что такое аттенюатор в микрофоне

Простейший аттенюатор для аудиокарты

В любительской радиотехнике, а именно в области проектирования усилителей низкой (звуковой) частоты, очень удобно использовать для измерений компьютер.
Профессиональные измерительные приборы стоят немалых денег, тогда как аудиокарта имеется почти в любом домашнем компьютере. В совокупности с доступным и разнообразным ПО мы получаем удобный инструмент для снятия всех основных характеристик: АЧХ (амплитудно-частотная характеристика), THD (уровень гармонических искажений), соотношение сигнал/шум и спектрограмму.

Единственным неудобством оказывается слишком чувствительный вход аудиокарты,
на который нельзя подать сигнал, превышающий напряжение 0.5-1.5 вольта.
И здесь на помощь приходит аттенюатор.

Его можно (и нужно) собрать самостоятельно. Ничего хитрого в этом опыте нет, но для тех, кто делает первые шаги в усилителестроении, материал будет полезным.

Аттенюатор является пассивным устройством и фактически, применительно к нашему случаю, представляет собой резистивный делитель напряжения. Его функция — ослабление уровня сигнала (переменного напряжения звуковой частоты) по заданным параметрам. Давайте определим эти параметры.

Задача

Необходимо подать на линейный вход аудиокарты сигнал, снятый с выходных клемм усилителя мощности, при этом не перегрузив аудиокарту. Для удобства установим величину выходного напряжения аттенюатора равным 0.775v RMS. Такое напряжение будет приемлемым для любой современной аудиокарты с линейным входом, к тому же величину 0.775v принято выбирать за опорный уровень (0dBu) при измерении абсолютных величин в децибелах.

Про измерения и децибелы очень рекомендую ознакомиться со статьей Михаила Чернецкого «Что мы измеряем?» (ссылка на публикацию на сайте журнала «Звукорежиссер» есть в конце поста [1], но для глаз намного комфортнее читать на сайте автора)

Входное напряжение на аттенюаторе выберем таким образом, чтобы оно соответствовало мощности, рассеиваемой на эквивалентной нагрузке в 8 Ohm, и равнялось 1W.

Для среднеквадратичного значения напряжения (RMS) верна следующая формула расчета мощности:

Некоторые считают мощность синусоидального сигнала по формуле P = U_a^2/2R, перепутав амплитудное значение напряжения со среднеквадратичным. Может быть у них для этих измерений осциллограф всегда под рукой(?!), мы же используем TrueRMS вольтметр и знаем разницу (и зависимость) между амплитудным и среднеквадратичным значениями напряжения (если поймали себя на мысли, что забыли и нужно срочно освежить память — идем прямиком к Радиокоту [2]).
По выше приведенной формуле находим значение 2.83v (для 1W), 4v (для 2W) и 5.66v (для 4W). Обычно для промера характеристик маломощного усилителя этих значений вполне достаточно, но если требуются бОльшие значения — вы без труда рассчитаете их сами.
Не удивляйтесь таким «маленьким» значениям мощности — для примера: однотактный ламповый усилитель вашего покорного слуги (режим работы класс «A») мощностью 2W(!) «раскачивает» здоровую напольную акустику безо всякого труда (по немногочисленным просьбам хабрачитателей я в процессе обдумывания статьи про его конструирование, но покамест решил прощупать интерес к теме публикацией данного материала — тут есть связь с компьютерами хотя бы).
Итак, у нас есть входные данные — можно перейти к расчёту.

Расчёт

В общем случае формула для расчета делителя без нагрузки выглядит так:

Единственно надо учесть тот факт, что номинал резистора Z₁ должен быть выбран на 3-4 порядка больше эквивалентной нагрузки 8 Ohm, чтобы для усилителя подключение атеннюатора осталось «незамеченным» (высокоомный, относительно выхода усилителя, вход аттенюатора практически не изменит значение сопротивления эквивалентной нагрузки, так как подключен параллельно нагрузке в 8 Ohm — вспоминаем правило сложения соединенных параллельно резисторов [3]).
Для удобства выберем Z₁=20 kOhm, тогда номинал нижнего резистора (Z₂) посчитаем по формуле:

Получим Z₂ = 0.775*20000/2.828-0.775 = 7550 Ohm
Аналогично посчитаем номиналы для других входных напряжений: 4v (для 2W) и 5.66v (для 4W).

