Так уж сложилось, компания KENWOOD (в отличие от ICOM), соблюдая давнюю традицию, комплектует свои коротковолновые трансиверы динамическими микрофонами. Вследствие чего и микрофонный вход, прежде всего, рассчитан на их подключение. Переход на электретный микрофон требует проведения небольшой модернизации, и для этого понадобится источник постоянного напряжения, а сама доработка повлечет за собой добавление нескольких элементов. Хорошо еще, что KENWOOD предусмотрел наличие низковольтного источника постоянного напряжения, т.н. фантомное питание, и вывел его на 5-й контакт микрофонного разъема (круглого, 8-ми контактного).
Кто-то скажет — «тоже мне проблема…». Однако, довольно часто натыкаюсь на эфирные разговоры по этой тематике, и вопрос — «А как подключить?» до сих пор актуален. Кто-то где-то что- то читал, с кем-то говорил, что-то кому-то рассказывал, и разговоры про «ЭТО» ведутся постоянно.
Мне же хочется акцентироваться на следующем. Подключить- то, как вы понимаете, совсем не сложно, существуют несколько вариантов. Воспользуемся самой простой и типовой схемой подключения. Она достаточно хорошо известна, и содержит всего несколько деталей. И тем не менее…
Многие из тех с кем довелось разговаривать, сетовали — мол, источник +8В, который «сидит» на 5-ом контакте микрофонного разъема в трансиверах KENWOOD давно выгорел, и они не могут воспользоваться таким способом.
Действительно, этот источник очень слабенький, в пользовательской инструкции про него написано, что его нагрузочная способность не более ЮмА. Ко всему прочему он без защиты — малейшее замыкание и … спасибо за компанию. Сам долгое время избегал включения электретного микрофона таким способом. До сих пор, чаще всего, пользуюсь внешним питанием, причем … батарейным. Но это не значит, что следует отказываться от подобного способа подключения.
Как-то понадобилось подключить тайваньскую телефонную гарнитуру к TS-570. Не долго думая, на махонькой платочке спаял схемку на SMD элементах, - заняла она очень мало места. А чтобы исключить короткого замыкания шины +8В, включил последовательно крохотный светодиодик, из тех, что ярко светятся при слабом прямом токе, что-нибудь около 1мА. Попробуйте замкнуть микрофонный вход пинцетом, и он сразу же засветится.
Разнообразие электретных микрофонов огромно, но недорогие модели мультимедийных гарнитур содержат, как правило, низковольтные микрофоны с питанием 1,5..,5В. Профессиональные запитываются от источника фантомного питания напряжении +48В.
В данном случае выбор ограничительного резистора большого принципиального значения не имеет. Я пользуюсь таким правилом: выбираю резистор, отталкиваясь от питающего напряжения. На каждый вольт питания от 7500м до 1кОм. При напряжении питания 8В суммарный резистор будет в пределах 6,2…7,5кОм (с учетом падения напряжения на светодиоде).
Выходное напряжение (пиковое) некоторых электретных микрофонов даже на относительно низкоомной нагрузке может достигать нескольких вольт, особенно, при близком расположении к говорящему. Поставив маленький переменный резистор, можно подобрать необходимый уровень. А, если он совмещен с выкючателем, еще лучше. Включить его желательно именно так, как указано на схеме, после конденсатора постоянной емкости, а не до него. Смысл в том, что к микрофонному входу трансивера подключается катушка динамического микрофона, замыкая постоянную составляющую на экран (AGND).
В своем большинстве микрофонный разъем дешевых телефонных гарнитур (мультимедийных) разных производителей — миниджек (3,5″). И существует вполне определенный способ их распайки. В свою очередь распайка ответного разъема может делаться «под себя». Я именно на это и напоролся при первом же включении своей гарнитуры. Распаяв, ответный разъем под самодельный микрофон, все, как и полагается, работало. Собственно, даже и не предполагал, что когда-нибудь увижу свечение ограничительного светодиода. Ан, нет, воткнул гарнитуру- загорелся светодиод. Я, мягко говоря, аж «прибалдел».
Оказалось, что заводская распайка данной гарнитуры сделана таким образом, на который я и не рассчитывал. Светящийся светодиод подсказал мне, что микрофонный вход сел «на землю» и рассчитывать на сигнал нечего — предстоит разбираться в чем дело!. Оказалось, что средний контакт разъема этой гарнитуры замкнулся с экраном соединительного провода, а у меня в ответном разъеме он был запараллелен с центральным контактом (по всей видимости, заводской брак). Пришлось привести в соответствие - все восстановилось и заработало. Казалось бы, ничего особенного, а повозиться пришлось.
