Подключение динамического микрофона к компьютеру.
Микрофонный вход звуковых карт предназначен для подключения электретных(разновидность конденсаторных) микрофонов . Конденсаторный микрофон имеет встроенный усилитель и поэтому на выходе достаточно сильный сигнал.
Рис.1 Схема конденсаторного микрофона.
В большинстве случаев электретные микрофоны имеют худшие характеристики чем динамические. Имеет смысл при необходимости качественной звукозаписи использовать более качественный (в сравнении с тем что устанавливается, например, в гарнитурах) динамический микрофон , который мог остаться со времен СССР, например от магнитофона, или микрофон шел от комплекта DVD с караоке. На фото нескольких примеров динамических микрофонов.
Рис.2 Динамический микрофон от DVD плеера с караоке.
Рис.3 Динамический микрофон Октава МД-47. Год выпуска 1972. Замечательный звук.
Рис.4 Динамический микрофон. Капсюль ДЭМШ-1А.
Рис.5 Стильная ретро гарнитура с динамическим микрофоном.
Подключив к микрофонному входу звуковой карты динамический микрофон , не возможно получить нормальный уровень сигнала, по крайней мере, если не кричать в этот микрофон. Необходимо усиление.
В отличие от динамических микрофонов, все конденсаторные микрофоны требуют питания усилителя. Для работы встроенного в конденсаторный микрофон усилителя на средний контакт подается питание примерно 3 вольта - Vbias(на рис.8 - +V ). Схема усилителя для динамического микрофона аналогична встроенному усилителю конденсаторного микрофона.
Рис.7 Схема усилителя для динамического микрофона.
Рис.8 Штекер микрофона.
Номиналы деталей варьируются очень широко.
Транзистор V1 n-p-n типа. Например С945, КТ315Б, КТ3102. Резистор R1 в пределах 47..100кОм, желательно поставить подстроечный, и вывести транзистор в оптимальный режим, а затем измерить сопротивление построечного резистора и поставить постоянный близкого номинала. Хотя работать схема будет сразу с любым транзистором и резистором с номиналом в этих пределах. Конденсаторы С1,С2 от 10 мкф и до 100 мкф, оптимально 47 мкф на 10 В. Резистор R2 1..4,7кОм
Схему желательно разместить в самом корпусе микрофона, как можно ближе к капсюлю, чтобы избежать усиления шумов, которые могут проникнуть в кабель. Если же микрофон должен использоваться по прежнему назначению или нужна возможность подключать разные динамические микрофоны, то схему можно смонтировать в отдельном экранированном корпусе с гнездом для подключения микрофонов и кабелем для подключения к звуковой карте.
Практически все гарнитуры, которые предназначены для работы с ПК, имеют настолько «жалкие» характеристики, что попытайся вы использовать микрофон от такой гарнитуры для звукозаписи или того же караоке, ничего кроме разочарования не получите. Причина здесь одна – все подобные микрофоны предназначены для передачи речи и имеют очень узкий частотный диапазон. Это не только удешевляет саму конструкцию, но и способствует разборчивости речи, что является главным требованием гарнитуры.
Попытки же подключить обычный динамический или электретный микрофон обычно заканчиваются провалом – уровня с такого микрофона явно недостаточно для «раскачки» звуковой карты. Дополнительно сказывается незнание входной схемы звуковых карт и неправильное подключение динамического микрофона завршает дело. Собирать микрофонный усилитель и подключить «по уму»? Было бы неплохо, но гораздо проще использовать микрофон МЭК-3, который одно время широко использовался в носимой аппаратуре и до сих пор достаточно распространен. Но подключать «по уму», конечно, придется.
Микрофон этот электретный, обладает достаточно высокими характеристиками (частотный диапазон, к примеру, лежит в интервале 50 – 15 000 Гц) и, самое главное, в него встроен истоковый повторитель, собранный на полевом транзисторе, который не только согласует высокое сопротивление микрофона с усилителем, но и имеет более чем достаточный для любой звуковой карты уровень выходного сигнала. Единственный, пожалуй, недостаток – микрофону требуется питание. Но ток потребления его настолько мал, что двух пальчиковых батареек, соединенных последовательно, хватит на многие месяцы непрерывной работы. Взглянем на внутреннюю схему микрофона, которая расположена в алюминиевом стакане, и подумаем, как его подключить к компьютеру:
Серым цветом обозначен алюминиевый стакан, который является экраном и соединен с общим проводом схемы. Как я уже говорил, такой микрофон требует внешнего питания, причем минус 3-5 В нужно подать на резистор (красный провод), а плюс – на синий. С белого будем снимать полезный сигнал.
А теперь взглянем на схему микрофонного входа компьютера:
Оказывается сигнал должен подаваться только на самый кончик разъема, обозначенный зеленым, а на красный сама звуковая карта подает +5 В через резистор. Сделано это для питания предварительных усилителей гарнитур, если они используются. Мы этим напряжением не будем пользоваться по двум причинам: во-первых, нам нужна другая полярность, а если просто «перевернуть» провода, то микрофон будет сильно «фонить». Во-вторых, блок питания ПК импульсный и помеха на этих пяти вольтах будет приличная. Использование же гальванических элементов в плане помех идеально – чистая «постоянка» без малейших пульсаций. Итак, полная схема подключения нашего микрофона к компьютеру будет выглядеть следующим образом.
