Как устроен ламповый микрофон

Как устроен ламповый микрофон

• Оформите заказ нажав кнопку «Купить» рядом с нужным товаром
• В корзине выберите «Рассрочка от Тинькофф» или «Кредит от Тинькофф»
• Заполните короткую онлайн заявку
• Подпишите кредитный договор смс-кодом или на встрече с представителем банка

Схемотехнически ламповый микрофон это устройство в котором в качестве преобразователя импеданса используется вакуумная лампа. Сигнал проходит через лампу и другие электронные компоненты, приобретает специфические характеристики звучания, а затем уходит дальше по звуковому тракту.
Роль лампы — преобразование импеданса и усиление микрофонного сигнала. Ламповые конденсаторные микрофоны выдают сигналы с низкой амплитудой и высоким импедансом.
Работа лампы заключается в эффективном усилении слабого сигнала при одновременном снижении импеданса, чтобы сигнал мог распространяться в остальной части схемы микрофона.

Поскольку лампы являются активными электронными устройствами и для их работы требуется питание, ламповые микрофоны также следует считать активными. Требования к питанию в этом случае относительно высоки, поэтому ламповые микрофоны всегда поставляются с внешними блоками питания.

Лампа это электронное устройство, которое контролирует ток, протекающий между электродами при подаче на них напряжения.
Контейнер лампы выполнен из стекла или керамики, а внутри него безвоздушное пространство. Крайне важно, чтобы в трубке не было кислорода, иначе устройство перегорит. Внутри трубки находятся электроды, которые порождают поток электронов, производящих электрический ток.

Самая простая конструкция вакуумной лампы — это диод, который был изобретен в 1904 году. Он имеет два наиболее важных электрода в любой вакуумной трубке: катод и анод. При нагреве лампы катод начинает испускать электроны. Заряд электрона отрицательный, и поэтому катод отталкивает их, в то время как анод притягивает.

Основной вакуумной лампой, используемой в ламповых микрофона, является триод. Триоды имеют третий электрод, называемый сеткой (его еще называют сеткой управления), который подключен к капсюлю микрофона. Сигнал, который подключен к сетке, по существу действует как модулятор потока тока между катодом и анодом. Когда переменный сигнал капсюля достигает пика, то же самое происходит и между катодом и анодом. Когда переменный сигнал капсюля достигает низшей точки, поток от катода к аноду соответственно тоже.

Благодаря этой функциональности, низкоуровневый высокоимпедансный сигнал от капсюля микрофона может управлять относительно высокоуровневым низкоимпедансным сигналом между катодом и анодом. Таким образом, триодная лампа действует как усилитель и преобразователь импеданса микрофона.

Все о ламповых микрофонах: история, особенности использования

В этой статье мы расскажем о ламповых микрофонах: устройстве, принципе работы, отличиях от других видов, причинах популярности, особенностях использования в современных студиях.

Тайны лампового звука

«Теплый», «жирный», «мясистый», «правдивый»… ламповый звук. Эти и другие выражения можно часто встретить на различных форумах, в статьях любителей и профессионалов звукозаписи, в рекламе и отзывах. Принято считать, что лучше лампового микрофона может быть только другой ламповый микрофон. Более дорогой, конечно.

Давайте попробуем разобраться в том, что собой представляет ламповый микрофон, и стоит ли за него отдавать немалые деньги.

На фото – ламповый микрофон. Лучше лампового микрофона может быть только дорогой ламповый микрофон

Немного истории

Об эталонах

В прошлом веке, когда индустрия полупроводников еще не получила должного развития, и транзисторы были довольно шумными, все студийные конденсаторные микрофоны были ламповыми. Кстати, современные ламповые микрофоны не сильно отличаются от своих прообразов из 40-х годов.

И до сих пор суждение о том, что какой-то микрофон звучит словно модель 50-х и т. д., считается отличным комплиментом производителю. Поэтому они считают за честь подчеркнуть связь своей продукции с микрофонами 40-х или 70-х годов. Заметьте, это отнюдь не дань прошлому, не снобизм, а объективная оценка по многим параметрам.

На фото: Старый микрофон NEUMANN U47, который использовали в звукозаписи с 1949 по 1965 гг.

