Fantomkraft
Fantomkraft , i samband med professionell ljudutrustning , är elektrisk likström som överförs genom mikrofonkablar för att styra mikrofoner som innehåller aktiva elektroniska kretsar. Den är mest känd som en bekväm strömkälla för kondensormikrofoner , även om många aktiva direktboxar också använder den. Tekniken används även i andra applikationer där strömförsörjning och signalkommunikation sker över samma ledningar.
Fantomströmförsörjning är ofta inbyggd i mixerkonsoler , mikrofonförförstärkare och liknande utrustning. Förutom att driva kretsarna i en mikrofon använder traditionella kondensatormikrofoner även fantomkraft för att polarisera mikrofonens givarelement.
Historia
Fantommatning användes först (och används fortfarande) i koppartrådbaserade telefonsystem sedan introduktionen av den roterande telefontelefonen 1919. En sådan tillämpning i telefonsystemet var att tillhandahålla en DC -signaleringsbana runt transformatoranslutna förstärkare som t.ex. som analoga linjeöverföringssystem.
Den första kända kommersiellt tillgängliga fantomdrivna mikrofonen var Schoeps modell CMT 20, som kom ut 1964, byggd enligt specifikationerna för fransk radio med 9–12 volt DC fantommatning; den positiva polen för denna strömförsörjning var jordad. Mikrofonförförstärkare till Nagra IV-seriens bandspelare erbjöd denna typ av strömförsörjning som ett alternativ i många år och Schoeps fortsatte att stödja "negativ phantom" tills CMT-serien avbröts i mitten av 1970-talet, men den är föråldrad nu.
År 1966 presenterade Neumann GmbH en ny typ av transistoriserad mikrofon för Norska Broadcasting Corporation, NRK. Norsk Radio hade begärt fantomdriven operation. Eftersom NRK redan hade 48-voltsström tillgänglig i sina studior för sina nödbelysningssystem, användes denna spänning för att driva de nya mikrofonerna (modell KM 84), och är ursprunget till 48-volts fantomkraft. Detta arrangemang standardiserades senare i DIN 45596.
Standarder
International Electrotechnical Commission Standards Committees "Multimedia systems – Guide to the recommended characteristics of analoge interfaces to achieve interoperability" (IEC 61938:2018) specificerar parametrar för mikrofonfantommatning. Tre varianter definieras av dokumentet: P12, P24 och P48. Dessutom nämns två ytterligare varianter (P12L och SP48) för specialiserade applikationer. De flesta mikrofoner använder nu P48-standarden (maximal tillgänglig effekt är 240 mW). Även om 12- och 48-voltssystem fortfarande används, rekommenderar standarden 24-voltsförsörjning för nya system.
Teknisk information
Fantommatning består av en fantomkrets där likström tillförs lika genom de två signallinjerna i en balanserad ljudkontakt (i modern utrustning, både stift 2 och 3 på en XLR-kontakt ). Matningsspänningen är refererad till jordstiftet på kontakten (stift 1 på en XLR), som normalt är ansluten till kabelskärmen eller en jordledning i kabeln eller båda. När fantommatning introducerades var en av fördelarna att samma typ av balanserad, skärmad mikrofonkabel som studior redan använde för dynamiska mikrofoner kunde användas för kondensormikrofoner. Detta till skillnad från mikrofoner med vakuumrörskretsar , av vilka de flesta kräver speciella flerledarkablar.
Med fantommatning är matningsspänningen i praktiken osynlig för balanserade mikrofoner som inte använder den, vilket inkluderar de flesta dynamiska mikrofoner. En balanserad signal består endast av skillnaderna i spänning mellan två signallinjer; Fantommatning placerar samma DC-spänning på båda signallinjerna i en balanserad anslutning. Detta står i markant kontrast till en annan, något tidigare metod för strömförsörjning känd som "parallell strömförsörjning" eller "T-strömförsörjning" (från den tyska termen Tonaderspeisung ), där likström överlagrades direkt på signalen i differentiellt läge. Att ansluta en konventionell mikrofon till en ingång som hade parallell strömförsörjning aktiverad kan mycket väl skada mikrofonen.
IEC 61938-standarden definierar 48-volts, 24-volts och 12-volts fantommatning. Signalledarna är positiva, båda matas genom motstånd av samma värde (6,81 kΩ för 48 V, 1,2 kΩ för 24 V och 680 Ω för 12 V), och skärmen är jordad . Värdet på 6,81 kΩ är inte kritiskt, men motstånden måste matchas till inom 0,1 % eller bättre för att bibehålla god avvisning i common-mode i kretsen. 24-voltsversionen av fantommatning, som föreslagits ganska många år efter 12- och 48 V-versionerna, ingick också i DIN-standarden och ingår i IEC-standarden, men den antogs aldrig allmänt av utrustningstillverkare.