Микрофоны (электродинамические, электромагнитные, электретные, угольные) - основные параметры, маркировка и включение в электронных схемах.
В радиоэлектронике находит широкое применение микрофон — устройство, преобразующее звуковые колебания в электрические. Под микрофоном обычно понимают электрический прибор, служащий для обнаружения и усиления слабых звуков.
Основные параметры микрофонов
Качество работы микрофона характеризуется несколькими стандартными техническими параметрами:
- чувствительностью,
- номинальным диапазоном частот,
- частотной характеристикой,
- направленностью,
- динамическим диапазоном,
- модулем полного электрического сопротивления,
- номинальным сопротивлением нагрузки
- и др.
Маркировка
Марка микрофона обычно наносится на его корпусе и состоит из букв и цифр. Буквы указывают тип микрофона:
- МД - катушечный (или «динамический»),
- МДМ - динамический малогабаритный,
- ММ - миниатюрный электродинамический,
- MЛ - ленточный,
- МК - конденсаторный,
- МКЭ - электретный,
- МПЭ - пьезоэлектрический.
Цифры обозначают порядковый номер разработки. После цифр стоят буквы А, Т и Б, обозначающие, что микрофон изготовлен в экспортном исполнении — А, Т — тропическом, а Б - предназначен для бытовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).
Маркировка микрофона ММ-5 отражает его конструктивные особенности и состоит из шести символов:
- первый и второй............... ММ — микрофон миниатюрный;
- третий................................ 5 — пятое конструктивное исполнение;
- четвертый и пятый........... две цифры, обозначающие типоразмер;
- шестой............................... буква, которая характеризует форму акустического входа (О — круглое отверстие, С — патрубок, Б — комбинированное).
В практике радиолюбителей используется несколько основных типов микрофонов: угольные, электродинамические, электромагнитные, конденсаторные, электретные и пьезоэлектрические.
Электродинамические микрофоны
Название микрофонов этого типа считается устаревшим и сейчас эти микрофоны называют катушечными.
Микрофоны этого типа очень часто используют любители звукозаписи, благодаря их сравнительно высокой чувствительности и практической нечувствительности к атмосферному влиянию, в частности, действию ветра.
Они также не боятся толчков, просты в использовании и обладают способностью выдерживать без повреждений большие уровни сигналов. Положительные качества этих микрофонов преобладают над их недостатком: средним качеством записи звука.
В настоящее время для радиолюбителей большой интерес представляют выпускаемые отечественной промышленностью малогабаритные динамические микрофоны, которые используются для звукозаписи, звукопередачи, звукоусиления и различных систем связи.
Изготавливаются микрофоны четырех групп сложности — 0, 1, 2 и 3. Микрофоны малогабаритные групп сложности 0, 1 и 2 используются для звукопередачи, звукозаписи и звукоусиления музыки и речи, а группы 3 — для звукопередачи, звукозаписи и звукоусиления речи.
Условное обозначение микрофона состоит из трех букв и цифр. Например, МДМ-1, микрофон динамический малогабаритный первого конструктивного исполнения.
Особый интерес представляют электродинамические миниатюрные микрофоны серии ММ-5, которые можно впаивать прямо в плату усилителя или использовать в качестве встроенного элемента радиоэлектронной аппаратуры.
Микрофоны относятся к четвертому поколению компонентов, которые разработаны для РЭА на транзисторах и интегральных микросхемах.
Микрофон ММ-5 выпускается одного типа в двух вариантах: высокоомном (600 Ом) и низкоомном (300 Ом), а также тридцати восьми типоразмеров, которые отличаются только сопротивлением обмотки постоянному току, расположением акустического входа и его вида.
Основные электроакустические параметры и технические характеристики микрофонов серии ММ-5 приведены в табл. 1.
Таблица 1.
| Тип микрофона | ММ-5 | |
| Вариант исполнения | низкоомный | высокоомный |
| Номинальный диапазон рабочих частот, Гц |
500...5000 | |
| Модуль полного электрического сопротивления обмотки, Ом |
135115 | 900±100 |
| Чувствительность на частоте 1000 Гц, мкВ/Па, не менее (сопротивление нагрузки) |
300 (600 Ом) | 600 (300 Ом) |
| Средняя чувствительность в диапазоне 500...5000 Гц, мкВ/Па, не менее (сопротивление нагрузки) |
600 (600 Ом) | 1200 (3000 Ом) |
| Неравномерность частотной характеристики чувствительности в номинальном диапазоне частот, дБ, не более |
24 | |
| Масса, г, не более | 900 ± 100 | |
| Срок службы, год, не менее | 5 | |
| Размеры, мм | 9,6x9,6x4 | |
Рис. 1. Принципиальная схема включения на входе УЗЧ громкоговорителя в качестве микрофона.