Дотошные читатели наверняка уже заметили, что мы нигде не учитываем входное сопротивление аудиокарты. И дело вот в чём: практически любая звуковая карта изменит сопротивление резистора Z₂, так как фактически будет представлять собой включенное параллельно к нему сопротивление. Что это означает для нас? Означает, что выходное напряжение нашего аттенюатора будет несколько меньше, чем заложенное в расчётах 0.775v (sic!).
«Так значит надо измерить сопротивление линейного входа, делов-то!», — скажете вы. Но всё не так просто: звуковая карта имеет на входе конденсатор — обычным мультиметром входное сопротивление карты не измерить. Здесь понадобится генератор и осциллограф, не у всех они имеются, поэтому в рамках данной статьи мы не учитываем входное сопротивление аудиокарты при расчете.

Однако, на случай, если вы уже знаете сопротивление линейного входа вашей звуковой карты (например, оно указано в спецификации) привожу формулу, учитывающую входное сопротивление аудиокарты при расчете аттенюатора:

где Z_L — сопротивление линейного входа аудиокарты.

Принципиальная схема аттенюатора

В схеме использованы графические обозначения принципиальных схем авторства Сергея Комарова. Рекомендую скачать[5] и использовать.

Конструкция и детали

Нам понадобятся коннекторы типа «бананы» (2шт.) (или другие разъемы, совместимые с вашим усилителем), один RCA-разъем, поворотный переключатель (rotary switch) и ручка к нему (1/4″), а также резисторы (см. номиналы в схеме).
В качестве корпуса мне пришлось купить пластиковый корпус в «Чип и Дипе» за бешенные 90 рублей. Зато он очень подошел по размеру (65х45х22мм).

Выбор поворотного переключателя — дело вкуса. Можно выбрать самый дешёвый китайский, а можно — качественный. Я выбрал 2-ой вариант и заказал дорогущий Grayhill 71BD36-01-1-AJN. Ресурс 50000 поворотов, контакты ротора покрыты золотом (30 microinches — любопытная единица толщины покрытия), «военная приёмка», настоящее американское производство. Я ни разу не агитирую, но ссылку на даташит привожу [4].

Переключатель имеет 10 позиций, но нам понадобятся только три.
В идеале ещё нужен минимум инструментов: линейка или штангенциркуль, дрель, ключи-«многогранники» (чтобы закрепить рукоятку на вал).

Земляную шину лучше сделать из медной моножилы. У меня под рукой не было подходящего диаметра и я свил из медного проводника (22AWG) и облудил её бессвинцовым серебресодержащим припоем.

Резисторы можно взять любые, 1-2 ватта. Идеально выбрать проволочные или фольговые — у них минимальный шум. Я выбрал безиндуктивные проволочные Mills.
Припаивать к контактам очень удобно — у них большой шаг, а корпус переключателя сделан из термопластика и можно не опасаться повредить его горячим жалом паяльника.

После того, как закрепили разъемы и припаяли резисторы, можно закрыть корпус крышкой (я закрепил все детали в половинке корпуса), затянуть гайку переключателя, поставить два самореза (прилагаются к корпусу), закрепить ручку на вал и подписать на корпусе значения входных напряжений.

Финиш! Можно приступать к измерениям, но это уже тема для отдельной статьи.

Источник

20 советов по применению микрофонов

2. Конденсаторные и электретные микрофоны не любят пыли дыма и влажности. Каждый из этих факторов может по влиять на качество звука а постоянное воздействие дыма и пыли портит состояние мембраны. Хорошо звучащие микрофоны обычно дорогие, так что правильный уход за ними сохранит ваши вложения.

