Ламповый микрофон из Alctron MC410 и Gefell PM 860

Неоднокаратно слышал о чудесных свойствах ламповых микрофонов. Живу в маленьком городе, найти и попробовать ламповый микрофон не реально.
Что ж, остаётся сделать самому. Тем более попал мне в руки микрофон "Gefell PM 860" после неумелой попытки ремонта встроенного предварительного усилителя и без фирменного гефеллевского разъема.



Отсутствие маленького качественного трансформатора, который можно было бы затолкать вместе с лампой в ручку Gefell, продиктовало решение собирать схему с выходным трансформатором, вынесенным в блок питания. Так было сделано в "ЛОМО 19А9".

Подходящий по параметрам трансформатор, который подошёл бы на роль выходного, у меня был. У него "благородное звуковое" происхождение, трансформатор стоял в качестве входного в каком-то пульте. Ктр. = 6:1, отвод от середины вторичной обмотки. Железо: ШЛ-16х25.
Первичную обмотку не перематывал. Расчетное количество витков 2400. Провод не знаю, какой-то тонкий.
Вторичная обмотка - 400 витков с отводом посередине. Наматывал параллельно в два провода ПЭТВ ∅0,112 мм.

Выпрямитель со всеми микрофонами и коробочкой используется один. В этом большой плюс, т.к. мы сравниваем работу микрофонов независимо от параметров выходного трансформатора.

Так же понравилась использованная разработчиками идея запитать схему микрофона по трем проводам. Повторять 1:1 заводскую схему мне не хотелось, накидал свою.

Тут появилась и уже больше не оставляла мысль, что делаю не совсем то, что надо бы. Производитель Gefell хоть и именитый, только вот капсюль всего 24 мм, а неплохо попробовать побольше.

Тем более, концепция размещения выходного трансформатора в выносном блоке позволяла легко сделать предварительно макет усилителя, отработать схему, настроить и затем встроить в тело микрофона. Или даже несколько усилителей в несколько микрофонов. А затем менять и сравнивать их.

Для дальнейших опытов (на органы) из Китая был заказан безродный микрофон Alctron MC410 с капсюлем 34 мм.

↑ Коробочка

Вот теперь можно было браться за паяльник. Как уже говорил – предварительно спаял макет, поместив его в металлической коробочке. Это оказалось весьма удобным для налаживания и настройки, а затем и в снятии характеристик.

При настройке на вход "J" подается сигнал уровнем около 400 мВ (выбран опытным путем для получения номинального уровня на входе звукового интерфейса при положении регулятора уровня микрофонного входа звукового интерфейса на +36 дБ из +60 дБ).
Потенциометром R9 в блоке выпрямителя выставляем напряжение накала 5.7 В, контролируя на выходе напряжение накала.
Крутим ручку потенциометра R6 в коробочке и по спектру, контролируемому в "Спектраплюсе" или RMAA, выбираем положение с наименьшими шумами. Замеряем на выходе напряжение смещения и подбираем светодиод или несколько диодов с примерно таким же падением напряжения в микрофон.
Контролируем получившееся напряжение на аноде. Должно получиться 55-65 В (зависит от лампы).

↑ Схема лампового предусилителя конденсаторного микрофона

В конечном результате получилась вот такая схема:

Входное сопротивление усилителя для согласования с выходом конденсаторного капсюля, имеющего ёмкость порядка 100 пФ и очень высокое выходное сопротивление (под сотню МОм) на нижней рабочей частоте, должно быть примерно на порядок выше – т.е. сеточный резистор R2 получается 1 ГигаОм.

Это в свою очередь накладывает очень жесткие требования к сеточному току лампы, который должен быть минимальным. Не всякая лампа сможет работать с такими токами.
Для применённой 6Ж1П, например, производитель указывает максимальное сопротивление в цепи первой сетки 1 МОм. Так что же эту лампу нельзя применить в данной схеме? Можно! Нам поможет так называемый электрометрический режим с анодным током менее 1 мА, получаемый при пониженных напряжениях на аноде (примерно 57 В) и накала (-5,7 В).
Напряжение на аноде, в свою очередь, служит поляризующим - подается на корпус капсюля (конструкция у Гефелль и Альктрон это позволяет) через RC цепочку C1R1. Она же устраняет отрицательную обратную связь.

Лампа включена по схеме с фиксированным смещением, при котором катод "посажен" на "землю". Напряжение смещения получается из отрицательного напряжения питания подогревателя. Берётся напряжение с катода светодиода LED1 и дополнительно фильтруется RC цепочкой C2R4.

Тут скользкий момент. С подогревателя, находящегося под отрицательным потенциалом, к более положительному катоду полетят электроны. Отсюда и возможные проблемы с фоном, и необходимость особо тщательно фильтровать накальное напряжение. Либо тянуть напряжение накала отдельными проводами, подавать на средний вывод подключенного параллельно подогревателю потенциометра и регулировать положительный потенциал для исключения тока между подогревателем и катодом.