При отсутствии динамического микрофона радиолюбители часто используют вместо него обычный электродинамический громкоговоритель (рис. 1).
Электромагнитные микрофоны
Для усилителей низкой частоты, собранных на транзисторах и имеющих низкое входное сопротивление, обычно используют электромагнитные микрофоны.
Электромагнитным микрофонам свойственна обратимость, то есть они могут использоваться и как телефоны. Широкое распространение имеют так называемый дифференциальный микрофон типа ДЭМШ-1 и его модификация ДЭМШ-1А.
Неплохие результаты получаются при использовании вместо электромагнитных микрофонов ДЭМШ-1 и ДЭМ-4М обычных электромагнитных наушников от головных телефонов ТОН-1, ТОН-2, ТА-56 и др. (рис. 2 - 4).
Рис. 2. Принципиальная схема включения на входе УЗЧ электромагнитного наушника в качестве микрофона.
Рис. 3. Принципиальная схема включения электромагнитного микрофона на входе УЗЧ на транзисторах.
Рис. 4. Принципиальная схема включения электромагнитного микрофона на входе УЗЧ на операционном усилителе.
Электретные микрофоны
В последнее время в бытовых магнитофонах используются электретные конденсаторные микрофоны. Электретные микрофоны имеют самый широкий диапазон частот - 30...20000 Гц.
Микрофоны этого типа дают электрический сигнал в два раза больший нежели обычные угольные.
Промышленность выпускает электретные микрофоны МКЭ-82 и МКЭ-01 по размерам аналогичные угольным МК-59 и им подобным, которые можно устанавливать в обычные телефонные трубки вместо угольных без всякой переделки телефонного аппарата.
Этот тип микрофонов значительно дешевле обычных конденсаторных микрофонов, и поэтому более доступны радиолюбителям.
Отечественная промышленность выпускает широкий ассортимент электретных микрофонов, среди них МКЭ-2 односторонней направленности для катушечных магнитофонов 1 класса и для встраивания в радиоэлектронную аппаратуру — МКЭ-3, МКЭ-332 и МКЭ-333.
Для радиолюбителей наибольший интерес представляет конденсаторный электретный микрофон МКЭ-3, который имеет микроминиатюрное исполнение.
Микрофон применяется в качестве встраиваемого устройства в отечественные магнитофоны, магниторадиолы и магнитолы, такие как, «Сигма-ВЭФ-260», «Томь-303», «Романтик-306» и др.
Микрофон МКЭ-3 изготовляется в пластмассовом корпусе с фланцем для крепления на лицевой панели радиоустройства с внутренней стороны. Микрофон является ненаправленным и имеет диаграмму круга.
Микрофон не допускает ударов и сильной тряски. В табл. 2 приведены основные технические параметры некоторых марок миниатюрных конденсаторных электретных микрофонов.
Таблица 2.
| Тип микрофона | МКЭ-3 | МКЭ-332 | МКЭ-333 | МКЭ-84 |
| Номинальный диапазон рабочих частот, Гц |
50...16000 | 50... 15000 | 50... 15000 | 300...3400 |
| Чувствительность по свободному полю на частоте 1000 Гц, мкВ/Па |
не более 3 | не менее 3 | не менее 3 | А - 6...12 В - 10...20 |
| Неравномерность частотной характеристики чувствительности в диапазоне 50... 16000 Гц, дБ, не менее |
10 | - | - | - |
| Модуль полного электрического сопротивления на 1000 Гц, Ом, не более |
250 | 600 ±120 | 600 ± 120 | - |
| Уровень эквивалентного звукового давления, обусловленного собственными шумами микрофона, дБ, не более |
25 | - | - | - |
| Средний перепад уровней чувствительности «фронт — тыл», дБ |
- | не, менее 12 | не более 3 | - |
| Условия эксплуатации: температура, С относительная влажность воздуха, не более |
5...30 85% при 20"С |
-10...+50 95±3% при 25"С |
10...+50 95±3% при 25"С |
0...+45 93% при 25"С |
| Напряжения питания, В | - | 1,5...9 | 1,5...9 | 1,3...4,5 |
| Масса, г | 8 | 1 | 1 | 8 |
| Габаритные размеры (диаметр х длина), мм |
14x22 | 10,5 х 6,5 | 10,5 х 6,5 | 22,4x9,7 |
На рис. 5 приведена схема включения распространенного в радиолюбительских конструкциях электретного микрофона типа МКЭ-3.
Рис. 5. Принципиальная схема включения микрофона типа МКЭ-3 на входе транзисторного УЗЧ.
Рис. 6. Фото и внутренняя приниципиальная схема микрофона МКЭ-3, расположение цветных проводников.
Угольные микрофоны
Невзирая на то что угольные микрофоны постепенно вытесняются микрофонами других типов, но благодаря простоте конструкции и достаточно высокой чувствительности они все еще находят свое место в различных устройствах связи.
Наибольшее распространение имеют угольные микрофоны, так называемые телефонные капсюли, в частности, МК-10, МК-16, МК-59 и др.