3. Всегда переносите микрофоны осторожно не швыряйте, убирайте их, когда не используете. Не роняйте и никогда не захлопывайте крышку микрофонной коробки с усилием, чтобы не повредить капсюль. После использования лучше всего хранить их в закрытой проложенной поролоном коробке в теплом сухом месте. Если вам не хочется постоянно упаковывать и распаковывать, вы можете оставить микрофоны на стоиках в студии накрывая их большими пакетами для защиты от пыли.

4. Динамические микрофоны не такие динамичны и пронзительны на верхних частотах, чем конденсаторные или электретные микрофоны, но и отличаются большой способностью реагировать на плохое обращение или очень громкий звук инструмента. Если нужно получить более теплый или жирный звук, или использовать микрофон перед громким источником, динамический микрофон может оказаться хорошим выбором.

7. Предусилители внутри конденсаторных и электретных микрофонов обычно создаются с расчетом на работу с нормальным звуковым давлением. Если же вы поместите микрофон очень близко к громкому источнику, предусилитель может перегрузиться, искажая звук. Большинство конденсаторных микрофонов имеют или ослабление сигнала (пэд, аттенюатор) или вставляемые делители между предусипителем и капсюлем. При наличии сомнении в перегрузочной способности микрофона используйте аттенюатор, так как обычно легче поднять тихий уровень сигнала на пульте, чем получить искажения, которых не исправить.

8. Не забудьте заглушать каналы на пульте или мониторы когда меняете положение микрофонов, перетыкаете их кабели или переключаете микрофон с батарейного на фантомное питание и наоборот.

9. При установке микрофона на стоику с журавлем никогда не делайте этого при зафиксированных зажимах иначе они легко разболтаются и не будут фиксировать положение. Лучше ослабьте все зажимы до полной свободы частей и шарниров, чтобы поместить микрофон точно в желаемое положение. Затем затяните все крепления, начиная с нижней части стоики и заканчивая шарнирами журавля. Если крепления в хорошем со стоянии, вам не нужны сверхъестественные усилия, а всего лишь жесткий поворот, чтобы быть уверенным в том что журавль не начнет съезжать вниз в процессе записи.

11. Важно изолировать микрофон от вибрации и физических ударов, так как структурные низкочастотные шумы существенно уменьшают динамический диапазон. Будьте внимательны, поскольку немногие мониторы ближнего поля могут воспроизводить звуки частотой ниже 60 Гц. Поэтому если вы видите на индикаторах пики, которые не слышны в мониторах то следует подозревать проникновение самых низких частот или структурных. Идеально было бы применять специально разработанные микрофонные подвесы, а так же поместить ножки стоек на мягких подкладках.

12. Целью применения любых остронаправпенных микрофонов обычно является отделение звука основного источника от побочных. Помните, что при установке такого микрофона и его нацеливании на источник намного важнее то от чего вы отстраняете микрофон, чем то куда вы его направляете. Представьте диаграмму направленности в трехмерном виде и размещаите микрофон так, чтобы нежелательный звук приходил к нему под углами наименьшей чувствительности.

16. Трудно переоценить, как важно, находясь в студии, послушать источник звука со всех сторон прежде чем решить, как с какого угла и расстояния озвучивать этот источник микрофоном. В некоторых случаях перемещение микрофона всего лишь на дюйм может радикально изменить качество и характер получаемого звука. Правильное размещение еще не гарантирует прекрасной записи, но если вы разместите микрофоны неправильно, то вообще не добьетесь приличного звучания.

17. Всегда пытайтесь найти нужные комбинации установки, прежде чем начнете крутить ручки эквалайзера. Это отнимет у вас немного больше времени, но результаты оправдывают средства. Эквализация предназначена для творческого редактирования звучания, но не для его создания, а именно для последнего вы и подбираете различные позиции установка микрофона. Настройка и подавление посторонних звуков путем поиска точки установки и правильного подбора диаграммы направленности обычно оказывается намного быстрее, чем наст ройка ноис-геитов. Также звук получается естественнее, поэтому такая схема эффективнее и надежнее. Не забудьте, что вы также можете уменьшить проникновение посторонних звуков, расставив инструменты в студии так, чтобы они влияли друг на друга наименьшим образом и нежелательные звуки всегда приходили на менее чувствительные оси диаграмм направленности микрофонов.