Усовершенствованные модели

К концу прошлого века ситуация слегка изменилась, и в профессиональных конденсаторных микрофонах в качестве преобразователя импеданса стали использовать малошумящие полевые транзисторы. Данные микрофоны стали наиболее распространенными в студиях звукозаписи, эдакие «рабочие лошадки», которые честно делали и делают свое дело.

Новая волна

Но относительно недавно у музыкантов и студий звукозаписи вновь проснулся интерес к ламповым предусилителям, которые размещают в корпусе конденсаторных микрофонов. Сейчас наблюдается настоящий бум ламповых технологий, причем изготовители стараются воспроизвести именно старое ламповое звучание, иногда используя для этого в своих микрофонах шипящие лампы 40-х годов и того же возраста трансформаторы. Что удивительно, микрофоны со столь «древней» начинкой могут стоить раза в два дороже аналогичных моделей, собранных на современной элементной базе, которые обеспечивают стабильное и бесшумное звучание в течение долгого времени. Причем раритетные микрофоны покупают не в качестве особого украшения студии, а в качестве микрофонов, равных которым по звучанию нет.

Немного физики

Любой конденсаторный микрофон имеет предусилитель, который расположен в самом корпусе и имеет высокоомный вход. Этот предусилитель представляет собой или полевой транзистор, или лампу. Необходимо усилить сигнал уже в самом микрофоне, так как он очень слабый и на пути по длинному кабелю до внешнего предусилителя может существенно исказиться. В ламповом микрофоне, соответственно, имеется ламповый (а не полупроводниковый) усилитель. Обычно лампа располагается в микрофоне ближе к капсюлю, чтобы уменьшить различные искажения, шумы и наводки.

На фото – микрофон с ламповым усилителем. Микрофоны с ламповым усилителем сейчас на пике популярности и стоят в несколько раз дороже обычных

Блок питания для лампового микрофона идет с ним в комплекте и совершенно необходим, так как для работы лампы требуется очень качественная фильтрация напряжения. Блок питания формирует фантомное напряжение 48В или 12В для накала лампы и анодное – 120–200В.

Но и это еще не все. После предусилителя, также внутри микрофона стоит трансформатор, который преобразует сигнал из небалансного в симметричный балансный (XLR) для защиты от помех. Звук микрофона во многом зависит от этого трансформатора, а хорошие трансформаторы стоят больших денег.

Все ламповые микрофоны устроены и работают одинаково, как и 70 лет назад, ибо схемотехника ламповых усилителей конденсаторных микрофонов практически не изменилась с момента ее изобретения. Просто нет различных вариантов включения лампы, она работает только вот так и никак иначе.

Немного о звуке

Так почему же музыканты предпочитают ламповые усилители мощности транзисторным? Звучание ламповых микрофонов ласкает им слух, потому что там нет нечетных гармоник. Есть четные гармоники, которые звук не «пачкают», а лишь украшают. И в режим насыщения при перегрузках ламповые усилители входят плавно, поэтому меньше искажают сигнал.

Эффект усиления

Стоит отметить еще одно положительное качество ламп. Речь идет о коэффициенте усиления. Одна радиоэлектронная лампа (триод/пентод) может заменить по усилительным свойствам минимум два-три транзистора и даже одну микросхему, в которой несколько десятков транзисторов. То есть при тех же выходных параметрах в ламповом усилителе сигнал претерпит лишь одно единственное преобразование (от катода и сетки к аноду), то есть скопируется только один раз. В транзисторном же усилителе на выходе мы получим третью или четвертую копию. Причем мы говорим не о цифровом копировании, а об аналоговом, поэтому каждый следующий каскад усиления меняет сигнал безвозвратно.

На фото – поэтапное снятие лампового корпуса.

Электронная лампа и ее усилительный каскад дают ряд очевидных преимуществ:

• большой коэффициент усиления;
• значительный динамический диапазон, который не боится перегрузки;
• отличное прозрачное звучание.

На фото – ламповый микрофон в кейсе с сопутствующим оборудованием

Надежен ли ламповый микрофон?

Ламповый микрофон, безусловно, надежен. Срок службы лампы – десятки лет , а если используется лампа, изготовленная в СССР с маркировкой «В» (военная), то и сотни. Также можно не бояться разбить лампу, ведь для этого вам придется либо разобрать микрофон, либо забивать им гвозди.