Наиболее простая схема включения угольного микрофона приведена на рис. 7. В этой схеме трансформатор должен быть повышающим и для угольного микрофона с сопротивлением R = 300...400 Ом его можно намотать на Ш-образном железном сердечнике с сечением 1...1,5 см2.
Первичная обмотка (I) содержит 200 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,2 мм, а вторичная (II) — 400 витков ПЭВ-1 диаметром 0,08...0,1 мм.
Угольные микрофоны в зависимости от их динамического сопротивления делят на 3 группы:
- низкоомные (около 50 Ом) с током питания до 80 мА;
- среднеомные (70... 150 Ом) с током питания не более 50 мА;
- высокоомные (150...300 Ом) с током питания не более 25 мА.
Из этого следует, что в цепи угольного микрофона необходимо устанавливать ток, соответствующий типу микрофона. В противном случае при большом токе угольный порошок начнет спекаться и микрофон испортится.
При этом появляются нелинейные искажения. При очень малом токе резко снижается чувствительность микрофона. Угольные капсюли могут работать и при пониженном токе источника питания, в частности, в усилителях на лампах и транзисторах.
Снижение чувствительности при пониженном питании микрофона компенсируется простым повышением коэффициента усиления усилителя звуковой частоты.
В этом случае улучшается частотная характеристика, значительно снижается уровень шумов, повышается стабильность и надежность работы.
Рис. 7. Принципиальная схема включения угольного микрофона с использованием трансформатора.
Вариант включения угольного микрофона в усилительный каскад на транзисторе дано на рис 8.
Вариант включения угольного микрофона в сочетании с транзистором на входе лампового усилителя звуковой частоты по схеме рис. 9 позволяет получить большое усиление по напряжению.
Рис. 8. Принципиальная схема включения угольного микрофона на входе транзисторного УЗЧ.
Рис. 9. Принципиальная схема включения угольного микрофона на входе гибридного УЗЧ, собранного на транзисторе и электронной лампе.
Литература: В.М. Пестриков - Энциклопедия радиолюбителя.
Микрофоны служат для преобразования энергии звуковых колебаний в переменное электрическое напряжение. Согласно классификации, акустические микрофоны делятся на две большие группы:
Высокоомные (конденсаторные, электретные, пьезоэлектрические);
Низкоомные (электродинамические, электромагнитные, угольные).
Микрофоны первой группы условно можно представить в виде эквивалентных
переменных конденсаторов, а микрофоны второй группы - в виде катушек индуктивности с подвижными магнитами или в виде переменных резисторов.
Среди высокоомных более доступными являются электретные микрофоны. Их параметры нормируются в стандартном диапазоне звуковых частот, который имеет народное название «два по двадцать» (20 Гц … 20 кГц). Другие особенности: высокая чувствительность, широкая полоса пропускания, узкая диаграмма направленности, малые искажения, низкий уровень шумов.
Различают двух- и трёхвыводные электретные микрофоны (Рис. 3.37, а, б). Чтобы легче было идентифицировать выходящие из микрофона провода, их намеренно делают разноцветными, например, белый, красный, синий.
Рис, 3.37. Внутренние схемы электретных микрофонов: а) два провода связи; б) три провода связи.
Несмотря на имеющиеся внутри микрофона транзисторы, подавать сигнсш с него прямо на вход МК недальновидно. Нужен предварительный звуковой усилитель. При этом без разницы, встроен ли усилитель в канал АЦП М К или он является отдельным внешним узлом, собранным на транзисторах или микросхемах.
Электретные микрофоны похожи на пьезодатчики вибрации, но в отличие от последних имеют линейную передаточную и более широкую частотную характеристики. Это позволяет без искажений обрабатывать звуковые сигналы человеческой речи, в чём, собственно, и состоит прямое назначение микрофона.
Если рассортировать электретные микрофоны производства стран СНГ в порядке улучшения их параметров, то получится следующий ряд: МД-38, МД-59,
МК-5А, МКЭ-3, МКЭ-5Б, МКЭ-19, МК-120, КМК-51. Диапазон рабочих частот составляет от 20…50 Гц до 15…20 кГц, неравномерность амплитудно-частотной характеристики 4… 12 дБ, чувствительность на частоте 1 кГц - 0.63… 10 мВ/Па.
На Рис. 3.38, а, б показаны схемы непосредственного подключения электрет- ных микрофонов к М К. На Рис. 3.39, а…к показаны схемы с транзисторными усилителями, а на Рис. 3.40, а…п - с усилителями на микросхемах.
Рис. 3.38. Схемы непосредственного подключения электретных микрофонов к МК:
а) прямое подключение микрофона ВМ1 к М К возможно в том случае, если канал АЦП имеет внутренний усилитель сигнала с коэффициентом не менее 100. Фильтр R2, С/уменьшает низкочастотный фон от пульсаций питающего напряжения +5 В;
б) подключение стереомикрофона ВМI к двухканстьному АЦП МК, который имеет внутренний усилитель. Резисторы R3, ограничивают ток через диоды МК при сильных ударах по корпусу микрофона или по самой пьезопластине.
