Микрофонные усилители или подключение компьютерных гарнитур для разных трансиверов

Электретные микрофоны широко применяются в современной бытовой и специальной аппаратуре. Они отличаются компактными размерами и высоким качеством передачи звукового сигнала. Основным недостатком конструкции является очень слабый выходной сигнал и обязательная подача на капсюль поляризующего напряжения. Предварительный усилитель для микрофона может быть сделан на любой элементной базе. В самодельных конструкциях применяются как транзисторы, так и интегральные микросхемы. Схемы устройств отличаются количеством каскадов, наличием автоматической регулировки усиления и другими техническими решениями.

Усилитель для электретного микрофона

Микрофонный усилитель для микрофона используется для усиления слабых сигналов, величиной 0,1-15 mV до уровня 200-400 mV. Схема предусилителя для микрофона проста и включает в себя один или два каскада усиления и, при необходимости, цепи коррекции амплитудно-частотной характеристики микро. Основными параметрами конструкций являются следующие величины:

• Частотный диапазон
• Коэффициент нелинейных искажений
• Отношение сигнал/шум
• Коэффициент усиления

Хороший усилок для микро должен обеспечивать частотный диапазон от 20 Гц до 20 кГц с неравномерностью АЧХ не более ±1,5 дБ. Необходимая частотная коррекция осуществляется в дальнейших каскадах низкой частоты. Коэффициент гармоник во всём диапазоне частот не должен превышать 0,2%. Поскольку микрофонное устройство является первым каскадом, все внутренние шумы будут усиливаться низкочастотных трактом. Поэтому в схемах микрофонных усилителей используются самые малошумящие транзисторы и интегральные операционные усилители.

↑ Плата

Данный усилитель был опробован и для Скайпа. Вместо кнопки можно использовать выключатель, транзистор и резисторы R5—R7 не нужны, С2 — тоже. Усиления достаточно, чтобы не включать в микшере звуковой карты дополнительное усиление для микрофона +20 dB. Это положительно сказывается на качестве звука и удобстве пользования. Конечно, надо установить разумную громкость и чувствительность во избежание акустической обратной связи.

Микрофонный усилитель для электретного микрофона

Электретный микро при громком звуке, выдаёт на выходе порядка 10-15 mV, поэтому для усиления сигнала до уровня 400-600 mV может использоваться схема с одним или двумя каскадами. Конструкция может быть собрана на обычном или полевом транзисторе и интегральной микросхеме. Усилитель микрофона на одном транзисторе выполнен на малошумящем приборе с обратной проводимостью. Схема подходит для применения в звуковых трактах персональных компьютеров. Достоинством устройства является низковольтное питание и его можно питать от пальчиковой батарейки на 1,5 вольта. Величину конденсатора С3 можно изменять в указанных пределах.

Проблема

У большинства дешёвых микрофонов чувствительность по умолчанию недостаточна для того, чтобы вас отчётливо слышали. Приходится кричать, но на постоянной основе так делать нельзя, оранье — занятие утомительное и вредное.

Внимательно изучив вопрос, я пришёл к выводу, что в ситуации виноваты производители, чрезмерно упрощающие конструкцию устройства. Отдав свои кровно заработанные 100-500 рублей, покупатель по сути получает модуль (капсюль) электретного микрофона без какой-либо электронной «обвязки».

Электретный микрофон и стандартный штекер 3,5 мм jack. Такая конструкция не позволяет микрофону быть чувствительным, но записать звук можно

Всякие гибкие ножки, прищепки — это опциональная мишура. Формально такие микрофоны работают, но их чувствительность и качество записи невысоки (слышен шум). Ничто не мешает добавить в схему несколько электронных компонентов, улучшив способность микрофона улавливать тихие звуки.

Типичный представитель электретных микрофонов

Также я не рассматриваю вопрос покупки отдельной звуковой карты. Это уже было в статье «Как настроить микрофон, записать и обработать звук – инструкция для начинающих».

В динамические микрофоны уже встроен усилитель

Схемы усилителей довольно просты, поэтому умеющие пользоваться паяльником люди переделывают микрофоны и наслаждаются жизнью.