Микрофонные лампы

Немного о грустном: цена

За все приходится платить, в том числе и за хороший звук, который подарит вам ламповый микрофон. Ценник устройства если не удивит вас, то точно не порадует. Поэтому хороший ламповый микрофон – это гордость студии. И стоить он будет очень дорого.

Сейчас можно купить относительно дешевый китайский ламповый микрофон, но при этом не стоит ожидать от него чудес и того самого «теплого и лампового» звука.

Можно ли добиться лампового звука от простого микрофона или сделать его ламповым? Можно. Но стоит ли? Рассмотрим каждый случай подробнее.

• Конденсаторные микрофоны. Если вы разбираетесь в электротехнике и не боитесь экспериментировать со схемами, то можно «заморочиться» и заводской предусилитель заменить на ламповый прямо в корпусе конденсаторного микрофона. Такой микрофон можно подключать к микшерным пультам и компьютерным интерфейсам, имеющим фантомное питание 48В. Это позволит музыкантам без больших материальных затрат оценить достоинства усиливаемого звука. Но для накала лампы вам все равно понадобится дополнительный источник постоянного напряжения. Но можно поступить проще: купить ламповый предусилитель.
• Динамические микрофоны. Динамические микрофоны значительно реже используют в звукозаписи, чем конденсаторные, да и переделывать там нечего, так как изначально усилителя в них нет. В этом случае можно лишь приобрести ламповый предусилитель к микрофону, который будет служить отдельным устройством на пути между микрофоном и пультом / компьютерной картой.
• Ленточные микрофоны. Теоретически ленточные микрофоны можно переделать в ламповые, но это нецелесообразно, потому что КПД ленточки должен быть достаточно велик, чтобы сигнал не утонул в шумах усилителя. В старых моделях 60–80-х годов качество капсюлей ленточных микрофонов оставляет желать лучшего, а современные ленточные микрофоны в студиях звукозаписи практически не встречаются.

Советы по использованию ламповых микрофонов

1. Наберитесь терпения. Включив микрофон, вы услышите… тишину, потому что в течение 5–7 секунд происходит накал лампы. Сигнал появляется позже. А вот готов к записи микрофон будет только через 10–15 минут, так как ему нужно «прогреться».

2. Всегда сначала коммутируйте и только потом включайте всю систему в сеть. Это обязательное правило поможет уберечь вашу аппаратуру от возможных перепадов напряжения в сигнальных сетях.

3. Не экономьте на поп-фильтрах. Соблюдайте дистанцию примерно 10 см от микрофона до рта (при записи вокала), а при хорошо поставленном голосе 15–20 см, если позволяет акустическое оформление студии. Это позволит избежать вам лишней «грязи», свистящих и шипящих, да и звук получится более естественным.

На фото – ламповый микрофон с поп-фильтром. Используйте только качественные поп-фильтры

4. Соблюдайте условия хранения. Не стоит хранить ламповые микрофоны в герметично закрытых пакетах, если возможен перепад температур при транспортировке или хранении. При охлаждении влага выделится и осядет на мембранах и других элементах. Помните, что после записи вокала микрофон желательно не убирать сразу, а дать ему просохнуть (минимум 24 часа).

День сегодняшний

На фото – ламповый микрофон. Ламповые микрофоны нужно беречь от лишней влаги и перепадов температур

В настоящее время более 85 % микрофонов, используемых в студиях звукозаписи, на радиостанциях и сценических площадках, — конденсаторные. Разница в звучании ламповых микрофонов, по сравнению с транзисторными, все больше привлекает внимание студийных звукорежиссеров. Ламповые микрофоны придают звуку характерную «окраску», которая может хорошо восприниматься конкретным слушателем, однако другие ее могут и не заметить.

Покупать ли дорогостоящий ламповый микрофон для получения «теплого и лампового звука», решать только вам.

Схемотехника студийных ламповых микрофонов

На создание данной статьи меня натолкнул опыт ремонтов зарубежных моделей студийных ламповых микрофонов и анализ принципиальных электрических схем.

Долгий период холодной войны, и ещё пару десятилетий после, схемы микрофонов были таинственны и недоступны, порой узнать, а что же там, внутри того или иного звукового девайса, можно было лишь разобрав сам прибор и вырисовав схему по внутреннему монтажу, чем я и занимался. Плюс, со временем, в руках оказывались "мануалы" и тех моделей, чьи корпуса никогда не попадались в руки, и теперь я делюсь с Вами своими наработками и мыслями по этому поводу.