в) транзистор VTI должен иметь как можно более высокое усиление (коэффициент hjy^)’,
г) резистором R3 подбирают напряжение на коллекторе транзистора VT1, близкое к половине питания (для симметричного ограничения сигнала от микрофона ВМ 1)\
д) цепочка /?/, С1 снижает амплитуду сетевых пульсаций от источника питания +5 В, в связи с чем уменьшается нежелательный «рокот» с частотой 50/100 Гц. Здесь и в дальнейшем буквы «с», «б», «к» будут обозначать цвет проводов микрофона «синий», «белый», «красный»;
е) упрощённое подключение трёхвыводного микрофона BMI. Отсутствие резистора в эмиттере транзистора VTI уменьшает входное сопротивление каскада;
ж) удалённый «микрофон-двухполюсник» с фантомным питанием транзисторов VTI, VT2 через резистор R5. Резистором R1 подбирают напряжение +2.4…+2.6 В на эмиттере транзистора VT2. Аналоговый компаратор МК фиксирует моменты, когда сигнал от микрофона больше определённого порога, который задаётся резистором R7\0
з) транзистор работает в режиме отсечки, в связи с чем синусоидальные звуковые сигналы от микрофона ВМI становятся прямоугольны-ми импульсами;
и) подключение трёхвыводного микрофона ВМI по двухпроводной схеме. Микрофон ВМ1 и резистор R1 можно поменять местами. Резистором R2 подбирают напряжение на входе МК, близкое к половине питания;
к) резистором подбирают напряжение на входе МК, близкое к +1.5 В.
а) трансформаторная раз1^язка позволяет вынести элементы ВМ1, DAI, GBJ, Т1 на большое расстояние, при этом следует защитить вход МК диодами Шоттки. Ток потребления микросхемы DA / сверхнизкий, что позволяет не ставить выключатель в цепь батареи GB1\
Рис. 3.40. Схемы подключения электретных микрофонов к М К через усилители на
микросхемах {продолжение):
б) усилитель для микрофонной «светомузыки». Резистором R4 устанавливают порог срабатывания аналогового компаратора МК в пределах 0…+3 В;
в) «электронный шумомер». На положительный вывод аналогового компаратора МК поступает сглаженное напряжение, пропорциональное среднему уровню сигнала от микрофона ВМ1. На отрицательном выводе аналогового компаратора программно формируется «пила»;
г) резистором R3 регулируется симметрия сигнала, а резистором R5 - коэффициент усиления ОУ DAL Продетектированный сигнал (элементы VDI, VD2, СЗ, С4) поступает на вход МК. Измерение среднего уровня звука проводится внутренним АЦП;
д) нестандартное применение «светодиодной» микросхемы Z)/l/фирмы Panasonic. Возможные замены - LB1423N, LB1433N (фирма Sanyo), ВА6137 (фирма ROHM). Переключателем ЗЛ1 задаётся чувствительность в пяти градациях по логарифмической шкале: -10; -5; 0; +3; +6 дБ;
е) коэффициент усиления каскада на ОУ Z)/4/ зависит от отношения сопротивлений резисторов R4, R5. АЧХ в области низких частот определяется конденсатором С/;
ж) коэффициент усиления каскада на ОУ Z)/l / задаётся отношением сопротивлений резисторов R5, R6. Симметричность ограничения сигнала зависит от отношения резисторов R3, R7\
з) микрофонный усилитель с плавной регулировкой уровня звука резистором R5\
и) двухкаскадный усилитель с распределённым коэффициентом передачи: Ку= 100 {DAI.I), Ку= 5 {DAI.2). Делитель на резисторах R4, /?5 задаёт смещение, которое немного меньше, чем половина питания. Это связано с тем, что ОУ DA / не имеет характеристику «rail-to-rail»;
Рис. 3.40. Схемы подключения электретных микрофонов к МК через усилители на
микросхемах {продолжение):
к) ёмкость конденсатора С4ъ некоторых схемах увеличивают до 10…47 мкФ (улучшение параметров проверяется экспериментально);
л) «левая» половина ОУ DAI усиливает сигнал, а «правая» половина включена по схеме повторителя напряжения. Такое решение обычно применяется, когда МК находится на значительном удалении от усилителя или требуется разветвить сигнал на несколько направлений;
м) резисторы R2, R4 переводят инверторы логической микросхемы DDI в усилительный режим. Резистор R3 можно заменить конденсатором ёмкостью 0.15 мкФ;
н) специализированная микросхема DA1 (фирма Motorola) реагирует только на звуковые сигналы голоса человека;
о) штеккер, вставляемый в гнездо XS1, автоматически разрывает связь между конденсаторами С/ и С2, при этом внутренний микрофон ВМ1 отключается, а внешний звуковой сигнал подаётся на вход DAL /. Оба усилителя микросхемы Z)/l/ имеют выходные уровни «rail-to-rail»;
п) резистором устанавливается симметричность ограничения сигнала на выводе 1 микросхемы DA 1. Транзистор VTI совместно с элементами R5, СЗ выполняет функцию детектора.^
3.5.2. Микрофоны электродинамические
Основными элементами конструкции электродинамических микрофонов являются катушка индуктивности, диафрагма и магнит Диафрагма микрофона под воздействием звуковых колебаний приближает/отдаляет магнит от катушки, в связи с чем в последней возникает переменное напряжение. Всё, как в школьных опытах по физике.
