Перейти к содержимому

Добро пожаловать

Присоединяйтесь к нам сейчас, чтобы получить доступ ко всем функциями форума. После регистрации и входа в систему вы сможете создавать темы, отвечать на сообщения, оценивать темы, выставлять репутации другим пользователям, получать свои собственные личные сообщения, и многое другое. Все это быстро и совершенно бесплатно.

 
 

 

 

 


  • Авторизуйтесь для ответа в теме
В этой теме нет ответов

#1 Elijah_Glama

Elijah_Glama

    Администратор

  • Администраторы
  • 516 сообщений
  • ГородКиев

Отправлено 22 Февраль 2013 - 11:49

Выбор микрофонного предусилителя

Дэнис Бон

Сложности

Выбор усилителя мощности для конкретных акустических систем не представляет сложности. А вот выбор предварительного усилителя для конкретного микрофона — представляет. Проблема — в терминологии. С одной стороны, очевидно, что производители усилителей мощности и акустических систем разговаривают на одном языке или, как минимум, используют один и тот же словарь. Параметры усилителей мощности измеряются в ваттах и омах, а акустических систем — в омах и тех же ваттах для определения максимальной допустимой мощности.

К сожалению, производители микрофонов и предусилителей разговаривают на разных языках и используют разные словари. Одни используют уровень звукового давления SPL (sound pressure level), а другие — вольты (dBu).

Попробуем выяснить, как же согласовать спецификации микрофонов и предусилителей, делая выбор и сравнение более доступными. Здесь не применяется математика, поскольку есть удобные справочные таблицы, позволяющие обойтись без расчетов. Мы же рассмотрим ключевые термины и перекрестные ссылки.

Обычно благодарность выражают в конце статьи. Однако этот материал не появился бы на свет, если бы не было статьи Capturing the Sound, Part 1: Dynamic Range Томлинсона Холмана, опубликованной в сентябрьском номере журнала Surround Sound Professional за 2000 год. Холман продемонстрировал там проблемы точного согласования микрофонов и предварительных усилителей. Его статья подтолкнула меня к написанию этого расширенного и обобщающего материала.

О чем следует задуматься

Сводный каталог микрофонов содержит модели стоимостью от 50 до 8000 долларов, а для микрофонных предусилителей ценовой диапазон составляет 150…4500 долларов. Независимо от того, тратите ли вы 200 или 12 тысяч долларов на комплект из микрофона и предусилителя, стоит убедиться в том, что они совместимы. К счастью, знание того, как сделать это профессионально, зависит не от количества денег в вашем кармане, а скорее от внимательного прочтения этой статьи.

Выбор подходящего для конкретного микрофона предварительного усилителя, или наоборот, соответствующего микрофона для имеющегося предусилителя требует учета двух главных аспектов (и большого числа мелких моментов):



  • перегрузочный запас по входу — достаточен ли он?
  • шум — сколько шума добавит предусилитель к сигналу микрофона?


Необходимо определить, будет ли микрофон при работе в самых худших условиях перегружать вход предварительного усилителя и будет ли этот усилитель реально ухудшать в плане шума качество сигнала, поступающего от микрофона.

Реально микрофоны характеризуются несколькими параметрами. Большинство микрофонов продается на основе качества звука, репутации и цены. Технические параметры редко учитываются при приобретении. Но даже в такой ситуации есть достаточно критериев для принятия правильного решения.

Необходимо учитывать входной импеданс предусилителя. Последняя тенденция — увеличение входного импеданса по сравнению с классическим исполнением: многие приборы имеют импеданс 2 кОм и выше. Поэтому импеданс подключенного устройства (то есть микрофона, соединенного с предусилителем) определяет общий уровень шума, и поскольку микрофоны имеют низкий импеданс (150…200 Ом), то подключение к высокоомному входу не приводит к возрастанию уровня шума.