Начнём по порядку, с самого простого, знакомого и известного – лампового микрофона ЛОМО 19А19. В конце 60-х годов у разработчиков конденсаторных микрофонов появились, наконец, радиолампы минитриоды в стеклянном баллоне, которые уже перестали быть стратегическим сырьём, и обладали по тем временам очень компактными размерами, это были триоды с гибкими выводами, радиолампы 6С6Б. После 6Ж1П и 6Ж2П, применявшихся в микрофонах 19А9, и других ранних моделях ЛОМО, это был настоящий прорыв, и кто-то очень умный дал команду разработать компактный ламповый студийный микрофон. Вряд ли мы сможем взять теперь интервью у главного дизайнера микрофона, да возможно его и не было, ибо основой для формы корпуса, судя по всему, послужили динамические микрофоны, которые в то время были намного компактнее студийных конденсаторных, и потому внутреннее пространство корпуса 19А19 действительно оказалось весьма и весьма ограниченным. Но, что удивительно, русские умельцы, специализирующиеся, как известно, на подковке блох, сумели-таки поместить в этот корпус не только огромный капсюль, но и лампу, и выходной трансформатор, и всю схему усиления, — она то нас и интересует.

Схема лампового микрофона ЛОМО 19А19 (LOMO 19A 19)

Как, видите, максимально просто, как в учебниках, усилительный каскад на ламповом триоде, ничего лишнего, ни одной цепи обратной связи по усиливаемому сигналу. К слову сказать, усиления в этом каскаде почти нет, коэффициент передачи каскада по паспорту равен 1.1. На практике он может отличаться в большую сторону за счёт характеристик применяемых ламп и коэффициента трансформации выходного трансформатора (обычно в подобных схемах он от 4:1 до 12:1).

Ни Neumann, ни GefelL, ни Audiotechnica или AKG не применяли в микрофонах настолько элементарных схем, — им всегда хотелось что-то подправить, ввести какую-нибудь улучшающую звучание обратную связь, показать, насколько они образованы, в общем выпендриться. И только русский Ваня лукаво не мудрствовал, а рассчитал каскад по учебнику для ПТУ, и. разработал таким образом гениальную вещь. Но об этом далее.

Разницу в естественности звучания между 19А19 и другими дорогими ламповыми микрофонами впервые я заметил, когда мне в ремонт стали приносить такие модели как AKG C12, Audio-Technica AT 4060, и тд. Ремонты касались в основном систем питания и коммутации микрофонов, никаких дефектов, которые могли бы отразиться на звучании, ни в капсюле, ни в усилительной части не было. И вот что меня заинтересовало. У микрофонов был и плотный низ, и верхов тоже хватало, линейность АЧХ была налицо, но что-то было не так, была в них некоторая синтетичность. Особенно странно было это заметить в AKG C12 – одного из топовых ламповых микрофонов, сопровождающимся внушительным кейсом, имеющего приличный вес (в килограммах) и стоящего для России баснословных денег, особенно на момент моего с ним знакомства (2004г). AKG C12 был словно закрыт от внешнего мира, он был сам по себе, а звук сам по себе.
И я обратился к электрической схеме.