Источник

Принцип работы конденсаторного микрофона

В конденсаторном микрофоне капсюль содержит тонкую подвижную мембрану, расположенную близко к неподвижной пластине. За счет того, что пластина и мембрана подсоединены к источнику питания, между ними создается электрический потенциал или заряд, в результате вместе они образуют емкость (поэтому конденсаторные микрофоны иногда называются емкостными). Когда мембрана вибрирует (в соответствии с колебаниями воздуха), расстояние между ней и пластиной изменяется, и изменяется емкость. Колебания емкости приводят к колебаниям тока, то есть к появлению сигнала. Сигнал этот очень слабый, и его необходимо усиливать встроенным предусилителем.

Поскольку мембрану можно сделать очень тонкой, она может иметь меньшую массу, следовательно менее инертна, а следовательно обладает более быстрой реакцией и, таким образом, конденсаторные микрофоны могут воспринимать частоты в более широком диапазоне, по сравнению, например, с микрофонами динамическими.

Если говорить о разнице между конденсаторными микрофонами с мембранами малого и большого размеров, то у последних в большинстве случаев меньше собственный шум и больше чувствительность. Микрофоны с малой мембраной выдерживают больший максимальный уровень звукового давления, у них шире частотный диапазон (за счет высоких частот, поскольку способность воспринимать низкие частоты у них одинакова), ровнее характеристика круговой направленности. Конденсаторные микрофоны с малой мембраной честнее передают звук, тогда как микрофоны с большой мембраной способны его украшать. Думаю, что именно поэтому они чаще всего используются в студиях, особенно для записи вокала, ведь всем нам хочется записать тот звук, который мы хотим услышать, а не тот, что есть на самом деле.

Выбор микрофона для приобретения определяется многими причинами, среди которых не последнее место занимает «общественное мнение» или традиция. Практически для каждого микрофона есть задачи, с которыми он справляется лучше других. Оптимально было бы иметь несколько микрофонов, чтобы выбирать из них микрофон для конкретной задачи, как это и делается в крупных студиях. Но в домашней или малобюджетной студии такое вряд ли возможно. Если ваша студия коммерческая, то приходиться помнить, что это еще и бизнес, и принимать решения, исходя и из этого факта. Особый статус в глазах большинства исполнителей, потенциальных клиентов вашей студии, имеют микрофоны Neumann. Во всяком случае, их использование вряд ли вызовет дополнительные вопросы у исполнителя. Так что, иметь микрофон Neumann необходимо хотя бы с этой точки зрения, а если вы можете позволить несколько микрофонов, то для сравнения («вот как звучит ваш голос через Neumann, который вы хотели, а вот как он звучит через микрофон, который действительно для вас подходит»). К счастью микрофоны этой фирмы хорошо подходят во многих случаях. Не следует забывать и такую модель, как AKG C 414, являющуюся «стандартной» для многих применений. Создавая же домашнюю студию, вы можете меньше обращать внимание на мнение окружающих и выбрать тот микрофон, который лучше всего подходит именно вам. Нужен ли вам микрофон с изменяемой направленностью? Большой вопрос. Иметь такой микрофон не помешает, если позволяют финансы, но в 90% случаев микрофоны работают в кардиоидной направленности, особенно при записи вокала.

Направленность

Частотный диапазон

Указан диапазон частот, которые микрофон может воспринимать на равном уровне. Лучше всего использовать микрофон с таким частотным диапазоном, чтобы спад низких частот начинался сразу после самой низкой основной частоты источника.

Чувствительность

Чувствительность указывает среднее напряжение, производимое микрофоном при звуковом давлении 1 Паскаль = 94 дБ. Значение относится к частоте 1 кГц и сопротивлению нагрузки 1 кОм. Более высокая чувствительность микрофона означает, что при одинаковой громкости звука он производит более сильный сигнал (выше напряжение), чем микрофон с более низкой чувствительностью. В результате лучше отношение сигнал/шум. Чувствительность указана в милливольтах на Паскаль.