Еще один вопрос, который надо изучить, — это фантомное питание. Есть ли оно в данной модели? Соответствует ли напряжение требуемому, и подходит ли источник питания для конкретного микрофона? Это та область, где решения необходимо принимать на основе точной информации. Широко распространен миф, что микрофоны звучат лучше при питании от источника 48 В в сравнении, к примеру, с 12 В. Другой миф — это возможность расширения динамического диапазона микрофона за счет более высокого напряжения фантомного питания. Для подавляющего большинства микрофонов оба эти мифа — ложь. Практически все конденсаторные микрофоны нуждаются в фантомном питании напряжением 12…48 В, есть также ряд микрофонов с питанием 9…52 В, и лишь несколько моделей питаются именно от 48 В. Причина в том, что в большинстве конструкций используется тот или иной внутренний источник тока для ведения низковольтных схем (обычно 5 В, иногда выше), который определяет полярность напряжения и питает всю электронику. Существенно то, что ни одно устройство не работает от первичного источника фантомного питания — все микрофоны питаются от фиксированного и регулируемого источника, находящегося внутри их самих. Повышение напряжения фантомного питания не отражается на капсюле микрофона или его электронной схеме. Оно приводит лишь к повышению напряжения, поступающего на внутренний источник тока. Но бывают и исключения, поэтому консультируйтесь с производителем, а не делайте предположений, основываясь лишь на слухах.

Для окончательного выбора нужно проверить, достаточен ли диапазон усиления предусилителя для решения конкретных задач, есть ли индикаторы перегрузки или измерения уровня для облегчения настройки прибора, соответствуют ли коммутационные разъемы требованиям эксплуатации и достаточно ли их.

Перегрузка входа предварительного усилителя

Определение запаса по перегрузке требует знания чувствительности микрофона и максимально допустимого значения уровня звукового давления SPL. Чувствительность обычно является самым точным и легко доступным параметром в спецификации. Она измеряется на частоте 1 кГц и выражается в милливольтах на паскаль (мВ/Па). Один паскаль — это давление, соответствующее уровню громкости в 94 дБ (пишется как 94 дБ SPL). Например, чувствительность в 20 мВ/Па говорит о том, что когда звук, соответствующий 94 дБ SPL, оказывает воздействие на капсюль микрофона, на его выходе формируется сигнал уровня 20 мВ.

Чувствительность позволяет определить уровень напряжения в одной опорной точке. Теперь нужно узнать максимальное значение SPL микрофона, после чего можно вычислить максимальное выходное напряжение. Затем его используют для сравнения с максимальным входным напряжением микрофонного предусилителя.

Максимально допустимый уровень звукового давления указывается в нескольких вариантах: максимальный SPL (часто с заявленным уровнем полных гармонических искажений THD), максимальный акустический вход, уровень звукового давления для X% THD. И все это — вариации одного и того же параметра.

Зная оба эти значения, несложно вычислить максимальный выходной уровень в вольтах и преобразовать его в более привычные децибелы, которые используются в спецификациях микрофонов. Для еще большего упрощения процедуры приведена таблица 1. Чтобы получить максимальный выходной уровень микрофона в дБ, нужно найти значение чувствительности в левой колонке и двигаться по строке вправо до пересечения со столбцом, в котором указано соответствующее искомому микрофону значение максимального SPL. Например, если микрофон имеет чувствительность 20 мВ/Па и максимальный SPL, равный 130 дБ, то в соответствии с табл. 1 максимальное выходное напряжение составляет +4 дБu. Теперь информации достаточно для того, чтобы сравнить ее с соответствующим максимальным входным уровнем предусилителя.

Другой пример использования табл. 1(в версии для скачивания) — это выбор всех возможных вариантов, удовлетворяющих перегрузочной способности конкретного предусилителя. В частности, треугольная область красного цвета представляет все возможные комбинации, которые могут перегрузить вход предусилителя с максимальным входным уровнем +10 дБu. Иными словами, все комбинации, в которых чувствительность микрофона и максимальный SPL превышают значение +10 дБu, исключаются из рассмотрения. Этот способ позволяет легко и быстро оценить новые микрофоны на предмет перегрузки предусилителя.

