Phantomspeisung - Phantom power

Ein Kondensatormikrofon benötigt Strom, um eine polarisierende Gleichspannung zu erzeugen und einen internen Verstärker zu versorgen, der zum Antreiben langer Kabel benötigt wird
Phantomspeisungstaste und Kontrollleuchte

Phantomspeisung , im Rahmen der professionellen Audiogeräte , ist DC elektrische Leistung durch übertragene Mikrofonkabel Mikrophone zu betreiben , die aktive elektronische Schaltung enthält. Es ist vor allem als praktische Stromquelle für Kondensatormikrofone bekannt , obwohl es auch von vielen aktiven Direktboxen verwendet wird. Die Technik wird auch in anderen Anwendungen verwendet, bei denen die Stromversorgung und die Signalkommunikation über dieselben Drähte erfolgen.

Phantomspeisungen werden häufig in Mischpulten , Mikrofonvorverstärkern und ähnlichen Geräten eingebaut . Herkömmliche Kondensatormikrofone versorgen nicht nur die Schaltung eines Mikrofons mit Strom, sondern verwenden auch Phantomspeisung zum Polarisieren des Wandlerelements des Mikrofons.

Geschichte

Phantomspeisung (und immer noch verwendet wird) zuerst verwendet wurde Kupferdraht basierend Festnetztelefonsystemen seit der Einführung des Drehwahltelefon 1919. Eine solche Anwendung im Telefonsystem war die Bereitstellung eines DC - Signalpfad um Transformator geschalteten Verstärker derart analoge Leitungsübertragungssysteme.

Das erste bekannte kommerziell erhältliche phantomgespeiste Mikrofon war das Schoeps- Modell CMT 20, das 1964 auf den Markt kam und nach den Spezifikationen des französischen Rundfunks mit 9–12 Volt DC-Phantomspeisung gebaut wurde; der Pluspol dieser Stromversorgung war geerdet. Mikrofonvorverstärker der Tonbandgeräte der Nagra IV-Serie boten diese Art der Stromversorgung über viele Jahre als Option an und Schoeps unterstützte das "negative Phantom" bis zur Einstellung der CMT-Serie Mitte der 1970er Jahre weiter, ist aber mittlerweile obsolet.

1966 stellte die Neumann GmbH dem norwegischen Rundfunk NRK einen neuen Typ eines Transistormikrofons vor . Norwegisches Radio hatte Phantomspeisung angefordert. Da NRK in seinen Studios bereits 48-Volt-Strom für seine Notlichtanlagen zur Verfügung hatte, wurde diese Spannung zur Speisung der neuen Mikrofone (Modell KM 84) verwendet und ist der Ursprung der 48-Volt-Phantomspeisung. Diese Anordnung wurde später in der DIN 45596 genormt.

Normen

Das Standards Committee der International Electrotechnical Commission "Multimedia systems - Guide to the Recommended Characteristics of Analog Interfaces to Avoid Interoperability" (IEC 61938:2018) legt Parameter für die Mikrofon-Phantomspeisung fest. Das Dokument definiert drei Varianten: P12, P24 und P48. Außerdem werden zwei weitere Varianten (P12L und SP48) für spezielle Anwendungen genannt. Die meisten Mikrofone verwenden jetzt den P48-Standard (maximal verfügbare Leistung beträgt 240 mW). Obwohl noch 12- und 48-Volt-Systeme im Einsatz sind, empfiehlt die Norm für Neuanlagen eine 24-Volt-Versorgung.

Technische Information

Eine Methode zur Phantomspeisung. Ein Mikrofon oder ein anderes Gerät kann Gleichstrom von beiden Signalleitungen zum Masseanschluss beziehen, und zwei Kondensatoren verhindern, dass dieser Gleichstrom am Ausgang erscheint. R1 und R2 sollten 6,81 kOhm für das 48-Volt-Phantom "P48" betragen. R3-6 und Zener-Dioden 1-4 schützen den Ausgang bis maximal 10V.
Eine externe Phantomspeisung.