Эквивалентный уровень шума

Микрофон всегда производит некоторый шум. Уровень этого шума измеряется в децибелах, эквивалентно звуковому давлению, необходимому для получения сигнала такого же уровня. Отношение сигнал/шум высчитывается как разница между уровнем звука 94 дБ и указанным в таблице уровнем шума.

Максимальный уровень звукового давления

Аттенюатор

Аттенюатор ослабляет сигнал до предусилителя, то есть он защищает предусилитель от перегрузки, но отнюдь не защищает мембрану. Впрочем, современные микрофоны не могут быть повреждены тем уровнем максимального звукового давления, который могут производить подавляющее большинство инструментов.

Фильтр

Пропускающий фильтр высоких частот позволяет вам отрезать ненужную низкочастотную информацию. Если известно, указана частота среза.

Источник

Что такое аттенюатор, принцип его работы и где применяется

При разработке электронных схем обычно приходится решать задачу усиления сигналов – увеличения их амплитуды или мощности. Но бывают ситуации, когда уровень сигнала требуется, наоборот, ослабить. И эта задача не так проста, как кажется на первый взгляд.

Что такое аттенюатор и как он работает

Аттенюатором называется устройство для преднамеренного и нормированного уменьшения амплитуды или мощности входного сигнала без искажения его формы.

Принцип работы аттенюаторов, применяемых в радиочастотном диапазоне – делитель напряжения на резисторах или конденсаторах. Входной сигнал распределяется между резисторами пропорционально сопротивлениям. Самое простое решение – делитель из двух резисторов. Такой аттенюатор называется Г-образным (в зарубежной технической литературе – L-образным). Входом и выходом может служить любая сторона этого несимметричного по схеме устройства. Особенность Г-аттенюатора – низкий уровень потерь при согласовании входа и выхода.

Виды аттенюаторов

На практике Г-аттенюатор используется не так часто – в основном, для согласования сопротивлений входа и выхода. Гораздо шире для нормированного ослабления сигналов применяются устройства П-типа (в зарубежной литературе Pi – от латинской буквы π) и Т-типа. Такой принцип позволяет создавать устройства с одинаковым входным и выходным сопротивлением (но при необходимости можно и с различным).

На рисунке представлены несимметричные устройства. Источник и нагрузка к ним должны подключаться несимметричными линиями – коаксиальными кабелями и т.п. с любой стороны.

Для симметричных линий (витая пара и т.п.) применяются симметричные схемы – их иногда называют аттенюаторами H- и О-типа, хотя это всего лишь разновидности предыдущих устройств.

Добавлением одного (двух) резисторов аттенюатор Т- (H-) типов превращаются в мостовые.

Аттенюаторы выпускаются промышленностью в виде законченных устройств с разъёмами для подключения, но их можно выполнять и на печатной плате в составе общей схемы. Резистивные и емкостные аттенюаторы имеют серьезный плюс – они не содержат нелинейных элементов, что не искажает сигнал и не приводит к появлению в спектре новых гармоник и к исчезновению существующих.

Кроме резистивных существуют и другие виды аттенюаторов. В промышленной технике широко применяются:

Эти типы устройств используются в СВЧ-технике и в световом диапазоне частот. На низких и радиочастотах применяются аттенюаторы на основе резисторов и конденсаторов.

Основные характеристики

Главным параметром, определяющим свойства аттенюаторов, является коэффициент ослабления. Он измеряется в децибелах. Чтобы понять, во сколько раз уменьшается амплитуда сигнала после прохождения ослабляющей цепи, надо коэффициент пересчитать из децибел в разы. На выходе устройства, уменьшающего амплитуду сигнала на N децибел, напряжение будет меньше в M раз:

Формулы достаточно сложны для расчетов в уме, поэтому лучше воспользоваться онлайн-калькуляторами, коих в интернете великое множество.

Для регулируемых устройств (ступенчатых или плавных) указываются пределы настройки.