Предостережения

Помните, однако, что максимальный выходной уровень имеет место только при самых неблагоприятных уровнях звукового давления, равных максимально допустимому для микрофона. Это означает, что если в конкретной ситуации источники звука не создадут максимальный уровень звукового давления, то можно немного либеральнее подойти к требованиям по входной перегрузке. К примеру, если известно, что источник звука никогда не превышает, скажем, значения 110 дБ SPL и микрофон обеспечивает максимальный уровень 130 дБ, то можно сбросить 20 дБ по уровню в табл.1 и существенно расширить выбор вариантов предусилителя.

Следует также иметь в виду, что перегрузка входа является прямой функцией настроек управления усилением предусилителя. Большинство производителей предусилителей измеряют максимальный входной уровень при минимальном усилении. Это означает наличие реальной опасности, что после тщательного подбора соответствующих выходных и входных уровней микрофона и предусилителя обнаружится, что микрофон все же перегружает предусилитель. Такое случается, когда система нуждается в подъеме усиления предусилителя (и, соответственно, снижении запаса по перегрузке), а микрофон используется для источников с широким динамическим диапазоном. Если нет специального человека, управляющего усилением, или системы автоматического регулирования входного усиления, перегрузка более чем вероятна. Вывод состоит в том, что необходимо заботиться не только о соответствии уровней микрофона и предусилителя, но и о реальных источниках звука и установках усиления.

Шум

И микрофоны, и предусилители имеют свои собственные уровни шума. При выборе предусилителя необходимо знать, в какой степени шум предусилителя повысит уровень шума, обусловленного микрофоном. Различные технологии разработки микрофонов предполагают разную терминологию в описании шума.

Динамические микрофоны

Спецификации динамических микрофонов редко содержат значение уровня шума, поскольку в этих микрофонах нет активных цепей, генерирующих шум, — есть только магнит и катушка. Микрофоны этой категории правильно называются электромагнитными или электродинамическими. Выходной шум у них очень мал — настолько мал, что его даже не указывают. Однако они все же создают некоторый шум, и он вычисляется на основе значения импеданса микрофона.

Для того, чтобы сделать это, нужно взять из спецификации значение импеданса динамического микрофона и по табл. 2 (в версии для скачивания)преобразовать его в единицы измерения дБu, взвешенные по кривой A. Этот шум является суммой белого шума, обусловленного сопротивлением провода, которым намотана катушка, и фактора коррекции 5 дБ, необходимого для взвешивания по кривой А (определение достаточно приблизительное, поскольку настоящее взвешивание по кривой А может снизить уровень в диапазоне 3…6 дБ в зависимости от природы шума, но такое приближение согласуется со статьей Холмана и результатами измерений).

Шум, измеренный на стандартном эталонном резисторе 150 Ом (200 Ом для Европы), является хорошим эталоном в оценке шума. Из табл. 2 видно, что это эквивалентно уровню -136 дБu (A-взвешенному; если нет, то -131 дБu). Это означает, что невозможно достичь выходного уровня динамического микрофона с импедансом 150 Ом ниже чем -136 дБu (A-взвешенный, при 20°С, на максимальной частоте 20 кГц). Взгляд на табл. 2 убеждает в том, что динамические микрофоны действительно являются очень тихими.

Табл. 2 можно использовать для сравнения выходного уровня шума микрофона с эквивалентным входным шумом EIN предусилителя (EIN — equivalent input noise). Например, если уровень шума динамического микрофона составляет -136 дБu и выбран предусилитель с EIN, равным также -136 дБu, то разница уровней составит 0 дБ и по табл. 4 можно определить, что этот предусилитель при работе с этим микрофоном даст общее ухудшение по уровню шума в 3 дБ. То есть сочетание микрофона и предусилителя добавляет 3 дБ к общему уровню шума. Ниже будет подробнее объяснено, как пользоваться этой таблицей.

Конденсаторные микрофоны

Конденсаторные, или, более правильно, электростатические микрофоны содержат цепь поляризации и как минимум буферный транзистор, встроенный в корпус микрофона, а то и целую схему предварительного усиления/подмагничивания и трансформатор. И каждый из этих элементов вносит свою лепту в выходной шум. Электростатические микрофоны — достаточно шумные по сравнению с динамическими, но есть ряд причин, обусловивших их широкое распространение.