И еще. Вы подключили неизвестный микрофон. Распайка разъема правильная, а светодиод горит. Значит этот микрофон или неисправный (КЗ), или динамический, катушка которого и замкнула цепь фантомного питания на «землю» (по постоянному току она имеет незначительное сопротивление).
Конденсатор 1000пФ нужно припаять непосредственно на контакты микрофонного разъема. Постарайтесь собрать схему наиболее компактно без длинных соединительных проводов.
DSP – обработчик сигнала второго приёмника построен на микросхеме DSP фирмы Analog Devices ADSP-21369 .
Вот что пишет* производить про чип ADSP-21363:
«Третье поколение процессоров SHARC ®, включает в себя следующие чипы: ADSP-21261, ADSP-21262, ADSP-21266, ADSP-21363, ADSP-21364, ADSP-21365 и ADSP-21366. Они имеют повышенную производительность и ориентированы для аудио приложений и программно-ориентированных приложений. Конфигураций памяти процессора, способна поддерживать алгоритмы обработки объемного звука. Все устройства являются совместимыми друг с другом и полностью имеют совместимый код со всеми предыдущими процессорами SHARC - архитектуры. Семейство процессоров SHARC основано на ядре типа "одна команда много данных", которое поддерживает как 32-разрядные инструкции с фиксированной запятой, так и 32/40-битную арифметику с плавающей запятой, что делает этот процессор особенно хорошо подходящим для высокопроизводительных аудио приложений.
Чип ADSP-21363 имеет высокую производительность – тактовая частота процессора 333 МГц имеет производительность 2 GFLOPs, присущую всем SHARC процессорам семейства третьего поколения. Такой уровень производительности делает ADSP-21363 особенно хорошо подходящим для решения всё возрастающих потребностей и многих приложений общего назначения для обработки сигнала.
Процессоры третьего поколения с SHARC архитектурой предназначены для интегрированных приложений периферийных устройств, и могут использоваться для упрощения проектирования аппаратного обеспечения, минимизировать риски при проектировании устройств и в конечном итоге сократить время выпуска устройств на рынок»
*(Вольный перевод)
И вот что пишется* про чип ADSP-21369:
«Третье поколение процессоров SHARC ® имеют повышенную производительность и новую конфигурации памяти. Они предназначены для периферийных устройств и аудио-ориентированных приложений.Чип ADSP-21369 имеет увеличенную производительность и тактовые частоты до 400 МГц. Для упрощения разработки алгоритмов и интеграции чип имеет очень гибкий интерфейса внешней памяти с высокой пропускной способностью.Чип ADSP-21369 совместим с семейством процессоров SHARC, основанном на ядре типа "одна команда много данных", которое поддерживает как 32-разрядные инструкции с фиксированной запятой, так и 32/40-битную арифметику с плавающей запятой, что делает этот процессор особенно хорошо подходящим для высокопроизводительных аудио приложений.
Чип ADSP-21369 имеет увеличенное количество памяти до 2 МБ SRAM и 6 МБ ПЗУ.Чип имеет следующие периферийные устройства: полностью цифровой S/PDIF-передатчик/приемник, 8-канальный асинхронный преобразователь частоты дискретизации, 8 высокоскоростных последовательных порта, 4 генератора точного времени, а также несколько последовательных интерфейсов, в совокупности позволяющих обеспечить максимальную пропускную способность системы и минимизировать затраты на разработку приложений»
*(Вольный перевод)
Что мы видим из приведённого выше текста? Если начать мерять производительность по частоте, получается, что в Sub-приёмнике стоит более мощный чип, чем в тракте основного приёмного тракта. Нелогично как то, правда? Или логично? Узнаем ниже…
Зато, глаз зацепился за цену. При максимальной стоимости чипа ADSP-21369 38 долларов, разница с чипом ADSP-21363 составляет целых 10 долларов. Что можно предположить? Что всё же, чип DSP с максимальной производительностью поставили в тракт, где заранее характеристики всего тракта второго приёмника чуть-чуть, но хуже, чем у главного приёмного тракта. Тем самым вроде как перестраховались. А дальше – всё качество определяется алгоритмами обработки сигналов. Тем более, что оба DSP-чипа работают не на максимально заявленных частота, а немного меньших и работают в тандеме с главным процессором управления.