Другой важный параметр – это волновое сопротивление (импеданс) по входу и выходу (они могут совпадать). С этим сопротивлением связана такая характеристика, как коэффициент стоячей волны (КСВ) – она часто указывается на изделиях промышленного производства. Для чисто активной нагрузки этот коэффициент вычисляется по формуле:

Из остальных важных характеристик надо упомянуть:

Также важен такой параметр, как точность – он означает допустимое отклонение ослабления от номинального. У промышленных аттенюаторов характеристики наносятся на корпус.

В некоторых случаях важна мощность устройства. Энергия, не дошедшая до потребителя, рассеивается на элементах аттенюатора, поэтому критично не допустить перегрузки.

Существуют формулы для расчета основных характеристик резистивных аттенюаторов различной конструкции, но они громоздки и содержат логарифмы. Поэтому для их применения нужен, как минимум, калькулятор. Поэтому для самостоятельного расчета удобнее использовать специальные программы (в том числе, онлайн).

Регулируемые аттенюаторы

На коэффициент ослабления и КСВ влияет номинал всех элементов входящих в состав аттенюатора, поэтому создавать устройства на резисторах с плавным регулированием параметров сложно. Меняя ослабление, надо подстраивать и КСВ и наоборот. Такие задачи можно решить, применяя усилители с коэффициентом усиления меньше 1.

Подобные устройства строят на транзисторах или ОУ, но возникает проблема линейности. Нелегко создать усилитель, не искажающий форму сигнала в широком диапазоне частот. Гораздо шире применяется ступенчатое регулирование – аттенюаторы включаются последовательно, их ослабление складывается. Те цепи, что необходимо – шунтируются (контактами реле и т.п). Так набирается нужный коэффициент ослабления без изменения волнового сопротивления.

Есть конструкции устройств для ослабления сигнала с плавной регулировкой, построенные на широкополосных трансформаторах (ШПТ). Они применяются в любительской связной технике в тех случаях, когда требования к согласованию входа и выхода невысоки.

Плавная настройка аттенюаторов, построенных на волноводах, достигается изменением геометрических размеров. Оптические аттенюаторы также выпускаются с плавной регулировкой затухания, но такие приборы имеют достаточно сложную конструкцию, так как содержат систему линз, оптических фильтров и т.д.

Область применения

Если аттенюатор имеет различные входные и выходные сопротивления, то, кроме функции ослабления, он может выполнять роль согласующего устройства. Так, если надо соединить кабели 75 и 50 Ом, между ними можно поставить рассчитанный соответствующим образом, и вместе с нормированным затуханием можно поправить и степень согласования.

В приемной технике аттенюаторы применяются для исключения перегрузки входных цепей мощными побочными излучениями. В некоторых случаях ослабление мешающего сигнала даже одновременно со слабым полезным сигналом может улучшить качество приема за счёт снижения уровня интермодуляционных помех.

В измерительной технике аттенюаторы могут применяться в качестве развязки — они уменьшают влияние нагрузки на источник эталонного сигнала. Оптические аттенюаторы широко применяются при тестировании приёмо-передающей аппаратуры для волоконно-оптических линий связи. С их помощью моделируют затухание в реальной линии и определяют условия и границы устойчивой связи.

В аудиотехнике аттенюаторы применяются в качестве устройств регулирования мощности. В отличие от потенциометров, они делают это с меньшими потерями энергии. Здесь проще обеспечить плавную регулировку, так как волновое сопротивление не важно – имеет значение лишь ослабление. В телевизионных кабельных сетях аттенюаторы исключают перегрузку входов телевизоров и позволяют сохранить качество передачи независимо от условий приема.

Являясь не самым сложным устройством, аттенюатор находит самое широкое применение в радиочастотных цепях и позволяет решить различные задачи. На СВЧ и оптических частотах эти приборы строят по-другому, и они являются сложными промышленными узлами.

Что такое триггер, для чего он нужен, их классификация и принцип работы

Что такое резистор и для чего он нужен?

Что такое термистор, их разновидности, принцип работы и способы проверки на работоспособность

Что такое операционный усилитель?

Что такое делитель напряжения и как его рассчитать?

Источник