Die Phantomspeisung besteht aus einer Phantomschaltung, bei der Gleichstrom gleichmäßig über die beiden Signalleitungen eines symmetrischen Audioanschlusses angelegt wird (bei modernen Geräten beide Pins 2 und 3 eines XLR-Anschlusses ). Die Versorgungsspannung bezieht sich auf den Massepin des Steckers (Pin 1 eines XLR), der normalerweise mit dem Kabelschirm oder einem Massedraht im Kabel oder beidem verbunden ist. Als die Phantomspeisung eingeführt wurde, bestand einer der Vorteile darin, dass für Kondensatormikrofone die gleiche Art von symmetrischen, abgeschirmten Mikrofonkabeln verwendet werden konnte, die bereits in Studios für dynamische Mikrofone verwendet wurden. Dies steht im Gegensatz zu Mikrofonen mit Röhrenschaltung , die meist spezielle mehradrige Kabel erfordern.

Mit Phantomspeisung ist die Versorgungsspannung für symmetrische Mikrofone, die sie nicht verwenden, praktisch unsichtbar, zu denen die meisten dynamischen Mikrofone gehören. Ein symmetrisches Signal besteht nur aus den Spannungsunterschieden zwischen zwei Signalleitungen; Phantomspeisung legt auf beiden Signalleitungen einer symmetrischen Verbindung dieselbe Gleichspannung an. Dies steht in deutlichem Gegensatz zu einer anderen, etwas früheren Stromversorgungsmethode, die als "Parallel Powering" oder "T-Powering" (aus dem deutschen Begriff Tonaderspeisung ) bekannt ist, bei der DC direkt dem Signal im Differenzmodus überlagert wurde. Das Anschließen eines herkömmlichen Mikrofons an einen Eingang mit aktivierter paralleler Stromversorgung kann das Mikrofon sehr gut beschädigen.

Die Norm IEC 61938 definiert 48-Volt-, 24-Volt- und 12-Volt-Phantomspeisung. Die Signalleitungen sind positiv, beide werden durch gleich große Widerstände (6,81 für 48 V, 1,2 kΩ für 24 V und 680 Ω für 12 V) geführt, und der Schirm ist geerdet . Der Wert von 6,81 kΩ ist nicht kritisch, aber die Widerstände müssen innerhalb von 0,1 % oder besser angepasst werden, um eine gute Gleichtaktunterdrückung in der Schaltung aufrechtzuerhalten . Die 24-Volt-Version der Phantomspeisung, die einige Jahre nach den 12- und 48-V-Versionen vorgeschlagen wurde, wurde ebenfalls in die DIN-Norm aufgenommen und ist in der IEC-Norm enthalten, wurde jedoch von Geräteherstellern nie weit verbreitet.

Fast alle modernen Mischpulte verfügen über einen Schalter zum Ein- und Ausschalten der Phantomspeisung; bei den meisten High-End-Geräten kann dies einzeln für jeden Kanal erfolgen, während bei kleineren Mischpulten ein einzelner Hauptschalter die Stromversorgung aller Kanäle steuern kann. Phantomspeisung kann in jedem Kanal mit einem 1:1 Trenntransformator oder Sperrkondensatoren blockiert werden. Phantomspeisung kann zu Fehlfunktionen oder sogar Schäden an Geräten führen, wenn sie mit Kabeln oder Adaptern verwendet werden, die eine Seite des Eingangs mit Masse verbinden, oder wenn andere Geräte als Mikrofone daran angeschlossen sind.

Instrumentenverstärker bieten selten Phantomspeisung. Um Geräte, die dies erfordern, mit diesen Verstärkern verwenden zu können, muss ein separates Netzteil in die Leitung eingefügt werden. Diese sind im Handel leicht erhältlich oder alternativ eines der einfacheren Projekte für den Amateurelektronikkonstrukteur.

Vorbehalte

AKG C1000S , verwendet Phantomspeisung oder eine Batterie

Einige Mikrofone bieten die Wahl zwischen interner Batterieversorgung oder (externer) Phantomspeisung. Bei einigen dieser Mikrofone ist es ratsam, die internen Batterien zu entfernen, wenn Phantomspeisung verwendet wird, da Batterien korrodieren und Chemikalien austreten können. Andere Mikrofone sind speziell dafür ausgelegt, bei Ausfall einer externen Stromversorgung auf die internen Batterien umzuschalten.

