Микрофонные усилители для динамического и конденсаторного микрофонов. Фантомное питание

Предлагаю описание моей сборки двух усилителей для динамического и конденсаторного микрофонов, различающиеся напряжениями фантомного питания. Усилитель для динамического микрофона очень простой, практически это готовый модуль с Али.
Предусилитель для конденсаторного микрофона тоже достаточно простой.
Собраны и проверны в работе оба варианта, и показали хорошие результаты. Для измерений и экспериментов с динамиками, разделительными фильтрами и акустическими системами мне понадобился микрофон. Под рукой оказался старенький отечественный динамический микрофон МД-64М.




С него можно начать. По крайней мере, стыковку полос НЧ и СЧ уже можно посмотреть. Чтобы подключить микрофон к линейному входу аудиокарты, пришлось собрать усилитель. Вариант № 1 сложно назвать творчеством, это собранная плата на микросхеме MAX9814, разъёмы и готовый корпус. Плата и корпус куплены на AliExpress. Всё творчество — это сложить в одну кучку, правильно соединить с разъёмами и сделать источник питания.
В качестве источника питания использован сетевой адаптер JI-091530 (трансформаторный) от старого беспроводного телефона. Изменена коммутация вторичных обмоток, диодный мост, конденсаторы, установлен стабилизатор напряжения на 9V.






На плате модуля предусмотрены перемычки для переключения режимов работы: «Maximum Gain»: 40 dB, 50 dB, 60 dB и «Attack/Release Ratio»: 1:500, 1:2000, 1:4000.
Есть поляризующее напряжение для электретного микрофона на входном разъёме.
Чтобы избежать попадания постоянного напряжения на катушку микрофона, я поставил в корпус моего динамического микрофона разделительный плёночный конденсатор. Питается усилитель от внешнего адаптера на 9V, на плате установлен стабилизатор питания на 5V, Всё заработало сразу.



Нужно было двигаться дальше. Измерительный микрофон — довольно дорогое удовольствие. Стал искать в бюджетном сегменте, обратил внимание на тайваньский SuperLux ECM999. На eBay удалось купить б/у за приемлемую сумму (всё происходило до 2022 года). Потом начались поиски простой схемы усилителя для конденсаторного микрофона с фантомным питанием на 48 V.

Оптимальной для меня показалась схема Мадиса Каала (Madis Kaal) Balanced microphone preamp project на операционном усилителе NE5532N. Резисторы R6, R7, R8 и R9 подбираются с точностью до 1%. На схеме для конденсаторов С2 и С3 указаны номиналы 4,7 uF и 7,4 uF. Думаю, что опечатка, я поставил конденсаторы на 10 uF.
Автор предлагает использовать трансформатор 2×15 V, два стабилизатора на +12 и -12 V и дополнительный стабилизатор напряжения на +5 V, подключенный вторым выводом вместо земли на +12 V, для получения фантомного питания +17 V. В принципе, можно было сделать и так, это сильно упрощает схему усилителя.

Производитель заявляет работоспособность микрофона ECM999 при фантомном питании от 12 до 52 V. Это соответствует действительности, микрофон работает при фантомном питании +12 V. Но я сделал фантомное питание +48 V. А вдруг, в будущем, у меня появится микрофон, который требует только +48V? Что же, делать новый усилитель?





За основу была принята эта схема усилителя и стабилизатора питания +12/-12 V. Усилитель и стабилизатор питания были собраны на макетных платах. В окончательном варианте все платы и трансформатор прикреплены к пластине из текстолита, которая вставляется в паз нижней части корпуса.



В качестве фантомного питания использован учетверитель напряжения, схема и плата которого была найденав Сети.
Обратите внимание на подключение земли при использовании трансформатора с одной вторичной обмоткой со средней точкой. Общая земля учетверителя, стабилизаторов питания +12/-12 V и усилителя — это минус конденсаторов С5, С6 и С7.
Средний вывод вторичной обмотки трансформатора подключается только ко входу платы учетверителя (диод VD6 установлен). Одна половина вторичной обмотки работает на стабилизатор питания и учетверитель, вторая половина вторичной обмотки работает на второй стабилизатор и светодиод, подключенный через выпрямительный диод и гасящий резистор.



Хочу высказать свои соображения по поводу номиналов деталей, задающих режим работы микросхемы LM317. При расчёте в онлайн-калькуляторе с указанными номиналами деталей максимальное напряжение получается не более 39,5 V. Предлагаю R3 — 510 Om, R4 — 12 kOm и R5 — 10 kOm. С этими номиналами диапазон регулировки выходного напряжения от 30 до 55 V, стабилитрон VD5 не нужен.

Для стабильной работы микросхемы LM317 минимальный ток нагрузки должен быть более 3,5 мА. Микрофон потребляет около 3,5 mA при фантомном питании 48 V (заявлено 2 mA, что верно при напряжении фантомного питания 12-20 V) и цепочка делителя R3, R4 и R5 — ещё 2 мА.

Ёмкость С1, С2, С3 и С4 по 470 uF в моём случае избыточна, прекрасно работают конденсаторы на 100 uF. Конденсаторы С5, С6 и С7 нужно взять на 100 V. В моём устройстве с трансформатором 2×12 V (на холостом ходу 2×14 V) на конденсаторах С5 и С6 получается 71-72 V. На схеме расположения деталей на плате перепутаны местами R3 и R4.



Все детали размещается в готовом корпусе, купленном на AlyExpress.








Для измерений использовалась программа Андрея Гайденко «Qloud» — измерение АЧХ, переходной характеристики и искажений акустики. К сожалению автор прекратил развитие и поддержку программы. На GitHub можно взять программу под Qt5, см. ссылки в подвале.



Домашние измерения далеки от совершенства. Большое влияние на результат оказывает расположение акустики, микрофона и много чего ещё. Например — открыта или закрыта дверь из коридора в комнату.



Используем «Калькулятор аксиальных мод в комнате прямоугольной формы», ставим акустику и микрофон в правильных местах. Мне кажется, что высокая точность измерений в моём случае не нужна. Главное понять, в правильном направлении идёт работа или нет.

Спасибо за внимание!

Файлы и ссылки

🎁Печатная плата учетверителя напряжения - 48vpsu.zip  32.94 Kb ⇣ 4
🎁Даташит на микросхему MAX9814.pdf  1.22 Mb ⇣ 4
🎁Микрофон 20191218-ug_ecm999_en.pdf  418.67 Kb ⇣ 4
• Онлайн калькулятор резистивной цепочки для LM317
• Самый простой блок фантомного питания 48В
• Qloud — измерение АЧХ, переходной характеристики и искажений акустики
• Qloud Qt5 от molke-productions
• Калькулятор аксиальных мод в комнате прямоугольной формы
• Calculate Room Modes - HiFi Audio Design