Zasilanie mikrofonów pomiarowych za pomocą Phantom +48V

Zasilanie Phantom to napięcie stałe, powszechnie stosowane w przemyśle pro audio jako źródło zasilania. Najczęściej kojarzone jest z mikrofonami pojemnościowymi, natomiast znajduje również zastosowanie w innych układach np. aktywnych di-boxac, czy konwerterach sygnału. Z tego powodu zasilanie Phantom możemy znaleźć w różnych kartach dźwiękowych, które razem z licencja oprogramowania APx500 FLEX mogą stanowić rozszerzenie głównego systemu pomiarowego, z szeroką biblioteką opcji pomiarowych.  

W poniższym artykule opisuję zastosowanie zasilania Phantom w kontekście pre polaryzowanych mikrofonów pomiarowych CCP  (inna nazwa kompatybilnej technologii to IEPE) , używanych w zakresie testów akustycznych i elektroakustycznych.

Rys. 1 - System pomiarowy oparty na Licencji APx500 FLEX, karcie dźwiękowej RME i mikrofonu pomiarowego. Mikrofon zasilany jest poprzez Phantom z karty RME.

Technologie mikrofonów pomiarowych

Zestawy mikrofonów pomiarowych składają się z dwóch głównych komponentów: kapsuły mikrofonowej i przedwzmacniacza z odpowiednim złączem. kapsuła mikrofonowa jest elementem wyposażonym w membranę i dołączny do niej układ konwertujący fale akustyczną na sygnał elektryczny. Sygnał wychodzący z kapsuły mikrofonu charakteryzuje się wysoką impedancją, z tego powodu stosuje się dodatkowe przedwzmacniacze mikrofonowe, które konwertują rejestrowany sygnał na taki o niskiej impedancji, mogący zostać przekazany dalej poprzez przewód do systemu akwizycji.

Rys. 2 - Mikrofon pomiarowy: A -Kapsuła mikrofonu, B - przedwzmacniacz mikrofonowy, C - złącze do przewodu.

W kontekście mikrofonów pomiarowych, najczęściej stosuje się dwa typu kapsuł mikrofonowych:

• Zewnętrznie spolaryzowane – wymagające zewnętrznego napięcia polaryzacji (typowo +200V),

• Wstępnie spolaryzowane – z wbudowaną warstwą materiału naładowanego elektrycznie.

Z tego powodu wymagane są również dwa rodzaje przedwzmacniaczy. Kapsuły zewnętrznie polaryzowane wykorzystują przedwzmacniacze typu “LEMO”, natomiast kapsuły wstępnie spolaryzowane podłączane są do przedwzmacniaczy typu CCP/IEPE (dwie nazwy kompatybilnej technologii).

Poniższy wpis dotyczy zasilania przedwzmacniaczy typu CCP/IEPE, używanych przy wstępnie spolaryzowanych kapsułach.

Więcej na temat doboru mikrofonów pomiarowych znajduje się w artykule: Mikrofony pomiarowe - dobór na podstawie pola akustycznego .

Mikrofony pomiarowe a zasilanie Phantom

Jak pokazano w poprzedniej sekcji, zasilanie Phantom nie jest typowym sposobem zasilania mikrofonu pomiarowego, jednak nie oznacza to, że jest to niemożliwe. 

Zasilanie Phantom wykorzystuje układ, który dostarcza napięcie stałe 48VDC poprzez dwa przewody sygnałowe zbalansowanego złącza audio. Zazwyczaj używa się tu złącza XLR, gdzie piny 2 i 3 odpowiadają przewodom sygnałowym, a pin 1 to masa. Ze względu na to, że przedwzmacniacze CCP wykorzystują przewody niesymetryczne, najczęściej  ze złączem BNC, pierwszym krokiem podłączenia powinien być odpowiedni adapter. W tym zakresie dostępne są różne adaptery, przykładem może być GRAS AG0003.