Схема лампового микрофона AKG C12

Первое что меня удивило это обилие конденсаторов — врагов чистого звука. Правда, разобравшись подробнее, выяснилось, что почти все они относятся к фильтрующим цепочкам, но не стоит забывать, что со временем, при потере конденсаторами исходных параметров (а в современной элементной базе это, увы, не редкость), цепочки эти становятся частотнозависимы. Кроме того, во втором каскаде есть очевидная частотозависимая ООС R13 C11. Второе что меня удивило – это построение первого каскада усилителя: как и ЛОМО 19А19 он был собран по схеме анодного усилителя, а не катодного повторителя, который так пропагандируют некоторые электронщики, что окончательно избавило меня от комплексов за наш 19А19.
Не стоит также упускать из виду, что и в AKG C12 и в Audio-Technica AT 4060 стоят капсюли с центральным отводом, что накладывает свой отпечаток на характер звучания микрофона. Не могу Вам сказать, какой фактор в большей степени, скорее — их совокупность и определяет это несколько закрытое звучание данных моделей. Но точно могу сказать, что в AKG C12 (как и в других конденсаторных микрофонах) никогда не стоит пользоваться аттенюаторами (-6дБ, -10дБ и тд) и дополнительным усилением (+10дБ, как в AKG C12).
Аттенюаторы (загрубители чувствительности) подключают параллельно капсюлю дополнительную шунтирующую ёмкость (это тоже самое, если бы Вы в автомобиле для того, чтобы ехать на меньшей скорости, вместо того, чтобы переключить передачу, прицепили бы сзади дополнительную тележку — машина поедет медленнее, но какой ценой?). И кроме того, если пульт или компьютерная карта у Вас приличного качества с профессиональным микрофонным входом, не стоит пользоваться в AKG C12 дополнительным усилением +10дБ. Внутренности этого микрофона и так обвешаны достаточным количеством деталей и переключателей, по которым звуковой сигнал (в самом начале своего формирования в электрический сигнал) хаотично бегает во всевозможных направлениях, что не есть хорошо. Вспомните концепцию Hi End — всё предельно просто! Самый дорогой ламповый усилитель звука — это усилитель в классе А на одном триоде, без единой корректирующей цепи!

Однако в истории лампового микрофоностроения были и любопытные примеры относительно удачного применения ООС. Прежде всего это касается ЛОМО 19А9.

Схема лампового микрофона 19А9

Модель19А9 всегда стояла особняком прежде всего из-за своей неповторимой конструкции корпуса и непревзойдённого дизайна. Корпус 19А9 состоит из двух металлических полосочек и колечка, на которые крепятся разъём, лампа и капсюль, а далее на нижнюю часть микрофона надевается выдавленный из тонкого железа кожух, а на капсюль одеваются две крышки – спереди и сзади. И всё! Никакого литья (корпуса для 19А19 отливали из алюминия, и потом долго фрезеровали), из деталей внутри – лишь самая маленькая для 50-х годов ширпотребовская радиолампа 6Ж1П, два сопротивления и один конденсатор. Сигнал, анодное напряжение, напряжение накала, напряжение поляризации и общий провод – всё идёт через 4-х штырьковый разъём по 3 (!) проводам. Посчитали? Да, у меня тоже получается, что их должно быть около 7, ну минимум, 6, но их только 3, и всё это работает, и довольно неплохо!
Открываем справочник по радиолампам на странице 6Ж1П или 6Ж2П, читаем: высокочастотный пентод с короткой характеристикой, предназначен для широкополосного усиления напряжения высокой частоты, и приводятся схемы всяких преобразователей частоты для телевизоров. Какой напрашивается вывод? Правильно: не читайте перед обедом советских газет! Ну не было в те времена компактных низкочастотных триодов. Ни 6Н1П, ни 6Н2П, ни тем более радиолампы предыдущих поколений ни за что не поместились бы в корпус 19А9.
У пентодов, особенно у высокочастотных, большое усиление, в низкочастотных трактах они склонны к самовозбуждению, кроме того у пентодов высокое внутреннее сопротивление, они не могут работать корректно на низкоомную нагрузку, такую как звуковой трансформатор, а без него в ламповом микрофоне не обойтись.
Что делает в такой ситуации простой русский инженер?
Он говорит:
1. пентод включаем по триодной схеме, соединив вторую сетку с анодом, уменьшая таким образом коэффициент усиления, уровень шумов и гармоник, и внутреннее сопротивление лампы
2. переходная ёмкость между капсюлем и управляющей сеткой усилительной лампы нам не нужна — мы изолируем капсюль от корпуса (массы) и соединим его с положительным напряжением — таким образом будет осуществлена поляризация мембраны капсюля, заодно мы уменьшим схему на одно сопротивление, так как резистор смещения входной сетки в данном случае будет выполнять и функцию резистора, через которое подаётся поляризующее напряжение
3. звуковой трансформатор "вынесем за ворота" и разместим в блоке питания микрофона, а заодно, (чего уж мелочиться) вынесем из микрофона и анодное сопротивление с разделительным конденсатором – всё равно их место рядом с трансформатором
4. поскольку анодное сопротивление из микрофона мы удалили, поляризацию мембраны будем осуществлять прямо от анода лампы, — не тащить же из за этого ещё один провод по кабелю! Создаётся ООС (отрицательная обратная связь) между сеткой и анодом усилительной лампы. ну и прекрасно! – говорит русский инженер – всё равно у нас есть запас по усилению, ведь это же пентод, а с прямой частотонезависимой ООС звучать будет даже лучше
5. один из выводов накала лампы, как водится, соединяем с общим минусом (массой), и у нас остаются те самые три провода: накал, анодное напряжение (оно же поляризующее, оно же сигнал) и общий (он же экран).
Вот и вся наука.

