Микрофонные предусилители
Михаил Чернецкий
"Вначале было слово..."
...а потом с помощью микрофона его превратили в электрический сигнал. И - что же дальше?
Ведь выходное напряжение микрофонов весьма невелико и чаще всего составляет единицы, максимум - десятки милливольт. Сигнал этот весьма слаб, и подача его непосредственно на рекордер для записи или на усилитель мощности для концерта просто невозможна. Следовательно, необходимо этот слабый сигнал усилить.
Или представьте себе такую ситуацию: необходимо озвучить концерт на стадионе или во Дворце спорта, а еще нужен отдельный мониторный пульт, на который тоже надо подать сигнал, причем с тех же самых микрофонов.
Так как микрофоны находятся на сцене, а пульт отстоит от неё метров на 50 (а то и на все сто), то неизбежно сильное ухудшение качества слабого микрофонного сигнала при передаче его по длинным кабелям, не говоря уже о практической невозможности подключить один микрофон к нескольким пультам и получить при этом хорошее звучание... Как же быть?
Во всех этих ситуациях необходимо применение микрофонных или линейных предусилителей, а в последнем случае - дополнительно ещё и сплиттеров. Но о них - чуть позже.
На входы предусилителей поступают входные сигналы от микрофонов, звукоснимателей и прочих источников. Здесь осуществляется усиление сигналов и некоторая предварительная их обработка.
Эти устройства, выпускаемые рядом фирм под различными названиями, имеют структурную схему, в самом общем виде изображенную на рисунке.
Это одна из наиболее полных структур, многие фирмы выпускают предусилители с гораздо меньшим набором функций.
Микрофонный усилитель 1 имеет низкоомный симметричный вход с регулируемой чувствительностью и возможностью подачи фантомного питания +48 В для конденсаторного микрофона. Иногда в его состав включается и кнопка PAD для ступенчатого ослабления входного сигнала микрофонного входа - обычно на 20 или 30 дБ (на рисунке не показана).
Линейный предусилитель с регулируемым усилением 2 имеет несимметричный высокоомный (10 кОм...1 МОм) вход, служащий одновременно преобразователем импеданса (DI-box), что позволяет подключать к нему звукосниматели адаптеризованных инструментов, в том числе и пьезодатчики - от гитар, роялей и др. Сочетание этих двух входных блоков обеспечивает возможность работы с любыми источниками сигналов.
После усилительных входных каскадов сигнал может быть подан на фильтр 3 для ограничения его частотного диапазона и устранения нежелательных составляющих. В дорогих профессиональных моделях иногда можно встретить полный набор фильтров, как для обрезки НЧ (LO-CUT), так и для обрезки ВЧ (HI-CUT), да ещё и с регулируемыми частотами среза. Но чаще всего встречается изображённый на рисунке простейший "однокнопочный" фильтр, обрезающий, как правило, только НЧ-составляющие ниже 80 или 100 Гц. Иногда этот фильтр в литературе ещё называют "фильтр шаговых помех", т.к. он служит преимущественно для снижения топота от шагов, передающихся от пола или сцены на микрофон.
Ещё один часто встречающийся блок - это элемент 4, выполняющий функцию переворота фазы. Дело в том, что при работе с некоторыми микрофонами приходится изменять фазу сигнала на 180.
После усиления и предварительной обработки сигнал поступает через выходные усилители 5 на выход (или выходы). Количество выходов в каждом канале составляет от одного (наиболее часто встречающийся вариант) до четырех.
В том случае, если выходов более одного, то такое устройство, кроме функций собственно предварительного усиления, может ещё выполнять и функции сплиттера, позволяя подавать усиленный сигнал нескольким потребителям одновременно. Естественно, что для этого каждый выход должен иметь свой собственный, работающий независимо от остальных, выходной буфер, чтобы исключить взаимное влияние потребителей друг на друга.
При этом, выходные буферные усилители, как правило, должны обладать высокой нагрузочной способностью и обеспечивать возможность работать на длинную линию сопротивлением 600 Ом.
Всё сказанное относится к предусилителям вообще, хотя в последнее время происходит некоторое разделение этих устройств по назначению.