Die Phantomspeisung wird selbst in professionellen Vorverstärkern, Mischern und Recordern nicht immer richtig oder angemessen implementiert. Dies liegt zum Teil daran , dass die phantomgespeisten 48-Volt-Kondensatormikrofone der ersten Generation (Ende der 1960er bis Mitte der 1970er Jahre) eine einfache Schaltung hatten und nur geringe Mengen an Betriebsstrom (normalerweise weniger als 1  mA pro Mikrofon) benötigten Schaltungen, die zu dieser Zeit typischerweise in Recordern, Mischern und Vorverstärkern eingebaut waren, wurden unter der Annahme entwickelt, dass dieser Strom ausreichend wäre. Die ursprüngliche Phantomspeisungsspezifikation DIN 45596 forderte maximal 2 mA. Diese Praxis hat sich bis in die Gegenwart fortgeführt; Viele 48-Volt-Phantomstromkreise, insbesondere in kostengünstigen und tragbaren Geräten, können einfach nicht mehr als 1 oder 2 mA insgesamt liefern, ohne auszufallen. Einige Schaltungen haben auch einen erheblichen zusätzlichen Widerstand in Reihe mit dem Standardpaar von Versorgungswiderständen für jeden Mikrofoneingang; Dies hat möglicherweise keine großen Auswirkungen auf Mikrofone mit niedrigem Strom, kann jedoch Mikrofone deaktivieren, die mehr Strom benötigen.

Kondensatormikrofone ab Mitte der 1970er-Jahre und später, die für 48-Volt-Phantomspeisung ausgelegt sind, benötigen oft viel mehr Strom (z –6 mA für die meisten Shure Mikrofone der KSM-Serie, 8 mA für CAD Equiteks und 10 mA für Earthworks). Der IEC-Standard gibt 10 mA als maximal zulässigen Strom pro Mikrofon an. Wenn der erforderliche Strom nicht verfügbar ist, kann ein Mikrofon zwar ein Signal ausgeben, aber nicht die beabsichtigte Leistung erbringen. Die spezifischen Symptome variieren etwas, aber das häufigste Ergebnis ist eine Reduzierung des maximalen Schalldruckpegels, den das Mikrofon ohne Überlastung (Verzerrung) verarbeiten kann. Einige Mikrofone zeigen auch eine geringere Empfindlichkeit (Ausgangspegel für einen bestimmten Schalldruckpegel).

Die meisten Ground-Lift- Schalter haben den unerwünschten Effekt, dass die Phantomspeisung unterbrochen wird. Zwischen Pin 1 des Mikrofons und der negativen Seite der 48-Volt-Versorgung muss immer ein Gleichstrompfad bestehen, wenn die Elektronik des Mikrofons mit Strom versorgt werden soll. Das Anheben der Masse, die normalerweise Pin 1 ist, unterbricht diesen Pfad und deaktiviert die Phantomspeisung.

Es wird allgemein angenommen, dass der Anschluss eines dynamischen oder Bändchenmikrofons an einen phantomgespeisten Eingang dieses beschädigt. Es gibt drei Möglichkeiten für diesen Schaden. Bei einem Fehler im Kabel kann die Phantomspeisung einige Mikrofone beschädigen, indem eine Spannung an den Ausgang des Mikrofons angelegt wird. Geräteschäden sind auch möglich, wenn ein phantomgespeister Eingang mit einem unsymmetrischen dynamischen Mikrofon oder elektronischen Musikinstrumenten verbunden ist. Die Transiente, die erzeugt wird, wenn ein Mikrofon an einen Eingang mit aktiver Phantomspeisung angeschlossen wird, kann das Mikrofon und möglicherweise die Vorverstärkerschaltung des Eingangs beschädigen, da nicht alle Pins des Mikrofonanschlusses gleichzeitig Kontakt haben und es einen Moment gibt, wenn Strom kann fließen, um die Kapazität des Kabels von einer Seite des phantomgespeisten Eingangs aufzuladen und nicht von der anderen. Dies ist insbesondere bei langen Mikrofonkabeln ein Problem. Es wird als bewährte Vorgehensweise angesehen, die Phantomspeisung für Geräte zu deaktivieren, die sie nicht benötigen.

Digitale Phantomspeisung

Digitale Mikrofone, die dem AES 42- Standard entsprechen, können mit einer Phantomspeisung von 10 Volt versorgt werden, die sowohl auf Audiokabel als auch auf Masse aufgeprägt ist. Diese Versorgung kann digitale Mikrofone mit bis zu 250 mA versorgen. Eine kodierte Variante des üblichen XLR-Anschlusses , der XLD-Anschluss , kann verwendet werden, um ein versehentliches Vertauschen von analogen und digitalen Geräten zu verhindern.