Единственное замечание, которое хотелось бы сделать к этой схеме – это прохождение звукового сигнала по кабелю. Поскольку сигнал передаётся небалансным способом, он, казалось бы должен быть очень чувствительным к внешним электромагнитным помехам, тем более что уровень его не велик. Но в том-то и фишка, что, поскольку он снимается с анода, он имеет постоянный потенциал порядка 50. 60В, и большая часть внешних электромагнитных помех просто-напросто не может преодолеть электромагнитное поле самого провода. НО! Качество передаваемого по кабелю звукового электрического сигнала от микрофона к блоку питания сильно зависит от качества и длины этого провода. Чем он короче и чем толще изоляция между проводами внутри провода (чем меньшую ёмкость он имеет), тем будет лучше. В длинном тонком или старом проводе ВЧ составляющие будут затухать, и Вы можете так и не услышать всех прелестей модели ЛОМО 19А9.

Так уж получается, что в рамках этой статьи мы рассматриваем схемы микрофонов, не привязываясь линейно ко времени их появления, и движемся скорее назад, всё глубже, к корням производства микрофонов. А что же было до этого?
А до этого был, например, студийный микрофон Neumann U 47, не менее интересный по своим схемотехническим решениям.

Схема лампового микрофона Neumann U47

В 40-х годах Георг Нойманн присмотрел лампу VF 14, выпускавшуюся Telefunken для радиоэлектронной промышленности. Главная её особенность была в том, что накал у лампы VF14 не сильноточный, и его можно запитать от высокого анодного напряжения, что Георг Нойманн и сделал. Это был пентод, который, конечно же включили по триодной схеме, благодаря чему микрофон U47 коммутировался всего лишь четырёхжильным проводом. Глубокая ООС по постоянному и переменному току на резисторе R3 придаёт усилителю линейность, стабильность и минимизирует искажения усиления. В остальном схема близка к ЛОМО 19А19, если не считать, что Neumann U 47 – двухмембранный микрофон и может менять характеристику направленности между кругом и кардиоидой. Кроме того, в Neumann U 47 предусмотрено переключение выходного сопротивления, что, видимо, было актуально для аппаратуры 40-вых годов.

Ну и напоследок приведу Вам схему микрофона Gefell RFT , судя по всему, это CM 7151.

Схема лампового микрофона Gefell RFT

Схема почти классическая. Разделительный конденсатор в выходном контуре лампы и звукового трансформатора соединён не с общим минусом, а с общим плюсом (любят они это дело), плюс введена ООС по постоянному току в цепь смещения сетки.

Подведу итоги нашего обозрения.
В схемах студийных ламповых микрофонах трудно придумать что-либо новое, каждая из них по-своему хороша, и отвечает заданным характеристикам. Внимательным нужно быть к компонентам, из которых состоит электрическая схема микрофона, особенно к конденсаторам в старых моделях и ко всем без исключения деталям в новых моделях.
Большое количество радиодеталей и переключателей не всегда является плюсом для студийных микрофонов. Моё мнение, если Вы гонитесь за естественностью, стремитесь к простоте. На практике часто получается, что вроде бы, да, старый ламповый микрофон не блещет линейностью АЧХ, но зато и не искажает звук, и не приукрашивает его. Ламповые микрофоны (в особенности отечественные) оставляют главное – живизну материала, а дальше – делайте, что хотите. Хотите – добавляйте частоты, которых Вам не хватает, хотите – вырезайте лишнее, но делайте это уже ПОСЛЕ записи.
Основное в микрофоне – это всё-таки капсюль, в основном за него мы платим эти бешенные деньги, и то, насколько грамотно спроектировано акустическое окружение капсюля – это и есть ноу-хау всем известных брендов.