Nästan alla moderna mixerbord har en strömbrytare för att slå på eller stänga av fantomströmmen; i de flesta avancerade utrustningar kan detta göras individuellt per kanal, medan på mindre mixrar kan en enda huvudbrytare styra strömtillförseln till alla kanaler. Fantomström kan blockeras i vilken kanal som helst med en 1:1 isolationstransformator eller blockerande kondensatorer. Fantommatning kan orsaka fel på utrustningen eller till och med skada om den används med kablar eller adaptrar som ansluter ena sidan av ingången till jord, eller om viss utrustning annan än mikrofoner är ansluten till den.
Instrumentförstärkare ger sällan fantomkraft. För att använda utrustning som kräver det med dessa förstärkare måste en separat strömförsörjning sättas in i ledningen. Dessa är lätt tillgängliga kommersiellt, eller alternativt är ett av de enklare projekten för amatörelektronikkonstruktören.
Varningar
Vissa mikrofoner erbjuder ett val mellan intern batteridrift eller (extern) fantommatning. I vissa sådana mikrofoner är det lämpligt att ta bort de interna batterierna när fantomström används eftersom batterier kan korrodera och läcka kemikalier. Andra mikrofoner är speciellt utformade för att växla över till de interna batterierna om en extern strömförsörjning inte fungerar.
Fantomströmning implementeras inte alltid korrekt eller adekvat, inte ens i förförstärkare, mixare och inspelare av professionell kvalitet. Detta beror delvis på att första generationens (sent 1960-tal till mitten av 1970-talet) 48-volts fantomdrivna kondensatormikrofoner hade enkla kretsar och krävde endast små mängder driftsström (vanligtvis mindre än 1 mA per mikrofon), så fantommatningen kretsar som vanligtvis var inbyggda i den tidens inspelare, mixare och förförstärkare utformades under antagandet att denna ström skulle vara tillräcklig. Den ursprungliga DIN 45596 fantomeffektspecifikationen krävde maximalt 2 mA. Denna praxis har förts vidare till nutiden; många 48-volts fantomströmförsörjningskretsar, särskilt i lågkostnads- och bärbar utrustning, kan helt enkelt inte leverera mer än 1 eller 2 mA totalt utan att gå sönder. Vissa kretsar har också betydande extra resistans i serie med standardparet matningsmotstånd för varje mikrofoningång; detta kanske inte påverkar lågströmsmikrofoner så mycket, men det kan inaktivera mikrofoner som behöver mer ström.
Mitten av 1970-talet och senare kondensatormikrofoner designade för 48-volts fantommatning kräver ofta mycket mer ström (t.ex. 2–4 mA för Neumann transformatorlösa mikrofoner, 4–5 mA för Schoeps CMC ("Colette")-serien och Josephson-mikrofoner, 5 –6 mA för de flesta mikrofoner i Shure KSM-serien, 8 mA för CAD Equiteks och 10 mA för Earthworks). IEC-standarden ger 10 mA som högsta tillåtna ström per mikrofon. Om den erforderliga strömmen inte är tillgänglig kan en mikrofon fortfarande avge en signal, men den kan inte leverera den avsedda prestandanivån. De specifika symtomen varierar något, men det vanligaste resultatet är minskning av den maximala ljudtrycksnivån som mikrofonen klarar av utan överbelastning (distorsion). Vissa mikrofoner kommer också att visa lägre känslighet (utgångsnivå för en given ljudtrycksnivå).
De flesta marklyftsbrytare har den oönskade effekten att de kopplar bort fantomkraften. Det måste alltid finnas en likströmsbana mellan stift 1 på mikrofonen och minussidan på 48-voltsförsörjningen, om ström ska nå mikrofonens elektronik. Att lyfta marken, som normalt är stift 1, bryter denna väg och inaktiverar fantomströmförsörjningen.
Det finns en vanlig uppfattning att anslutning av en dynamisk mikrofon eller bandmikrofon till en fantomdriven ingång kommer att skada den. Det finns tre möjligheter för denna skada att uppstå. Om det finns ett fel i kabeln kan fantommatning skada vissa mikrofoner genom att lägga på en spänning över mikrofonens utgång. Utrustningsskador är också möjliga om en fantomdriven ingång är ansluten till en obalanserad dynamisk mikrofon eller elektroniska musikinstrument. Transienten som genereras när en mikrofon är hot-pluggad till en ingång med aktiv fantommatning kan skada mikrofonen och möjligen förförstärkarkretsen på ingången eftersom inte alla stift på mikrofonkontakten kommer i kontakt samtidigt, och det finns ett ögonblick då ström kan flyta för att ladda kabelns kapacitans från ena sidan av den fantomdrivna ingången och inte från den andra. Detta är särskilt ett problem med långa mikrofonkablar. Det anses vara god praxis att inaktivera fantomström till enheter som inte kräver det.