Электронщики успешно дорабатывают микрофоны (источник)

Кстати, даже в дешёвых петличках за 100 рублей ставят неплохие электретные модули. Например, у меня есть микрофончик-прищепка Genius десятилетней давности, работает шикарно. После доработки, разумеется.

Кроме низкой чувствительности, на записях можно услышать негромкое шипение. Его можно подавить фильтрами в аудиоредакторе, но когда помехи слишком сильны, очистка от шума исказит полезную часть записи и голос зазвучит глухо, словно из бочки.

Читать также: Чем смазывать перфоратор макита

Шум (в 99% случаев это помехи от электромагнитных полей) появляется на нескольких этапах доставки звука:

1. В электретном капсюле микрофона.
2. В микрофонном предусилителе, если он имеется.
3. При передаче сигнала по не экранированному от помех соединительному кабелю.
4. В усилителе звуковой карты.

Наиболее больное место — звуковая карта компьютера. Замена на более качественную и/или вынос за пределы корпуса компьютера может избавить от шума, но не у всех есть деньги на подобный апгрейд.

Чаще всего пользователь остаётся один на один с дешёвым микрофоном, воткнутом в фоняще-шипящую звуковую карту, распаянную на материнской плате компьютера. Можно попытаться сделать звук громче программно.

Микрофонный усилитель на одном транзисторе

Схема на полевом транзисторе обладает низким уровнем собственных шумов и обеспечивает коэффициент усиления порядка 20 дБ.Для этого потребовалось увеличить напряжение питания до 9 В, поэтому усилитель питается от батарейки типа «Крона» или от источника внешнего питания. При повторении данной схемы нужно помнить, что полевые полупроводниковые приборы боятся статического электричества, поэтому пайку транзистора нужно выполнять заземлённым паяльником и использовать антистатический браслет. Выводы транзистора перед пайкой нужно соединить между собой, обмотав их тонкой медной проволокой. Схемы микрофонных устройств на транзисторах имеют различные технические решения. Они бывают с несколькими каскадами, с автоматической регулировкой усиления и шумоподавлением.

В первом случае через резисторы R4 иR1 на электретный микрофон подаётся напряжение питания необходимое для его работы. Переменный сигнал в частоты с электродинамического прибора подаётся через конденсатор С3 на базу транзистора. Усилитель для динамического микрофона собирается на одном транзисторе обратной проводимости.

Транзистор ВС547 заменяется на КТ3102Е. Правильно собранная схема начинает работать сразу и не требует регулировки. Схема микрофонного усилителя на одном транзисторе не всегда может обеспечить требуемые параметры, поэтому на практике часто применяются схемы имеющие большее число каскадов.

К усилителю микрофона подключается электродинамический микрофон, но схема может быть доработана и для электретного устройства. Для этого электролитический конденсатор С2 меняется на обычный ёмкостью 4,7 мкФ, а в точку его соединения с микро подаётся питающее напряжение через резистор 2-3 кОм. Коэффициент усиления устройства достигает 200 в полосе частот от 40 Гц до 20 кГц. Применение транзисторов разной структуры позволило исключить переходной конденсатор между каскадами. Он обычно вносит заметные искажения в схемы усиления низкой частоты.

↑ Реализация

Я использовал корпус от электронного балласта для галогеновых ламп, вырезал из микрофона Genius шарнир и вклеил его в корпус. Кнопка включения — от клавиатуры настольного телефона Panasonic (есть в продаже на рынках). Стандартные тактовые кнопки имеют или короткий шток и их неудобно нажимать, или шток слишком длинный и врезается в палец, так что поищите то, что лично вам удобно нажимать. Нормально работают кнопки даже с грязными контактами с сопротивлением десятки Ом.

Я собрал несколько усилителей на LM386, и все они работали сразу и без настройки. На одной плате из-за лужения дорожек выход микросхемы был закорочен, при подаче сигнала светодиод гас из-за падения напряжения батареи, но микросхема не сгорела. Усилитель достаточно универсален, и ему можно найти немало применений.