Сигнал от электродинамического микрофона слишком слабый, поэтому для сопряжения с МК обычно ставят усилитель. Его входное сопротивление может быть низким. Соединительные провода от микрофона к входному усилителю надо экранировать или уменьшать по длине до 10… 15 см. Для устранения ложных срабатываний рекомендуется обернуть капсюль поролоном и не прикручивать микрофон жёстко к стенке корпуса.
Типовые параметры электродинамических микрофонов: сопротивление обмотки 680…2200 Ом, максимальное рабочее напряжение 1.5…2 В, рабочий ток 0.5 мА. Важное практическое следствие - электродинамические микрофоны
легко отличить от электретных (конденсаторных, пьезокерамических) по наличию омического сопротивления между выводами. Исключение из правила составляют промышленные микрофонные модули, содержащие внутри корпуса транзисторный или интегральный усилитель.
Заменить электродинамический микрофон можно электретным через переходник, изображённый на Рис. 3.41. Конденсатор С2 корректирует АЧХ в области верхних частот. Делитель на резисторах R1, создаёт рабочее напряжение для микрофона BML Конденсатор С1 служит фильтром по питанию.
Рис. 3.43. Схемы подключения динамических громкоговорителей к входу МК:
а) транзисторный усилитель датчика ударов с применением громкоговорителя BAI. Чувствительность регулируется резисторами RI, R2. Конденсатор С2сглаживает пики сигналов. Конденсатор С/ необходим, чтобы база транзистора VT1 не соединялась с общим проводом через низкое сопротивление громкоговорителя BAI;
б) транзистор VTI является усилителем с общей базой. Его особенность состоит в низком входном сопротивлении, которое хорощо согласуется с параметрами громкоговорителя BAI. Резистором RI задают рабочую точку транзистора VTI (напряжение на его коллекторе), чтобы получить симметричное или асимметричное ограничение сигнала. Резистором R3 регулируют порог (чувствительность, усиление);
в) функцию микрофона выполняет головной телефон BAI. Он имеет более высокое сопротивление обмотки, чем низкоомный громкоговоритель, что увеличивает чувствительность и облегчает его подключение к МК. Резистором RI регулируется амплитуда сигнала;
На Рис. 3.43, а…г показаны схемы подключения динамических громкоговорителей к входу МК в качестве микрофонов.
г) часть схемы переговорного устройства, в котором громкоговоритель BAI попеременно выполняет функцию микрофона и динамика. МК определяет состояние «Приём/Передача» по НИЗКОМУ/ВЫСОКОМУ уровню на линии входа (ВЫСОКИЙ уровень от резистора R4, а НИЗКИЙ - от и BAI). Если МК имеет АЦП с внутренним усилителем, то можно «прослушать» разговор в тракте. Кроме того, если линия МК будет переведена в режим выхода, то с её помощью можно генерировать различные звуковые сигналы в УНЧ (через R3, VD1, R2, С2).
В этом документе собраны электрические схемы и информация о том, как построено питание электретных микрофонов. Документ написан для людей, способных читать простейшие электрические схемы.
- Введение
- Введение в электретные микрофоны
- Основные схемы питания электретных микрофонов
- Звуковые карты и электретные микрофоны
- Plug-in power
- Фантомное питание в профессиональной аудиотехнике
- T-Powering
- Другая полезная информация
1. Введение
Микрофонам большинства видов для работы требуется электропитание, как правило это конденсаторное микрофоны, а так же микрофоны сходные с ними по принципу действия. Электропитание необходимо для работы внутреннего предусилителя и поляризации мембран микрофонного капсюля. В случае, если встроенного источника питания (батареи, аккумулятора) в микрофоне нет, напряжение к микрофону подается по тем же проводам что и сигнал от микрофона к предусилителю.
Бывают случаи, когда микрофон принимают за сломанный только потому, что не знают о необходимости подать на него фантомное питание или вставить батарейку.
2. Введение в электретные микрофоны
Электретные микрофоны обладают наилучшим соотношением цена/качество. Эти микрофоны могут быть очень чувствительными, достаточно прочными, предельно компактными, а так же обладать малым энергопотреблением. Электретные микрофоны находят широчайшее применение, в силу компактных размеров их часто встраивают в готовые изделия, сохраняя при этом высокие рабочие характеристики. Согласно некоторым оценкам, электретный микрофон используется в 90% случаев, что, учитывая вышеизложенное, более чем оправданно. Большинство петличных микрофонов, микрофонов используемых в любительских видеокамерах и микрофонов применяемых совместно с компьютерными звуковыми картами, являются электретными микрофонами.