Отрисовкой панорамы спектра диапазонов, а так же «водопада», занимается такой же чип DSP, что и чип обработчика основного приёмного тракта – ADSP-21363. Он же занимается декодированием RTTY и PSK сигналов.
Взглянув на схему построения DSP блока, см. рисунок 36, становится понятно, почему в трансивере применены DSP-чипы разной мощности. DSP-чип главного приёмного тракта занимается только обработкой поступившего сигнала. В это же время, DSP-чип второго приёмного тракта несёт на себе помимо функций обработки сигнала Sub-приёмника, ещё и функции интерфейса со всеми внешними и внутренними устройствами. Таким образом, оба чипа DSP работают в паре.
Рисунок 36. Общая схема блока DSP
Общая цепочка АРУ выполняется совместно аналогово-цифровым методом и выполнена всё на тех же DSP-чипах. См рисунок 34.
Рисунок 37. Структурная схема блока АРУ и взаимодействие его с DSP.
Вторым, и на этот раз объективным параметром качества работы всего цифрового DSP-блока, является частота оцифровки сигнала и разрядность микросхем АЦП, применяемых в цифровом блоке. Разрядность АЦП будет определять динамический диапазон сигналов, которые сможет обработать DSP-блок. В последние 10-15 лет, практически во всех трансиверах всех фирм в основном применяются 24-битные АЦП. В трансивере KENWOOD TS-990S оцифровывается последняя промежуточная частота 24кГц.
Для сравнения, это не самая высокая цифра последней ПЧ. У трансивера ICOM IC-7800 и IC-7700 она составляет 36кГц. И в этом месте обычно возникают споры между фанатами ICOM-а и противниками KENWOOD-а. В народе считается, что чем выше цифра последней ПЧ – тем лучше.
В этом месте мы сразу бы задали обоим сторонам вопрос: «А чем же, собственно, лучше?» Думается, объективно, вопрос может остаться без ответа, т.е. риторическим, по причине того, что людей программирующих DSP-чипы на программном уровне среди радиолюбительской братии по пальцам можно пересчитать и те, себя не особо афишируют, ибо заняты.
Но, нам удалось найти настоящих специалистов со светлыми головами, которые пишут программы под DSP-чипы и проконсультироваться с ними по этому, весьма щекотливому вопросу. Для того, что бы окончательно, раз и навсегда расставить все точки над i, приводим в этой статье пояснения программистов DSP по вопросу, какая ПЧ всё же лучше - высокая или низкая.
«По сути, в приложении к радиолюбительской связи и трансиверу в частности, нет абсолютно ни какой разницы, какую промежуточную частоту применил производитель. Полоса, которую обрабатывает DSP-модуль, составляет максимум 5кГц. В случае обработки звука, речь не идёт об отрисовки панорамы или «водопада», где полоса оцифровки играла бы решающую роль, а потому, нет ни какой разницы, используется ПЧ=24кгц или 36кГц.
На что может влиять, а точнее, что влечёт за собою увеличение частоты оцифровки ПЧ в плане написания программы DSP? В первую очередь увеличение частоты оцифровки ПЧ влияет на сложность построения алгоритма работы программы DSP. В случае применения DSP-чипа как фильтра нижних частот, обычно используемых в связной аппаратуре – увеличение частоты оцифровки ПЧ влечёт увеличение порядка применяемого программного фильтра.
Так, приблизительно, на частоте 24кГц порядок фильтра будет 500-ым, в то время как на ПЧ=36кГц для достижения тех же параметров фильтра, потребуется увеличение порядка фильтра в 1.5-2 раза. Это, в свою очередь, требует увеличение мощности процессора и привлечения бОльших вычислительных ресурсов. Если, применяемый в трансивере DSP-чип обладает соответствующими ресурсами для больших вычислений, то опять приходим к выводу, что разницы ни какой нет.
Частота ядра на которой работает DSP-чип в настоящее время, так же является слабым показателем производительности. Для сравнения, производительность чипов DSP фирмы А* практически в 5-10 раз меньше чем производительность фирмы Б* при тех же скоростях частоты вычислительного ядра.
Тут вопрос скорее экономический, при проектировании модуля DSP, экономисты фирмы производителя просчитывают, что заложить в проект ТОП-трансивера будет рентабельнее, мощный DSP-процессор фирмы А ценою 50 долларов, а в трансивер среднего класса менее мощный DSP-процессор фирмы Б, но ценою 20 долларов. Программисты же фирмы напишут эффективную программу, как на первый, так и на второй процессор.»