Очевидно, что универсального микрофонного усилителя не бывает. Певцам надо одно, прослушивателям помещений — другое. Есть вопросы и с питанием. Удаление микрофона ото рта увеличивает долю отраженных сигналов и меняет тембр, надо помнить об этом и не удивляться. Что касается Скайпа, я сталкивался с тем, что в ряде случаев чувствительности микрофонного входа недостаточно, проблема действительно есть. Мои попытки сделать усилитель с питанием от выхода микрофонного усилителя компьютера к успеху не привели. Проще сделать автономное питание, которое сможет работать месяцами, и усилитель будет работать с любым компьютером.

Схема микрофонного усилителя на микросхеме

Существует много конструкций микрофонного усилителя на микросхеме. Чаще всего в устройствах применяются операционные усилители, но имеются интегральные компоненты представляющие собой готовый микрофонный канал. Примером такой конструкции является специализированная малошумящая микросхема усилитель микрофонаMAX9814.Она имеет следующие параметры:

• Программируемый коэффициент усиления – 40, 50 и 60 дБ
• Гармонические искажения – 0,04%
• Встроенный источник питания для электретного микро – 2 В
• Температурный диапазон — +80- –400С
• Имеется автоматическая регулировка усиления

Для самостоятельного повторения подойдут схемы на интегральных операционниках.

Схема собрана на отечественном ОУ 157УД2. Это микросхема с очень маленьким уровнем собственных шумов не критичная к напряжению питания.

Высококачественный канал предназначен для работы с электретными микрофона всех типов. В нём используется ОУ BA4558 или JRS4558. Конденсаторы С1 и С4 по 0,22 мкФ. Схема отличается высокой чувствительностью. Не требует регулировки и начинает работать сразу после подачи напряжения питания. В следующем устройстве используется микросхема для микрофона К538УН3Б.

Она очень простая, так как в ней отсутствуют резисторы и для её сборки потребуется только микросхема и четыре конденсатора. Напряжение питания можно снизить до 3 вольт без больших потерь усиления. При повторении конструкций нужно выполнять подключение усилителя микрофона экранированным проводом и экран соединить с корпусом устройства.

↑ Схема

Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.

Резистор R4 необходим, без него может возникнуть возбуждение, которое проявляется в резком увеличении тока потребления. Для работы с наушниками я уменьшал его до 100 Ом, но закорачивать его не советую. Для увеличения усиления до 46 дБ надо впаять конденсатор С. Конденсаторы можно ставить практически любые, в первоисточнике были 10 мкФ и 0,1 мкФ.

Платы я стараюсь рисовать с максимально широкими дорожками, чтобы их можно было нарисовать даже спичкой. Светодиод и кнопка питания выведены на крышку корпуса. К радиостанциям других фирм усилитель не подключал, но думаю, что разъемы и чувствительность у них стандартные, тем более что усиление можно регулировать. Чтобы этим не занимались на досуге дежурные, я сделал в крышке корпуса отверстие под тонкую отвертку.

Усилитель с микрофонным входом

Низкочастотные конструкции, предназначенные для усиления сигналов звуковой частоты, всегда оборудуются одним или несколькими микрофонными входами. Это самые чувствительные входы звукового канала. При работе внешних звуковых устройств следует избегать подключения девайсов с большими уровнями выходного сигнала к микрофонным входам УНЧ. Это может вызвать отказ входных транзисторов или интегральных микросхем. Профессиональные устройства оснащены разъёмами XLRкоторые позволяют подавать фантомное питание на конденсаторные микрофоны.