Электретные микрофоны схожи с конденсаторными по принципу преобразования механических колебаний в электрический сигнал. Конденсаторные микрофоны преобразуют механические колебания в изменение емкости конденсатора, получаемого при подаче напряжения на мембраны микрофонного капсюля. Изменение емкости, в свою очередь, ведет к изменению напряжения на обкладках пропорционально звуковым волнам. В то время как капсюль конденсаторного микрофона нуждается во внешнем (фантомном) питании, мембрана капсюля электретного микрофона имеет свой заряд в несколько вольт. Питание ему необходимо для встроенного буферного предусилителя , а не для поляризации мембран.
Типичный электретный микрофонный капсюль (Рис.01) имеет два пина (бывает три) для подключения к источнику тока 1-9 вольт и, как правило, потребляет менее 0,5мА. Эта мощность расходуется на питание миниатюрного буферного предусилителя, встроенного в микрофонный капсюль, и служащего для согласования высокого сопротивления микрофона и подключенного кабеля. Следует помнить, что кабель обладает собственной емкостью, и на частотах более 1кГц его сопротивление может достигать несколько 10-ков кОм.
Нагрузочный резистор определяет сопротивление капсюля, и предназначен для согласования с малошумящим предусилителем. Это, как правило, 1-10кОм. Нижний предел определяется шумом усилителя по напряжению, в то время как верхний - шумом усилителя по току. В большинстве случаев напряжение 1,5-5В подается на микрофон через резистор в несколько кОм.
В связи с тем, что электретный микрофон имеет в своем составе буферный предусилитель, который добавляет к полезному сигналу собственный шум, он и определяет отношение сигнал/шум (обычно в районе 94дБ), что эквивалентно акустическому отношению сигнал/шум 20-30дБ.
Электретные микрофоны нуждаются в напряжении смещения для встроенного буферного предусилителя. Это напряжение должно быть стабилизировано, не содержать пульсаций, так как в противном случае они поступят на выход в составе полезного сигнала.
3. Основные схемы питания электретных микрофонов
3.1 Принципиальная схема
На рисунке Рис.02 представлена основная схема питания электретного микрофона, на нее следует ссылаться при рассмотрении подключения любого электретного микрофона. Выходное сопротивление определяется резисторами R1 и R2. Практически выходное сопротивление можно принять R2.
3.2 Питание электретного микрофона от батарейки (аккумулятора)
Эта схема (Рис.04) может быть использована совместно с бытовыми магнитофонами и звуковыми картами, изначально предназначенными для работы с динамическими микрофонами. Когда вы соберете эту схему внутри корпуса микрофона (или в небольшом внешнем боксе), ваш электретный микрофон найдет универсальное применение.При построении данной схемы, будет полезно добавить выключатель, чтобы отключать батарейку в то время, когда микрофон не используется. Следует отметить, что уровень выходного сигнала этого микрофона значительно выше уровня, получаемого при использовании динамического микрофона, так что необходимо контролировать усиление на входе звуковой карты (усилителя/микшерного пульта/магнитофона и т.д.). Если этого не сделать, высокий уровень входного сигнала может привести к перемодуляции. Выходное сопротивление этой схемы в районе 2кОм, поэтому не рекомендуется использовать слишком длинный микрофонный кабель. В противном случае он может сработать как фильтр нижних частот (несколько метров не окажет сильного влияния).
3.3 Простейшая схема питания электретного микрофона
В большинстве случаев допустимо использовать одну/две батарейки 1,5В (в зависимости от используемого микрофона) для питания микрофона. Батарейка включается последовательно с микрофоном (Рис.05).Эта схема работает, если постоянный ток, поступающий от батарейки, не оказывает на предусилитель негативного влияния. Это случается, но далеко не всегда. Обычно предусилитель работает только как усилитель переменного тока, и постоянная компонента не оказывает на него никакого влияния.
Если вы не знаете правильную полярность батарейки, попробуйте включить ее в двух направлениях. В подавляющем большинстве случаев неправильная полярность при низком напряжении не вызывает никаких повреждений микрофонного капсюля.
4. Звуковые карты и электретные микрофоны
В данном разделе рассматриваются варианты подачи питания на микрофоны от звуковых карт.
4.1 Вариант Sound Blaster
Звуковые карты Sound Blaster (SB16, AWE32, SB32, AWE64) от Creative Labs используют 3,5мм stereo jack-и для подключения электретных микрофонов. Распиновка jack-а представлена на Рисунке 06.Creative Labs на своем сайте приводит характеристики. которыми должен обладать микрофон, подключаемый к звуковым картам Sound Blaster:
- Тип входа: небалансный (несимметричный), низкоомный
- Чувствительность: около -20дБВ (100 мВ)
- Входное сопротивление: 600-1500 Ом
- Разъем: 3,5 мм stereo jack
- Распиновка: Рисунок 07
 |
| Рис.07 - Распиновка разъема с сайта Creative Labs |
 |
| Рис.08 - Микрофонный вход звуковой карты Sound Blaster |
4.2 Другие варианты подключения микрофона к звуковой карте
Звуковые карты других моделей/производителей могут использовать метод рассмотренный выше, а могут иметь собственный вариант. Звуковые карты, которые используют 3,5мм разъем mono jack для подключения микрофонов, как правило имеют перемычку, позволяющую в случае необходимости подать питание на микрофон, либо его отключить. Если перемычка находится в положении при котором осуществляется подача напряжения к микрофону (обычно +5В через резистор 2-10кОм), то это напряжение подается по тому же проводу что и сигнал от микрофона к звуковой карте (Рис.09).