Часть из них, предназначенная в первую очередь для именно сценического использования, имеет обычно ограниченный набор функций, но большое количество выходов. При этом производителями иногда предлагается возможность различного рода коммутации или объединения выходов для увеличения их количества, подключенного к одному входному источнику.
Эти устройства, в основном используемые в качестве сценических сплиттеров, обычно не обладают высокими техническими параметрами, в отличие от других - студийных.
Вот здесь и начинается разнообразие конструкций и параметров. Если подавляющее большинство сценических предусилителей, в соответствии с их предназначением и условиями эксплуатации, выполнено на микросхемах и транзисторах (то есть на твердотельной основе), то в студийных, особенно в последнее время, всё больше и больше конструкций выполнено на лампах.
При этом возможно несколько вариантов.
Существуют полностью ламповые модели с использованием входных и выходных трансформаторов и всего остального, положенного ламповой технике, однако такие изделия весьма дорого стоят. Причин этого довольно много, и не последняя из них - это дороговизна моточных изделий, то есть входных и выходных трансформаторов, без которых ламповая техника попросту невозможна. Средняя цена трансформатора хорошего качества - порядка $100. А если учесть, что в каждом канале предусилителя их по две штуки, то вклад только трансформаторов в стоимость двухканального прибора - уже добрых 400 долларов. Поэтому надо быть осторожным, если вдруг предлагается ламповый предусилитель за 200-300 долларов и обещается при этом немыслимо роскошный звук! Увы, не бывает...
Скорее всего, это элементарная дешёвая подделка неопределённого качества или же некоторый "гибрид" из ламп и микросхем. В этом случае вся основная часть предусилителя сделана на микросхемах и транзисторах, причём чаще всего не самого высокого качества, а лампа просто стоит в конце тракта в качестве "ламповизатора" звука. Причём частенько она вынесена в отдельное окошко на лицевой панели, да ещё и подсвечена цветными светодиодами! (Интересно, насколько эта подсветка улучшает качество звука?..) Определить внутреннее устройство изделия по цене практически невозможно. Существует, и немало, полностью микросхемно-транзисторных предусилителей, обладающих весьма солидной ценой, доходящей подчас до нескольких тысяч долларов.
Однако, цена - это хоть и важное, но не главное качество любой аппаратуры. Очевидно, что решающими являются её качественные параметры и собственно сам звук. По параметрам же и характеру звучания ламповые и твердотельные предусилители имеют весьма существенные различия.
Известно, что основным параметром любых усилителей, имеющих дело со слабыми сигналами, является отношение "сигнал/шум". Однако именно в таком виде этот параметр никогда и нигде для оценки шумов предусилителей не применяется.
Причина этого очень проста - коэффициент усиления в них не есть некая постоянная, раз и навсегда заданная величина, она регулируется пользователем. Следовательно, и отношение "сигнал/шум" тоже будет изменяться. Очевидно, что этот параметр никакой полезной информации в таком его виде не дает.
Поэтому для оценки "шумности" предусилителей применяется другой параметр - E.I.N. Его содержание не совсем очевидно, поэтому несколько слов об этом.
E.I.N. или EIN (Equivalent Input Noise) - "эквивалентный входной шум" - уровень шума устройства на его входе. Это уже вполне конкретная физическая величина, которая позволяет реально определить отношение "сигнал/шум" для конкретного предусилителя при работе с конкретным же источником сигнала.
Если, допустим, EIN в предусилителе составляет -120 дБV, а уровень сигнала микрофона составляет 1 мВ (что соответствует величине -60 дБV), то отношение "сигнал/шум" будет составлять разность этих величин, то есть (-60)-(-120) = +60 дБ. Как видите, очень удобно и совсем не сложно!
В подавляющем большинстве хороших твердотельных предусилителей этот параметр имеет величину, близкую к -128 дБV, плюс-минус один-два децибела. В ламповых же предусилителях он, как правило, несколько хуже, что объясняется неизбежным наличием входного трансформатора и более высоким уровнем шума самих ламп.
Правда, и в транзисторных предусилителях подчас встречается более высокий уровень EIN, иногда до -120 дБV. Но это чаще всего бывает в репортажной аппаратуре с батарейным питанием, где главным критерием является экономичность по питанию, а вовсе не качественные параметры.