Digital fantomkraft
Digitala mikrofoner som överensstämmer med AES 42- standarden kan förses med fantommatning vid 10 volt, avtryckt på både ljudkablar och jord. Denna försörjning kan ge upp till 250 mA till digitala mikrofoner. En nycklad variant av den vanliga XLR-kontakten , XLD -kontakten , kan användas för att förhindra oavsiktligt utbyte av analoga och digitala enheter.
Andra tekniker för att driva mikrofoner
T-power, även känd som AB powering eller T12, beskriven i DIN 45595, är ett alternativ till fantommatning som fortfarande används flitigt i världen av produktion av filmljud. Många mixrar och inspelare avsedda för den marknaden har ett T-power-alternativ. Många äldre Sennheiser- och Schoeps-mikrofoner använder denna strömförsörjningsmetod, även om nyare inspelare och mixare fasar ut detta alternativ. Adapterhylsor och dedikerade nätaggregat är gjorda för att rymma T-drivna mikrofoner. Det är ofta ingen hörbar skillnad mellan mikrofoner med denna metod och mikrofoner med P48-ström. I detta schema appliceras 12 volt genom 180 ohm-motstånd mellan mikrofonens "heta" anslutning (XLR-stift 2) och mikrofonens "kalla" anslutning (XLR-stift 3). Detta resulterar i en 12-volts potentialskillnad med betydande strömkapacitet över stift 2 och 3, vilket sannolikt skulle orsaka permanent skada om det appliceras på en dynamisk mikrofon eller bandmikrofon.
Plug-in-power (PiP) är lågströmsförsörjningen på 3–5 V som tillhandahålls vid mikrofonuttaget på viss konsumentutrustning, såsom bärbara inspelare och datorljudkort . Det definieras också i IEC 61938. Det är till skillnad från fantomkraft eftersom det är ett obalanserat gränssnitt med en låg spänning (cirka +5 volt) ansluten till signalledaren med retur genom hylsan; DC-strömmen är gemensam med ljudsignalen från mikrofonen. En kondensator används för att blockera DC från efterföljande ljudfrekvenskretsar. Den används ofta för att driva elektretmikrofoner , som inte fungerar utan ström. Den är endast lämplig för att driva mikrofoner som är speciellt utformade för användning med denna typ av strömförsörjning. Skador kan uppstå om dessa mikrofoner ansluts till sann (48 V) fantommatning via en 3,5 mm till XLR-adapter som ansluter XLR-skärmen till 3,5 mm-hylsan. Plug-in-ström omfattas av japansk standard CP-1203A:2007.
Ett liknande linjeförsörjningsschema finns i datorljudkort. Både plug-in-ström och ljudkortseffekt definieras i den andra utgåvan av IEC 61938.
Dessa alternativa strömförsörjningsscheman kallas ibland felaktigt för "fantomkraft" och bör inte förväxlas med äkta 48-volts fantommatning som beskrivs ovan.
Vissa kondensatormikrofoner kan drivas med en 1,5-voltscell som finns i ett litet fack i mikrofonen eller i ett externt hölje.
Fantomkraft används ibland av arbetare inom flygelektronik för att beskriva DC-förspänningen som används för att driva flygmikrofoner, som använder en lägre spänning än professionella ljudmikrofoner. Fantomeffekt som används i detta sammanhang är 8–16 volt DC i serie med ett 470 ohm (nominellt) motstånd enligt RTCA Inc. standard DO-214. Dessa mikrofoner utvecklades från kolmikrofonerna som användes under flygets tidiga dagar och telefonen som förlitade sig på en DC-förspänning över kolmikrofonelementet.
Andra användningsområden
Fantomkraft används också i andra applikationer än mikrofoner:
Anteckningar
Se även
- Bias t-shirt
- Kraftledningskommunikation , datakommunikation över elnät
externa länkar
- Schoeps CMT 20-mikrofonen från 1964 – världens första fantomdrivna mikrofon
- Phantom Powering – Balanserade linjer, Phantom Powering, Jordning och andra svåra mysterier . Loud Technologies Inc, 2003
- Drivmikrofoner – en samling information och kretsar för att driva elektretmikrofonkapslar
- Mikrofondesign och funktion – innehåller alternativa tekniker för strömförsörjning av kondensormikrofoner inklusive T-power/12T/AB-strömförsörjning/DIN 45595
- Gör-det-själv-testare – för förekomsten av fantomkraft och begränsad kabeltester