Различные производители используют разную терминологию в спецификациях своих микрофонов при обозначении шума: собственный шум (Self-Noise), эквивалентный шум SPL (Equivalent Noise SPL), эквивалентный уровень шума (Equivalent Noise Level), порог шума (Noise Floor) и просто «шум». Все эти понятия описывают один и тот же параметр.

Шум микрофона привязан к эквиваленту уровня звукового давления, который дает на выходе напряжение, равное по уровню шуму, и обычно он является взвешенным по кривой А. Это значит, что шум представляется в единицах измерения дБ SPL. В спецификации может быть указано, что уровень шума составляет 14 дБ SPL в эквиваленте, A-взвешенный, или, в сокращенном варианте, 14 дБA (терминология неудачная, но распространенная). Это означает, что собственный уровень шума эквивалентен источнику звука с уровнем звукового давления 14 дБ. Проблемы возникают тогда, когда предпринимаются попытки сравнить уровень шума микрофона в 14 дБ SPL с эквивалентным входным шумом EIN предусилителя, равным, скажем, -128 дБu.

К счастью, снова на помощь приходят таблицы. Табл. 3 (в версии для скачивания) отражает зависимость между выходным шумом микрофона, выраженным в эквивалентном дБ SPL, его чувствительностью в мВ/Па и выходным шумом, выраженным в дБu, A-взвешенный. Используя табл. 3, можно выполнить прямое сравнение шума любого микрофона и любого предварительного усилителя. Столбец и колонка, выделенные синим цветом, — это пример для микрофона с уровнем шума 14 дБ SPL и чувствительностью 20 мВ/Па, чему соответствует значение выходного шума -112 дБu, A-взвешенное.

А теперь обратимся к табл. 4(в версии для скачивания). Нефильтрованный электронный шум, обусловленный резистором, катушкой, конденсатором, транзистором, является белым шумом, состоящим из звучащих беспорядочно всех слышимых частот. Из-за этой беспорядочности источники шума не просто складываются — необходимо сложить их в среднеквадратичном значении. Математически это означает, что нужно извлечь квадратный корень из суммы квадратов всех значений. Вот почему табл. 4 так удобна — она вычисляет среднеквадратичное значение вместо вас.

Табл. 3 помогает преобразовывать уровень шума микрофона в единицы измерения дБu. Определите разницу между уровнем выходного шума микрофона и уровнем входного шума предусилителя в дБ. Затем нужно в левой колонке табл. 4 найти это значение, а в правой будет шум, добавляемый предусилителем к шуму микрофона. Например, если выходной шум микрофона переводится в значение -120 дБu, а интересующий предусилитель имеет значение EIN, равное -127 дБu, то разница между уровнями шума микрофона и предусилителя составляет -7 дБ, то есть предусилитель на 7 дБ тише, чем микрофон. Из табл. 4 видно, что этот предусилитель увеличит общий уровень шума всей системы всего на 0,8 дБ. Также табл. 4 показывает, что после порога разницы примерно в 10 дБ шум, добавляемый предварительным усилителем, становится ничтожно малым.

Аналогично табл. 1, табл. 3 можно использовать для группирования предусилителей по A-взвешенному значению шума для определения наиболее малошумящих вариантов. Если в качестве ориентира использовать разницу в -10 дБ, то уровень вносимого предусилителем шума не превышает 0,4 дБ. Выделенные красным цветом значения образуют треугольную область и иллюстрируют это. Вся остальная (не красная) область таблицы представляет все возможные сочетания по критериям чувствительности микрофона и уровню шума, которые можно использовать совместно с соответствующим предварительным усилителем, причем уровень шума повысится менее чем на 0,4 дБ. Если допустимо увеличение шума на 1 дБ, то число комбинаций возрастает (здесь допускается, что EIN предусилителя составляет -128 дБu, либо -133 дБu A-взвешенный, а выбор разницы в шуме в -10 дБ определяет область непригодных вариантов с уровнем менее -123 дБ).