Кому-то может показаться несколько странной схема блока питания. Вначале хотел анодное напряжение получить от RC-фильтра с первой емкостью 15.000 мкФ на 75 В, отсюда и напряжение на вторичной обмотке в 50 В. Дальше думал подать его на источник тока на LM317 и его выход непосредственно подключить к аноду.

Но ничего хорошего из этой затеи, кроме повышенного шума, не получилось. LM317 оставил, переведя его в режим стабилизатора напряжения из-за "плавающего" напряжения сети 220 В.

R3 - токоограничивающий резистор (примерно, на 50 мА) - остался пережитком первоначального варианта с большой емкостью С3 по выходу стабилизатора. Вместе они служили для плавной задержки подачи анодного напряжения. Ввиду габаритов, конденсатор был заменён на менее емкий без потери качества, а резистор R3 убирать не стал.

Дальше тройной RC фильтр R4C4, R5C5, R6C6. Резисторы в нём выбраны по принципу "вот такие номиналы оказались под рукой".
Анодный резистор R7 выбран с оглядкой на нагрузку в виде первичной обмотки трансформатора (по прикидкам 50-55 кОм) и внутреннее сопротивление лампы (где-то 85 кОм).
Обмотка отделена от потенциала анода единственным в цепи звукового сигнала конденсатором С7. Трансформатор с коэффициентом 6:1 согласует небалансный высокоомный выход лампового каскада с балансным низкоомным (1.5 кОм) входом звукового интерфейса.

Накал лампы запитан от стабилизатора тока на LM337, ток подобран таким, чтобы получить напряжение накала в районе 5,7 В под нагрузкой.
В результате всего перечисленного, схема получилась достаточно занятная.

Отличия от схемы "ЛОМО 19А9":
1. Лампа работает с катодом, привязанным к земле.
2. Смещение фиксированное.
3. Нет отрицательной обратной связи с анода (точнее она очень ослаблена, исчезающе мала).
4. В цепи прохождения звука от капсюля до (в моём случае) звуковой карты всего один конденсатор.
Последние два пункта совсем по "аудиофильскому фен-шую".

↑ Детали для лампового микрофона

Для всех конденсаторов указан тип и напряжение, для резисторов – мощность. Все детали доступны и недороги. Единственная трудность – высокоомные резисторы 1 Гом и 10 Мом на дороге не валяются.

↑ Измерения

Далее для интересующихся под спойлером несколько картинок с результатами измерений работы каскада при подаче на вход сигнала с уровнем, примерно равным развиваемому мембраной конденсаторного капсюля. Измерения проводились с использованием звукового интерфейса E-MU 0204 USB и программ "SpectraPLUS-SC", "RMAA 6.4".

↑ Интерпретация результатов

АЧХ усилителя в звуковом диапазоне по уровню +- 0.5 дБ от 60 Гц до 20 кГц линейная. Могло быть и лучше, но тут нужен другой согласующий трансформатор, с секционированием обмоток.
Уровень шума для лампового микрофона с вынесенным согласующим трансформатором, я считаю, получился приличным. Нет всплесков выше -80 дБ. В наушниках при номинальном уровне записи шум не слышен. Тем более в нестудийных условиях обычного жилого дома с уровнем акустического фона -60...-65 дБ.
Нелинейные искажения радуют глаз второй гармоникой не выше -70 дБ. Для лампового каскада без обратной связи, мне кажется, очень хорошо.
Интермодуляция - при всевозможных вариантах видим продукты интермодуляции в районе -80 дБ, что ниже порога акустического шума.

Вообще, я редко вижу результаты измерений. Не с чем сравнивать. Поэтому с радостью почитаю комментарии опытных камрадов на этот счет.

↑ Иллюстрации конструктива

Несколько картинок, иллюстрирующих конструкцию микрофонов и выпрямителя.

↑ Оценка работы

Да самое главное. Звучание. Про себя говорить не буду: сам делал, меня полностью устраивает. Моим друзьям-музыкантам нравится. Получил несколько положительных отзывов на специализированных форумах.
Описывать звук задача неблагодарная. Лучше сами послушайте семплы.

↑ Семплы

Тишина. Речь (начитка текста). Щелчок пальцами и хлопок в ладони. Очень показательно для простой оценки динамического диапазона.
🎁tekst.wav  3.37 Mb ⇣ 107
🎁schelchek-alktron.wav  726.09 Kb ⇣ 85

Запись на Alctron в обычной пустой жилой комнате. Обычные студенты технических специальностей. Никакой обработки не делалось.
🎁semply.zip  9.06 Mb ⇣ 94

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации