Cs. Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 140. Egészséges táplálkozás

A mikrofon tartozékai közé soroljuk a tápegységeket. Ezek az eszközök a mikrofonba épített impedancia váltót, a mikrofon belső erősítőjét és a kondenzátor előfeszítő feszültségét előállító áramköröket látják el megfelelő feszültséggel és árammal, amihez csöves mikrofon esetén a cső fűtőfeszültsége is hozzájön.

A tápegység fontos része a fantomtáp. Létezik néhány olyan különleges csöves mikrofon is, amely a fűtőfeszültséget és áramot is a fantomtápból állítja elő. Ilyen pl. az Audio-Technika AT 3060 típusú, nagy membrános, vese karakterisztikájú elektret mikrofonja, ami kb. 500 dollárba kerül.

es02

Ennek a mikrofonnak a házába egy különleges, egykor a hallókészülékekben használt csövet építettek. A műszaki paraméterei nem különösebben erősek, inkább a meleg, csöves hangzás volt a cél.

es03

A fantomtápra vonatkozó IEC 61938:2013 jelölésű nemzetközi szabvány ugyan nem sok paramétert ír elő, mégsem könnyű jó fantomtápot készíteni. Emlékeztetőül a fantomtáp elvi rajza:

es04

A kimenő feszültségnek a 2-es láb és az 1-es láb (árnyékolás), illetve a 3-as láb és az 1-es láb között 48 V ± 4 voltnak kell lennie. A kondenzátorok (C) a hangfrekvenciás jelről választják le az egyenfeszültséget. Az R ellenállásokra azért van szükség, mert nélkülük az XLR csatlakozó 2-es és 3-as pontja rövidre záródna. Ha az R ellenállások tökéletesen azonos értékűek lennének, akkor az XLR csatlakozó 2-3-as lába között egyáltalán nem lenne feszültség. Azért volna jó, ha ez a feltétel teljesülne, mert akkor kicsi lenne a tápegység keltette zaj, vagy legalábbis, annak egyik összetevője. Mindkét ellenállás névleges értékét 6 810 Ω-ban határozza meg a szabvány, amitől legfeljebb 1% lehet az egyes ellenállások tűrése. A két ellenállás között ±0,1% lehet az eltérés, de még jobb, ha ennél is sokkal kisebb. Ez az eltérés határozza meg a tápegység közös módusú elnyomását, azt az arányt, ami megmutatja, hogy a 2-es és 3-as pont között a fantomfeszültséghez képest mekkora a feszültség.

De álljunk meg egy pillanatra! Akkor most mi mennyi? A szabvány a fantomtáp feszültségét igen lazán határozza meg. Nem annak abszolút értéke a legfontosabb (lehet 44 volt és 52 volt is), hanem az, hogy a 2-3 pont között kicsi legyen a feszültség, mert csak ekkor köthető a tápra szimmetrikusan bekötött dinamikus mikrofon.

Az ellenállások gyártásához szabványos értéksorozatokat határoztak meg, attól függően, hogy hány százalék lehet a névleges értéktől való eltérés. Az 1%-os sor névleges értékeit a táblázat mutatja:

es05

A konkrét névleges értéket úgy kapjuk meg, hogy a táblázatban szereplő számot 10 valamelyik hatványával szorozzuk meg; esetünkben a harmadikkal, 1000-rel. A szabványos fantomtáp ellenállásai 6810-68,1 és 6810+68,1, vagyis 6749,1 és 6878,1 ohm közé eshetnek. Ugyanabban a fantomtápban azonban nem lehet a két ellenállás között ilyen nagy az eltérés, ezért beépítés előtt az ellenállásokat válogatják úgy, hogy legfeljebb 0,1%-kal különbözzenek egymástól. Tehát ha pl. az egyik ellenállás 6860 ohmos, akkor a másiknak – kerekítve – 6853,2 és 6866,8 ohm között kell lennie.

Ha az ellenállások a névleges értékűek, akkor kiszámítható, mekkora lehet a fantomtáp maximális árama:

http://feryservice.hu/tools/

es06

Az eredményt amperben kaptuk meg, amit átváltunk és kerekítünk, így 7 mA jön ki. Ez egy mikrofon esetében általában bőven elég, ha mégsem, akkor más megoldást kell találni. Az említett IEC szabvány 10 mA-ben korlátozza a fantomtápból kivehető áramot. Példaként nézzük meg a Shure KSM9HS típusú elektret mikrofonját!

es07

A mikrofon áramfelvétele 5,2 mA, ami egyébként igen magas.

es08

Mondhatod persze, hogy ez elektret mikrofon, tehát nem kell polarizáló feszültséget is előállítani. Akkor vizsgáljunk meg egy igazi kondenzátor mikrofont is!

es09

A Neumann cég rádióstúdiók, profi diszkósok számára ajánlott BCM 104 mikrofonjáról van szó.

es10

Jé, ez még kevesebb áramot szippant, mint a Shure. Ennek feltehetően a mikrofonon belüli impedancia átalakító és erősítő kapcsolástechnikájában levő eltérés az oka, hiszen a kondenzátor polarizálása alig igényel áramot.

A legkisebb fantomtápok elemről működnek; a mikrofon és a kábel közé dughatóak. A kicsit komolyabbak 12-18 voltos, egyenáramú tápfeszültséget igényelnek, amit külső hálózati adapterről kapnak. Ennek az az előnye, hogy a 230 voltos egység távolabb van a fantomtáptól, tehát annak transzformátora nem szór rá a cuccra. Ilyen tápot akár Kínából is rendelhetsz, ingyen szállítják hazánkba.

es11

Arra vigyázni kell, hogy európai csatlakozójú, 230 voltos adapterrel rendeld, különben szívni fogsz. A képen látható fantomtápnak kisebb a zaja 1,8 µV-nál. De vajon elég kicsi-e ez az érték? Nézzük meg, hány dBu ez a feszültség!

es12

Az a kérdés, hogy ez sok-e vagy kevés? Az előbbi Neumann mikrofon érzékenysége 22 mV/Pa volt. Ez az érték dBu-ban:

es13

Ekkor a hangnyomás szintje 94 dBSPL. A mikrofon saját zaja „A” szűrővel mérve baromi jó, mindössze 7 dB. 94-7=87, ennyivel kell csökkenteni a mikrofon érzékenység-értékét, hogy megkapjuk a zaját zaját, az ein-t, dBu-ban. -31-87=-118 dBu. A tápegység zaja, -113 dBu, ennél 5 dB-vel nagyobb, ami egy ennyire jó mikrofonnál bizony, megnövelheti az eredő zajt, ha nincs rendes fantomtáp szűrés a mikrofonban.

De mitől van a tápegységnek zaja? Ehhez tudni kell, hogyan épülnek föl a tápegységek. A fantomtáp feszültségénél kisebb, elemről vagy külön adapterről működő cuccok tömbvázlata szerint a tápforrásból feszültségsokszorozóba, egyenirányítóba, szűrőbe majd feszültségstabilizátorba kerül a jel.

es14A feszültségsokszorozó hálózati adapter esetén egyszerű, mert a bemenetére váltóáram kerül, és néhány diódával többszörözhető a feszültség. Előnye, hogy viszonylag kevés felharmonikust termel. Ha elemről jut a bemenetére a jel, akkor nem ilyen szép az élet, mert az egyenfeszültséget szaggatni kell, hogy többszörözni lehessen. A szaggatás pedig négyszögesíti a jelet, ami széles frekvenciatartományban kelt felharmonikusokat. A feszültségsokszorozó jelét egyenirányítani kell. Az eredmény lüktető egyenáram lesz. Hogy hogyan lüktet, az attól függ, hogy a váltóáramnak csak az egyik periódusát vagy mindkettőt egyenirányítjuk-e.

es15

A félhullámú, egyutas egyenirányítás után félperiódusonként nulla a kimenő feszültség. A teljes hullámú, kétutas egyenirányítást követően ugyan szaporábban, 50 Hz helyett 100 Hz-cel lüktet a kimenő feszültség, de átlagát tekintve simább. Ha azonban további simogatás nélkül használnánk, minden berregne, mint állat. Ráadásul nagyon ocsmányul, mert a hálózati feszültség ronda, nagy torzítású szinusz, tele mindenféle zavartüskékkel. Ezért kell még szűrni, minimálisra csökkentve a hullámosságot. Noha a fantomtáp hullámosságára nincs előírás, lényegesen kisebbnek kell(ene) lennie, mint a mikrofon zajának.

A szűrőt követő stabilizátor a tápegység bemeneti feszültségének ingadozásától és a terhelés mértékétől függő feszültség ingadozásokat szorítja szűk határok közé. Többnyire a stabilizátor végén is van szűrő.

Azok a tápegységek, amelyek a 230 voltos hálózatról működnek, hasonló felépítésűek, csupán az egyenirányítóra egyből egy hálózati transzformátor szekunder tekercséről kerül a feszültség, nincs feszültségsokszorozó a fantomtápig. A tápegységek valóban így működtek sokáig, és a profibb fantomtápok a váltható iránykarakterisztikájú mikrofonok távvezérlésére is alkalmasak voltak.

es16

Néhány évtizeddel ezelőtt azonban föltalálták a kapcsoló üzemű tápegységet is, és ezzel alaposan megszívatták a hangtechnikát. Ezek a tápok ugyan anyag- és energiatakarékosak, de rengeteg zajt termelnek az egész hangfrekvenciás sávban, sőt, azon túl is.

Működésük hasonlít a feszültségsokszorozókéhoz. Viszont közvetlenül a 230 voltos hálózati feszültséget egyenirányítják, és ezt a nagy egyenfeszültséget viszonylag magas frekvencián (kb. 20-50 kHz-en) kapcsolgatva egy transzformátorra vezetik. A kimeneti feszültséget a transzformátor szekunder feszültségének egyenirányítása révén kapják meg. A felhasznált kapcsolók többnyire teljesítmény tranzisztorok. A kimenet feszültségét úgy tartják állandó értéken, hogy a kapcsoló tranzisztorra jutó meghajtó impulzusok kitöltési tényezőjét, más szóval az impulzusok szélességét változtatják annak megfelelően, hogy mekkora kimeneti teljesítményre van szükség.

Napjainkban a legtöbb tápegység így működik, a fantomtápoké is. Mondhatnánk, hogy a mikrofonok igényei senkit nem érdekelnek, ezért ha a keverőasztalnak vagy más berendezésnek elég jó a fantomtápja, nem érdemes leváltani őket külön fantomtáp készülékkel.

A profi csúcskategóriában azonban van néhány kivétel. 2016-ban mutatták be pl. a holland Tritonaudio cég „True Phantom” fantázianevű, kb. 400 dollárért kapható, kétcsatornás kütyüjét.

es17

Az első érdekesség a mikrofonból kijövő zaj spektruma a hagyományos és a Tritonaudio fantomtápra kötött mikrofon esetén.

es18

Jól megfigyelhető, hogy a legszaporább rezgéstartomány kivételével a „true” zajtüskéi sokkal kisebbek. A második mérési eredmény azt mutatja, hogy a THD hogyan változik a mikrofon kimenő jele nagyságának függvényében.

es19

Ebből a szempontból is majdnem mindenütt jobb az új tápegység.

es20

A harmadik harmonikus torzítási szintje 6 dB-vel kisebb – feleakkora – az új táp alkalmazásakor. Ha az 1 kHz-es jel csak 5 mV, akkor már 15 dB (5,6-szoros) a javulás az új táp javára, vagyis ennyivel kisebb a torzítási komponens. Amikor pedig ismét 20 mV, akkor 9 dB-vel kisebb (csaknem a harmada) az 5. harmonikus. Ezek igen jó értékek, és azt bizonyítják, hogy a mikrofon „hangja” a fantomtáptól is függ.

Vannak azonban olyan esetek, amikor a fantomtáp kárt okozhat, pl. aszimmetrikus bekötésű eszközök esetén. Olcsóbb keverőasztalok fantomtápja nem kapcsolható ki csatornánként. Ekkor jön jól a fantomfeszültség blokkoló.

es21

Nem kell nagyon bonyolult cuccra gondolni, mindössze két, nagykapacitású kondenzátor az egyenáramú összetevő leválasztására és néhány ellenállás van az árnyékolt fém házban, no, meg a csatlakozók.

es22

Jó pénzért fantom átalakítók is kaphatók. Ezeknek egyik vége normál XLR, a másik mini XLR vagy USB, és a feszültséget is 9 voltra, 5 voltra vagy más kívánt értékre alakítják át.

es23