Два важных шага

Описанная ниже процедура суммирует все сказанное в статье и позволяет оценить совместимость любого микрофона с любым предварительным усилителем.

Оценка совместимости по входной перегрузке:

  • найдите значение чувствительности микрофона в его спецификации;
  • найдите там же значение максимального SPL;
  • используя табл. 1, найдите строку с соответствующим значением чувствительности в левой колонке;
  • в верхней строке табл. 1 найдите значение максимального SPL;
  • на пересечении выбранных строки и столбца найдите значение максимального выходного уровня микрофона, выраженное в дБu;
  • в спецификации микрофонного предусилителя найдите значание максимального входного уровня (в дБu);
  • сравните максимальный выходной уровень микрофона из табл. 1 с максимальным входным уровнем предусилителя, чтобы определить их совместимость.


Пример

Предположим, что чувствительность микрофона составляет 20 мВ/Па, а его максимальный SPL равен 130 дБ. По табл. 1 определяем, что максимальный выходной уровень микрофона составляет 4 дБu.

Теперь допустим, что максимальный входной уровень предусилителя составляет +10 дБu. Поскольку максимальный выходной уровень микрофона (+4 дБu) существенно меньше максимального входного уровня предусилителя (+10 дБu), то микрофон не будет перегружать вход усилителя (при установке усиления в минимальное значение).

Оценка по шуму:

Динамические микрофоны:

  • в спецификации микрофона найдите импеданс;
  • по табл. 2 определите выходной шум в дБu, A-взвешенный по ближайшему значению импеданса;
  • в спецификации предусилителя найдите значение EIN в дБu;
  • уменьшите значение EIN на 5 дБ для приблизительного взвешивания по кривой А;
  • вычислите разницу между выходным шумом микрофона и эквивалентным входным шумом предусилителя (оба значения выражены в дБu, A-взвешенные);
  • используйте табл. 4 для определения уровня шума, добавляемого выбранным предусилителем.


Конденсаторные микрофоны:

  • в спецификации найдите значение уровня шума микрофона (обозначенный как Equivalent Noise Level, Self-Noise, Equivalent Noise SPL или Noise Floor), выраженное в дБ SPL, A-взвешенное;
  • в спецификации микрофона найдите значение чувствительности;
  • используя табл. 3, найдите в левой колонке строку с соответствующим значением чувствительности;
  • в верхней строке табл. 3 найдите столбец с соответствующим значением уровня шума в дБ SPL, A-взвешенное;
  • на пересечении выбранных строки и столбца находится значение выходного шума, преобразованное в дБu, A-взвешенное;
  • в спецификации предусилителя найдите значение EIN в дБu;
  • уменьшите значение EIN на 5 дБ для приблизительного взвешивания по кривой А;
  • вычислите разницу между выходным шумом микрофона и эквивалентным входным шумом предусилителя (оба выражены в дБu, A-взвешенные);
  • используйте табл. 4 для определения уровня шума, добавляемого выбранным предусилителем.

Пример

Предположим, что есть конденсаторный микрофон с эквивалентным уровнем шума, равным 14 дБ SPL, взвешенным по кривой А, а его чувствительность составляет 20 мВ/Па. По табл. 3 определяем, что уровень выходного шума микрофона составляет -112 дБu, взвешенный по кривой А. Допустим также, что эквивалентный входной шум предварительного усилителя равен -128 дБu (без взвешивания). Уменьшаем это значение на 5 дБ и получаем примерное значение EIN, равное -133 дБu, взвешенное по кривой А. Разница между выходным шумом микрофона (-112 дБu, A-взвешенный) и EIN предусилителя (-133 дБu, A-взвешенный) равна -21 дБ. По табл. 4 определяем, что общий шум, добавляемый предусилителем, ничтожно мал

Прикрепленные файлы







Темы с аналогичным тегами статьи по звукорежиссуре, литература по звукорежиссуре, форум для звукорежиссеров

Количество пользователей, читающих эту тему: 0

0 пользователей, 0 гостей, 0 анонимных