два его вывода (в том числе, подвижный контакт) посажены на землю. Все это в совокупности обеспечивает хорошую защищенность от наводок при прикосновении.

Если бы была оставлена типовая структура первой ООС (без замены «треугольника на звезду»), как на втором исследованном варианте данной схемы (они по параметрам практически идентичны), то регулирующий резистор R2 был бы «подвешен» относительно земли и одним концом подключен к самой чувствительной точке схемы – входу:

Если нет необходимости в подстройке усиления (что обычно так и есть), то можно выбрать и этот второй вариант – вдруг окажется, что для него получится более «красивая» топология платы. Он имеет примерно на 20% меньшее Rвых, но чуть больше подвержен влиянию подключения на выход или вход больших емкостей (речь идет о значениях до 10000пФ). Мне более симпатичен первый вариант, он получился очень стабильным, и для него можно сделать компактную одностороннюю печатную плату под навесные элементы. Результаты его исследования на значения Rвых, PSRR и устойчивость к подключению емкостных нагрузок по выходу и входу будут представлены ниже.

Исследование перечисленных свойств усилителя проводилось в Мультисиме 14 (в нем это показалось мне проще).
Исходная схема для симулирования, содержащая дополнительно емкость на входе Cf (подавление ВЧ) и емкость на выходе Ccab (емкость соединительного кабеля) выглядит так:

Изначально Cf была выбрана равной 100 пФ (максимальное типовое значение из тех, которые я видел в даташитах электретных капсюлей), а Ccab – 300 пФ (это соответствует длине кабеля 1,5…3м в зависимости от его погонной емкости).
Вот так выглядят АЧХ при максимальном и минимальном коэффициентах усиления:

А вот так выглядят те же АЧХ при увеличении Cf до 1000 пФ, а Ccab до 10000 пФ (соответствует длине кабеля 50….100м):

При вариации величин этих емкостей в пределах обозначенных значений никаких неожиданностей не выявлено.
Естественно, из-за того, что токопотребление ПУ очень мало, то работа на емкостную нагрузку приводит к снижению максимального выходного напряжения с ростом частоты сигнала (это свойство не только данного усилителя).
Например, при достаточно малой емкости нагрузки и токе капсюля 185 мкА, максимальная амплитуда выходного сигнала на всех звуковых частотах составляет, как показало симулирование, примерно 250 мВ.
Если Ccab=10000 пФ (50-ти…100-метровый кабель), то на частоте 15 кГц максимальная амплитуда уменьшается до примерно 70…100 мВ (в зависимости от Ку), на 10 кГц – 100…200 мВ, на 5 кГц – 200 мВ.
Если же не замахиваться на 50-ти метровый соединительный кабель, а ограничиться его длиной в 10…15 м (что соответствует Ccab – 3000 пФ), то максимальная амплитуда выходного напряжения на частое 5 кГц составит 220…240 мВ, на частоте 10 кГц – 180..200 мВ, на частоте 15 кГц – 130…180 мВ.

Возможность использования соединительного кабеля большой длины расширяет сферу использования данного ПУ.

Исследование зависимости подавления помех, проникающих по питанию, от частоты сигнала помехи, проводилось с помощью добавления к напряжению питания фантомного источника (Vs) некоторого гармонического сигнала фиксированной амплитуды и меняющейся частоты в соответствии с приведенной схемой:

В результате были получены АЧХ проникновения сигнала помехи на вход звуковой карты для максимального и минимального коэффициентов усиления. Значения ординат этих АЧХ соответствуют ослаблению помехи в дБ на разных частотах (это фактически частотная зависимость PSRR, если под PSRR понимать выраженное в дБ отношение амплитуды сигнала, прошедшего на вход звуковой карты, к амплитуде исходного сигнала, добавляемого к напряжению источника питания Vs). Ниже приведены результаты:
PSRR при Ку=30 дБ: , PSRR при Ку=20 дБ:
Видно, что при Ку=30 дБ почти во всем звуковом диапазоне проникновение помехи (PSRR) составляет -32 дБ, а при Ку=20 дБ – -38 дБ
Из величины проникновения помехи легко получить величину Rвых (и её зависимость от частоты) по формуле: Rвых=Rs/(Косл-1), где Косл – коэффициент ослабления помехи, проникающей через питание, выраженный в разах.
Используя данное выражение, а также связь между Косл в разах и уровнем проникновения помехи (PSRR): Косл=10**(-PSRR/20), получаем, что при максимальном усилении ПУ (30 дБ) выходное сопротивление составляет менее 80 Ом почти во всем звуковом диапазоне. А при усилении ПУ, равном 20 дБ, выходное сопротивление составляет менее 40 Ом.
Для сравнения:
– выходное сопротивление капсюля при стандартном подключении определяется сопротивлением стока встроенного полевика – величиной сильно варьирующейся, но, как правило, не опускающейся менее 2000 Ом,
– выходное сопротивление схемы Сухова, указанное автором, составляет 600…1000 Ом,
– выходное сопротивление описанного выше однотранзисторного варианта ПУ составляет 1000 Ом.