*(Умышленно не названы имена фирм, т. К. В контексте статьи это не имеет значение)
Что мы можем вынести для себя из этого пояснения? Что все споры на тему лучше или хуже высокая последняя ПЧ у трансиверов ICOM или низкая ПЧ у трансиверов KENWOOD являются пустыми. И что объективно, чем выше класс трансивера, будь то трансивер компании ICOM или KENWOOD – у более дорогих трансиверов DSP-тракт обработки сигнала АПРИОРИ будет более совершенным, чем в более дешевых моделях.
Потому, перейдём к следующему блоку – блоку АЦП и ЦАП.
В модуле АЦП последней ПЧ применяются микросхемы AK5385 . На сегодняшний день – это одна из самых популярных микросхем у производителей звуковой аппаратуры. С её параметрами вы можете ознакомиться, перейдя по ссылке, нажав на название микросхемы мышкой. Если кратко, то это микросхема АЦП имеет максимальную полосу оцифровки сигнала 192кГц, с разрядностью 24 бита. Динамический диапазон и соотношение сигнал\шум составляют 114дБ.
Оцифровкой сигнала с микрофона осуществляется отдельной микросхемой кодеком - WM8782 .
Обратное преобразование сигнала из цифры в звук и формирование сигнал передачи осуществляется с помощью не менее известных микросхем-кодеков ЦАП – AK4387ET и AK4396VF .
На рисунке 38 и 39, ниже, показан путь прохождения сигнала обоих приёмников трансивера KENWOOD TS-990S от тракта последней ПЧ, до динамиков или наушников.
Рисунок 38. Структурная схема сквозного тракта DSP трансивера KENWOOD TS-990S
Рисунок 39. Структурная схема микрофонного тракта DSP трансивера KENWOOD TS-990S
Помимо звуковых каналов, непосредственно функционирующих с пользователем, таких как выходы на динамики, наушники или микрофон, в трансивере KENWOOD TS-990S предусмотрены несколько дополнительных аудио портов, взаимодействующих с внешним миром, посредствам USB – интерфейса, оптического интерфейса, линейных входа и выхода. Так же присутствует внутренний канал взаимодействия обоих приёмных трактов с магнитофоном. Все эти интерфейсы взаимодействуют между собою через свои чипы АЦП\ЦАП, которые в свою очередь висят на самом мощном DSP-чипе. См. Рисунок 40.
Рисунок 40. Структурная схема внутреннего и внешнего взаимодействия аналогового тракта DSP трансивера KENWOOD TS-990S
После наброски основного текста стать мы долго думали, стоит ли сопоставлять в техническом плане трансивер KENWOOD TS-990S с его ближайшими конкурентами ICOM IC-7700 и ICOM IC-7800. В результате долгих обсуждений, мы решили всё же не сопоставлять их в силу того, что новый трансивер KENWOOD TS-990S имеет структуру построения главного приёмного тракта отличающуюся от того, что делали все производители трансиверов последние 15-20 лет. Плюс к этому, ещё ни одна из известных и авторитетных лабораторий не сделала достоверных обмеров параметров трансивера. А первые пользователи только-только осваивают новый трансивер и радуются новым возможностям…
Потому в этой статье мы ограничились обычным рассмотрением структурных блоков, из чего и как сделаны те или иные узлы трансивера KENWOOD TS-990S. Для особо интересующихся схемами, полный сервис-мануал на трансивер можно найти на просторах интернета. Он находится в свободном доступе. Для полноты картины, в конце статьи лежит полная структурная схема трансивера.
Хотим добавить, что по представленному в свободном доступе сервис-мануалу на трансивер KENWOOD TS-990S можно спокойно изучать технологию измерения параметров и настройки основных блоков любых трансиверов. Естественно, имея при этом некие общие базовые понятия о работе приёмо-передающих трактов.
До встрече в следующей части…
О чём она будет, пусть останется для всех секретом.
Вы можете скачать печатный вариант первой части статьи
Вы можете скачать печатный вариант второй части статьи
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.
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.
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.
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).
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.
В данном разделе рассматриваются варианты подачи питания на микрофоны от звуковых карт.
 |
| Рис.07 - Распиновка разъема с сайта Creative Labs |
 |
| Рис.08 - Микрофонный вход звуковой карты Sound Blaster |
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.
 |
| Рис.12 - Простейшая схема, работающая с SB16 |
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.
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).
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 |