Входы звуковой карты в этом случае имеют чувствительность около 10мВ.
Это подключение также используется в компьютерах Compaq, выпускаемых со звуковой картой Compaq Business Audio (микрофон Sound Blaster хорошо работает с Compaq Deskpro XE560). Напряжение смещения, измеренное на выходе Compaq, 2,43В. Ток короткого замыкания 0,34мА. Это говорит о том, что напряжение смещения подается через резистор около 7кОм. Кольцо 3,5мм jack-а не используется, и ни к чему не присоединяется. Руководство пользователя Compaq говорит, что этот микрофонный вход используется только для подключения электретного микрофона с фантомным питанием, например микрофона поставляемого самим Compaq. Если верить Compac, этот метод подачи питания называется фантомным питанием, однако не следует путать этот термин с тем, что используется в профессиональной аудио технике. Согласно заявленным техническим характеристикам входное сопротивление микрофона 1кОм, а максимально допустимый уровень входного сигнала 0,013В.
4.3 Подача напряжения смещения к трех- проводному капсюлю электретного микрофона от звуковой карты
Эта схема (Рис.10) подходит для подключения трех- проводного капсюля электретного микрофона к звуковой карте Sound Blaster, которая поддерживает подачу напряжения смещения (НС) к электретному микрофону.
4.4 Подача напряжения смещения к двух- проводному капсюлю электретного микрофона от звуковой карты
Эта схема (Рис.11) подходит для сопряжения двух- проводного электретного капсюля со звуковой картой (Sound Blaster), которая поддерживает подачу напряжения смещения. |
| Рис.12 - Простейшая схема, работающая с SB16 |
4.5 Питание электретных микрофонов с 3,5 мм mono jack-ом от SB16
Приведенная ниже схема питания (Рис.13) может применяться с микрофонами, напряжение смещение которым подается по тому же проводу, по которому передается аудио сигнал.4.6 Подключение микрофона телефонной трубки к звуковой карте
Согласно некоторым новостным статьям на портале comp.sys.ibm.pc.soundcard.tech, этаже схема может использоваться для подключения к звуковой карте Sound Blaster электретного капсюля телефонной трубки. В первую очередь необходимо убедиться что микрофон в выбранной трубке электретный. Если это так, то необходимо отсоединить трубку, открыть ее и найти плюс микрофонного капсюля. После этого капсюль подключается как показано на рисунке выше (Рис.13). Если вы хотите использовать разъем RJ11 телефонной трубки, то микрофон подключен к проводам внешней пары. Различные трубки имеют разные уровни сигнала на выходе, и уровня некоторых может быть недостаточно для использования со звуковой картой Sound Blaster.Если вы хотите использовать динамик трубки, то подключите его к Tip и вставьте в звуковую карту. Перед этим убедитесь что он имеет сопротивление более 8Ом, в противном случае усилитель на выходе звуковой карты может сгореть.
4.7 Питание мультимедийного микрофона от внешнего источника
Основная идея питания мультимедийного (ММ) микрофона приведена ниже (Рис.14).
Общая схема питания компьютерного микрофона, предназначенная для работы с Sound Blaster и другими подобными звуковыми картами приведена на рисунке ниже (Рис.15):
 |
| Рис.15 - Общая схема питания компьютерного микрофона |
Примечание 2: обычно напряжение питания микрофонов, подключаемых к звуковой карте составляет около 5 вольт, подаваемых через резистор 2,2кОм. Микрофонные капсюли обычно не восприимчивы к к постоянному току от 3 до 9 вольт, и будут работать (хотя уровень подаваемого напряжения может повлиять на выходное напряжение микрофона).
4.8 Подключение мультимедийного микрофона к обычному микрофонному входу
Напряжение +5В может быть получено из большего с помощью стабилизатора напряжения, такого как 7805. В качестве альтернативы можно использовать последовательное включение трех батареек 1,5В, а можно использовать и одну на 4,5В. Включать ее следует как показано на рисунке выше (Рис.16).
4.9 Plug-in power
Множество небольших видео камер и рекордеров используют 3,5мм микрофонный стерео штекер для подключения стерео микрофонов. Некоторые устройства предназначены для микрофонов с внешним источником питания, в то время как другие подают питание через тот же разъем, по которому передается аудио сигнал. В характеристиках устройств, которые обеспечивают питание капсюлей через микрофонный вход, этот вход называется "Plug-in power".
Для устройств, которые используют подключение Plug-in power для электретных микрофонов, схема приведена ниже (Рис.17):
Технология подключения микрофонов Plug-in power с точки зрения схемотехники записывающего устройства (Рис.18):
 |
| Рис.18 - Схемотехника разъема Plug-in power |
Примечания
Буферный предусилитель электретного микрофона - это также просто предусилитель, преобразователь напряжения, повторитель, полевой транзистор, согласователь сопротивления.