Второй по важности параметр (после уровня входных шумов) - это величина искажений. В различных моделях предусилителей этот параметр различается уже не на несколько децибел, а в несколько тысяч раз!
Действительно, в твердотельных предусилителях коэффициент гармоник вполне может составлять и 0,001%, а то и меньше. В то же время в ламповых предусилителях коэффициент гармоник может составлять несколько процентов, хотя, как утверждают знатоки, это "несколько другие" гармоники, и они не портят, а "утепляют" звук.
Связано это с принципиально различным спектральным составом гармоник в полупроводниковых и ламповых усилительных каскадах. В ламповых их спектр узок и обычно не выходит за пределы второй и третьей гармоник. В полупроводниковых же он гораздо шире и может включать в себя весьма неблагозвучные гармоники высшего порядка - девятую, одиннадцатую и т.д.
Динамический диапазон различных предусилителей в основном определяется напряжением их питания. Поэтому настоящие ламповые предусилители, где эта величина составляет сотни вольт, имеют более широкий динамический диапазон по сравнению с полупроводниковыми, в которых чаще всего напряжение питания электронных схем не превышает 30 В.
В силу этого, различным является и максимальный выходной сигнал предусилителей. В ламповых он вполне может достигать значения в 20-30 В и даже более, что в микросхемных приборах практически недостижимо. Для них максимальная величина выходного сигнала, как правило, не превышает 8-10 В.
Кстати, по этой величине часто можно определить, "истинно" ли ламповый у вас предусилитель. В моделях, где лампа используется только как "утеплитель", её напряжение питания обычно невелико и чаще всего берётся от того же источника, что и фантомное напряжение для микрофона, то есть составляет не сотни, а всего-навсего 48 В...
Важную роль также играют некоторые особенности внутренней схемотехники предусилителей. Особенно это касается конструкции входных каскадов.
Дело в том, что входные цепи предусилителя непосредственно взаимодействуют с выходными цепями источника сигнала, и от того, насколько они "подходят" друг другу, достаточно ощутимо зависит получаемый звук.
Скажем, для подключения гитары "в линию" необходимо высокое входное сопротивление предусилителя (примерно 500 кОм...2 МОм). Поэтому бесполезно подключать звукосниматель в обычный линейный вход - хорошего результата, скорее всего, не будет. Если линейный вход - симметричный, то он всегда относительно низкоомный, и поэтому для подключения звукоснимателей непригоден, а надо использовать специальный высокоомный вход, на котором обычно есть маркировка "Hi-Z".
Конечно же, для микрофона, имеющего весьма небольшое внутреннее сопротивление, столь высокое входное сопротивление предусилителя не нужно, поэтому величина его для микрофонного входа обычно составляет 2...3 кОм. Однако и в этом случае, при различной величине входного сопротивления, получающийся звук также будет несколько различным. Поэтому в некоторых моделях иногда встречается возможность переключения входного сопротивления предусилителя.
Функциональные возможности предусилителей обусловлены их предназначением. Например, в предусилителях, предназначенных для работы со стереофоническими микрофонами, встречаются переключатели режимов работы: X/Y, M/S и т.д. В них также часто предусматривается возможность регулирования усиления обоих каналов одним общим регулятором. Сами же регуляторы усиления в различных моделях тоже бывают различными - как обычными плавными, так и ступенчатыми, с калиброванными значениями усиления.
Кроме регулирования усиления, в некоторых пред-усилителях имеется и возможность ступенчатого регулирования напряжения фантомного питания для работы с различными типами микрофонов. Как правило, кроме 48, это 24 и 12 В.
В последнее время, в связи с постоянно расширяющимся применением в звукозаписи компьютеров и различного рода звуковых карт, всё чаще встречаются гибридные устройства, совмещающие в себе, кроме собственно предусилителей, ещё и множество различных дополнительных устройств. Это могут быть эквалайзеры, приборы динамической обработки, эксайтеры и т.д., и т.п. А некоторые из современных моделей имеют и встроенные аналого-цифровые преобразователи, причём существуют и восьмиканальные предусилители с ADAT-выходом! Такие устройства, своеобразные "комбайны", уже в точном смысле нельзя назвать микрофонными предусилителями...
«625»
«Звукорежиссер»
«ТТК»