↑ Входной трансформатор

Вообще, что же из себя должен представлять входной трансформатор микрофонного преампа:

• Определенный коэффициент трансформации (желательно от 1:7 до 1:16)
• Сердечник из пермаллоя (лучшая АЧХ)
• Броня из стали или лучше из пермаллоя
• Определенное сопротивление первичной обмотки по постоянному току

Если с первыми 3 пунктами в общем-то все понятно, то что же с 4? Какое-такое определенное? А вот тут мнение различается, причем местами радикально. Кто-то уверяет, что сопротивление должно быть равно сопротивлению источника по постоянному току. В моем случае это было около 250 Ом, посему я и подобрал трансформатор именно с таким сопротивлением. Однако, есть мнение, что очень даже подойдут трансформаторы с сопротивлением на порядок меньше, чем у источника. Ровно как и обитает мнение, что будет лучше на порядок больше. Ну, на порядок меньше трансформатора у меня не было, а вот на порядок больше пробовал и, честно говоря, не обнаружил никакой разницы (на слух).
Про коэффициент трансформации тоже нужно заикнуться. Почему именно такой? Почему не меньше?

Во-первых

, основная причина в том, что лампа имеет весьма высокое входное сопротивление. И если к ней напрямую подключить микрофон, то получится то же, что и при подключении его к ноутбуку- часть частот просто поглотится. И это с довеском в виде наводок. Именно потому и нужен трансформатор, способный согласовать одно с другим. Как именно? Очень просто! Коэффициент масштабирования сопротивления равен квадрату коэффициента трансформации. Иными словами, если у меня трансформатор с коэффициентом трансформации 1:7 и я к нему подключаю микрофон с сопротивлением 250 ом, то для лампы это будет, словно я подключил к ней источник с сопротивлением 250 * (7×7) = 12250 Ом! Это отличный показатель, такое сопротивление для лампы будет очень даже к месту.

Во-вторых

— шум. Современные транзисторные преампы довольно мало шумят. Это связанно, разумеется, с более совершенной технологией и особенностями конструкции. Точнее- отсутствии теплового шума. Да чему там прямо так особо нагреваться? А лампы, чего уже говорить, просто настоящий обогреватель! Только температура баллона лампы 6Н2П может достигать 90 градусов, что же там творится на спирали накала? Разумеется, тепловой шум там приличный. Особенно, если источника такой слабый, как микрофон. Тогда для приведения уровня сигнала к норме, приходится сильно увеличивать коэффициент усиления, за счет чего увеличивается и уровень этих самых шумов. А прибор с большим количеством шумов ну никак не может тянуть на уровень сколь нибудь хороший. А тут простой вариант — поставить на вход трансформатор и увеличить сигнал (в моем случае) в 7 раз! Значит, усиление лампы можно ослабить в 7 раз, и ровно во столько же раз уменьшатся шумы. Просто и со вкусом. Но почему тогда я указал, что коэффициент трансформации нужен до 1:16? Можно же вообще увеличить сигнал трансформатором до упора, а лампу так, как буфер поставить? Нет, так не выйдет, пойдут в дело собственные искажения трансформатора, что ухудшит характеристики преампа.

Ну и в-третьих

, трансформатор на входе дает то, что не могут дать ни транзисторы, ни лампы- полноценный балансный вход с гальванической развязкой. Те, кого ударяло током с микрофона в губы на репетициях или концертах меня поймут прекрасно.

С типом трансформатора разобрались, теперь полезем в интернет искать их. Обалдеть, да у них ценник от 1500 рублей! Подождите, не туда смотрите. Да, есть профессиональные трансформаторы, но нам-то сейчас это не нужно! Поэтому идем на развал или барахолку. Что искать: старые промышленные модемы невысоких скоростей (до 56 кбит в секунду), старые радиорелейные системы, старые устройства для RS-232 или RS-485, прочую старую цифровую лабуду. Мне попался очень занятный блок от радиорелейной системы. Именно в нем я нашел вот такие замечтательные трансформаторы:

Надо сказать, что меня слегка удивил большой размер трансформатора и малый вес. И, разумеется, я отогнул крепеж кожуха, чтобы посмотреть, что внутри. Внутри меня ждал небольшого размера трансформатор, весьма небольшого. Нечто наподобие трансформаторов в микрофонах и… обычных компьютерных модемах для телефонных линий!

Да, за исключением отсутствия брони, трансформаторы из некоторых модемов готовы к употреблению в преампе, ведь все как по заказу — пермаллоевый сердечник, коэффициент трансформации примерно 1:7.5, сопротивление первичной обмотки около 300 Ом. Но бывают и исключения. Впрочем, всего-то что и нужно — иметь намоточный станок или терпение.