Rys. 3 - Adapter GRAS AG0003 umożliwiający podłączenie mikrofonu ze złączem BNC do interfejsu ze złączem Phantom

Źródło

Adapter GRAS AG0003 umożliwia łatwe podłączenie przedwzmacniacza CCP do karty dźwiękowej z wejściami XLR i zasilaniem Phantom. Ponieważ adapter zapewnia bezpośrednie połączenie między złączem XLR a BNC, kanał sygnałowy będzie przenosił sygnał niesymetryczny. AG0003 jest okablowany zgodnie z normą IEC 60268-12 („Urządzenia systemów dźwiękowych. Część 12: Zastosowanie złączy w transmisji radiowej i podobnych zastosowaniach”) i, jak pokazano na rysunku 4, piny 1 i 3 są uziemione, a jedynie pin 2 jest wykorzystywany do przesyłania sygnału wychodzącego z mikrofonu oraz dostarczania prądu stałego przez obwód zasilania Phantom.

Większość przedwzmacniaczy CCP działa przy prądzie stałym od 2 do 20 mA, jednak w niektórych przypadkach wymagane może być co najmniej 4 mA. Informacje te są zazwyczaj podawane w dokumentacji technicznej producentów zestawów mikrofonów pomiarowych i przedwzmacniaczy CCP. Dlatego ważne jest, aby upewnić się, że wykorzystywane zasilanie Phantom jest w stanie dostarczyć odpowiedni prąd do zasilenia danego zestawu mikrofonowego. Zasilacze Phantom w formacie „P48”, czyli najczęściej spotykane obecnie w interfejsach audio, zazwyczaj oferują prąd na poziomie 7 do 10 mA. W przypadku jakichkolwiek wątpliwości co do parametrów interfejsu audio, zaleca się kontakt z jego producentem. Można również użyć testera zasilania Phantom lub woltomierza do sprawdzenia parametrów zasilacza bez obciążenia. Jeśli podłączy się woltomierz między pinem 1 a pinami 2/3, powinien on wskazywać +48VDC (+/- 4V) i 0VAC.

Rys. 4 - wykres przedstawiający poziom szumów własnych z wykorzystaniem dedykowanego wzmacniacza CCP i zasilania Phantom. Widać drobny skok szumów w zakresie niskich i średnich częstotliwości, jednak w przypadku standardowych pomiarów akustycznych, nie będa miały one wpływu na wynik.

Wykorzystanie zewnętrznych kart dźwiękowych w pomiarach audio

Interfejsy audio stanowią często ciekawe rozszerzenie do konwencjonalnych analizatorów. Niższa cena pozwala na stworzenie pobocznych systemów pomiarowych, występujących na biurku każdego projektanta. Interfejsy stanowią ciekawą alternatywę, szczególnie w pomiarach akustycznych, tam gdzie wymagania związane z szumami własnymi urządzenia razem z innymi krytycznymi parametrami jak zakres dynamiki, czy generowany poziom sygnału  nie są aż tak restrykcyjne.

Z tego powodu Audio Precision oferuje możliwość licencjonowania samego oprogramowania APx500, umożliwiając dostęp do bogatej bazy funkcji pomiarowych za pośrednictwem interfejsów wspierających ASIO. 

Rys. 5 - Klucz licencyjny oprogramowania APx500

Licencja APx500 FLEX dostępna jest w formie czasowej subskrypcji oraz licencji stałej. Oba rozwiązania pozwalają na dostosowanie systemu do indywidualnych wymagań projektowych. W przypadku czasowej subskrypcji, uzyskiwany jest dostęp do wszystkich wewnętrznych funkcji pomiarowych APx500 (z pominięciem testów percepcyjnych PESQ & PLQA). Drugą opcją licencjonowania jest licencja stała, pozwalająca dostosować zakres funkcji pomiarowej oraz liczbę kanałów pomiarowych, optymalizując możliwości pomiarowe względem kosztów stanowiska.

Wnioski

Popularność testów akustycznych stale rośnie. Zwiększenie produktów z segmentu smart, często sterowanych głosowo, ale również rozwój w zakresie podzespołów i systemów audio, wpływa na zwiększania wymagań weryfikacji akustycznej produktów. W tym zakresie Licencja na oprogramowanie Apx500 kompatybilna z interfejsami dźwięku ASIO, pozwala na rozszerzenie liczby stanowisk pomiarowych, tym samym zwiększając dynamikę prac projektowych.