Andere Stromversorgungstechniken für Mikrofone

T-Power, auch bekannt als AB-Powering oder T12, beschrieben in DIN 45595, ist eine Alternative zur Phantomspeisung, die in der Welt des Produktionsfilmtons noch weit verbreitet ist. Viele Mixer und Recorder, die für diesen Markt bestimmt sind, verfügen über eine T-Power-Option. Viele ältere Sennheiser- und Schoeps-Mikrofone verwenden diese Stromversorgungsmethode, obwohl neuere Recorder und Mixer diese Option auslaufen lassen. Adapterbuchsen und dedizierte Netzteile sind für T-betriebene Mikrofone ausgelegt. Zwischen Mikrofonen mit dieser Methode und Mikrofonen mit P48-Stromversorgung ist oft kein hörbarer Unterschied. In diesem Schema werden 12  Volt über 180-  Ohm-Widerstände zwischen dem „heißen“ Anschluss des Mikrofons (XLR-Pin 2) und dem „kalten“ Anschluss des Mikrofons (XLR-Pin 3) angelegt. Dies führt zu einer 12-Volt-Potentialdifferenz mit erheblicher Strombelastbarkeit an den Pins 2 und 3, die wahrscheinlich dauerhafte Schäden verursachen würde, wenn sie an ein dynamisches oder Bändchenmikrofon angelegt würde.

Plug-in-Power (PiP) ist die Niedrigstromversorgung von 3–5 V, die an der Mikrofonbuchse einiger Verbrauchergeräte, wie tragbarer Rekorder und Computer- Soundkarten, bereitgestellt wird . Es ist auch in IEC 61938 definiert. Es unterscheidet sich von Phantomspeisung, da es eine unsymmetrische Schnittstelle mit einer niedrigen Spannung (ca. +5  Volt) ist, die mit der Rückführung durch die Hülse an den Signalleiter angeschlossen ist; die Gleichstromleistung ist mit dem Audiosignal vom Mikrofon gemeinsam. Ein Kondensator wird verwendet, um den Gleichstrom von nachfolgenden Tonfrequenzkreisen zu blockieren. Es wird häufig zur Stromversorgung von Elektretmikrofonen verwendet , die ohne Strom nicht funktionieren. Es ist nur für die Stromversorgung von Mikrofonen geeignet, die speziell für die Verwendung mit dieser Art von Stromversorgung entwickelt wurden. Wenn diese Mikrofone über einen 3,5-mm-zu-XLR-Adapter an echte (48-V-)Phantomspeisung angeschlossen werden, kann es zu Schäden kommen, der die XLR-Abschirmung mit der 3,5-mm-Hülse verbindet. Plug-in-Power wird durch den japanischen Standard CP-1203A:2007 abgedeckt

Ein ähnliches Schema zur Leitungsspeisung findet sich bei Computer-Soundkarten. Sowohl Plug-in-Power als auch Soundkarten-Power sind in der zweiten Ausgabe von IEC 61938 definiert.

Diese alternativen Stromversorgungsschemata werden manchmal fälschlicherweise als "Phantomspeisung" bezeichnet und sollten nicht mit der oben beschriebenen echten 48-Volt-Phantomspeisung verwechselt werden.

Einige Kondensatormikrofone können mit einer 1,5-Volt-Zelle betrieben werden, die sich in einem kleinen Fach im Mikrofon oder in einem externen Gehäuse befindet.

Phantomspeisung wird manchmal von Arbeitern in der Avionik verwendet , um die DC-Vorspannung zu beschreiben, die zum Betreiben von Luftfahrtmikrofonen verwendet wird, die eine niedrigere Spannung als professionelle Audiomikrofone verwenden. Die in diesem Zusammenhang verwendete Phantomspeisung ist 8–16  Volt DC in Reihe mit einem 470  Ohm (Nenn-)Widerstand gemäß RTCA Inc. Standard DO-214. Diese Mikrofone haben sich aus den Kohlemikrofonen entwickelt, die in den frühen Tagen der Luftfahrt und des Telefons verwendet wurden, die auf einer DC-Vorspannung über das Kohlemikrofonelement beruhten.

Andere Verwendungen

Phantomspeisung wird auch in anderen Anwendungen als Mikrofonen verwendet:

Anmerkungen

Siehe auch

Verweise

Externe Links