Как программно усилить звук

Может оказаться, что звуковая карта в компьютере установлена хорошая. Тогда включение усиления микрофона поможет.

Жмите правой кнопкой по значку динамика

Правой кнопкой по подключённому микрофону — Свойства

В свойствах найдите вкладку «Уровни», там будут настройки усиления звука.

Усиление микрофона на вкладке «Уровни». Не забудьте нажать ОК

В зависимости от драйвера звуковой карты вместо ползунков может быть опция «Mic boost» или вовсе ничего.

К сожалению, с полезным звуком усиливается шум.

Если не засовывать микрофон в рот и не включать усиление, тихая запись в аудиоредакторе выглядит так:

Те, кто работал в Audacity, сразу поймут: запись недостаточно громкая. Включаем усиление и… увы, вместе с голосом усилится шум:

Для общения по Скайпу это приемлемо. А если в драйвере можно включить фильтр шумоподавления, жизнь прекрасна. Пускай голос звучит словно из бочки — слова разобрать можно и ладно.

Но для записи подкастов, видеуроков и тем более вокала нужен хороший источник звука. Никто не захочет слушать постоянное «шшш» на фоне даже самого приятного голоса в мире.

Помните!

Усиление чувствительности микрофона не всегда способствует качественной записи: чем лучше слышны окружающие звуки, тем сильнее они зазвучат на записи. И если вы записываете подкаст в комнате с чирикающим попугайчиком, сильное усиление сигнала будет только мешать. Нужно поймать баланс между чувствительностью, шумом помех и фоновыми звуками так, чтобы при обработке от лишних элементов можно было избавиться.

Как правильно подключить микрофон

Чтобы добиться качественного звучания, нужно знать, как подключить микрофон к компьютеру. Не все понимают, что за разноцветные входы расположены на задней панели настольного компьютера. С ноутбуками проще: возле разъёмов всегда найдутся поясняющие значки, на настольных ПК это роскошь.

(Могут наличествовать разъемы для подключения дополнительных колонок, что отлично подходит для создания домашнего кинотеатра, они нам не нужны.)

Основных разъёма три: выход на колонки (наушники), микрофонный и линейный входы, каждому присвоен определённый цвет.

Зачем нужны микрофонный вход и выход на динамики/наушники, понятно из названия. А с линейным (Line in) ситуация интереснее. Он тоже предназначен для записи звука, но устроен проще.

На устройство, подключённое к микрофонному разъёму, подаётся напряжение (так называемое «фантомное питание»), а обратный сигнал проходит через усилитель. Отсюда и возникает шум на записи: во-первых, подаваемое питание имеет свою частоту, во-вторых, электронные компоненты звуковой карты ловят и делают громче все помехи и сигналы с микрофона и окружающих устройств.

Линейный вход фантомного питания не имеет, да и усилителя как такового нет. Сигнал нужен мощный, но зато при оцифровке сигнала примешивается минимум постороннего шума. Например, можно взять старый кассетный плеер и подключить к Line in его выход на наушники — так получится оцифровать аудиокассеты.

Электретные и конденсаторные микрофоны нельзя просто взять и подключить к линейному входу. Точнее, электретный заработает, но без питания он, будучи генератором очень слабого тока, выдаст слишком тихий звук, практически неслышимый.

Что же делать? К чему знать эту заумь? А к тому, что существует два вида усилителей, способные повысить громкость звука, подключаемые либо к микрофонному, либо к линейному входам. И нужно понимать, какой вариант вам подходит.

1. Встроенные в микрофон, питающиеся от идущего по микрофонному кабелю напряжения. Усиливают сигнал до 10 раз (в децибелах точно не могу сказать), сильно уязвимы для помех.
2. Со внешним питанием от батареек или отдельного блока. Могут усиливать сигнал в 10-1000 раз и подключаются к линейному входу. Шум никуда не исчезает, но относительно полезного сигнала он в сотню раз тише, поэтому, подключив даже дешёвую сторублёвую петличку через усилитель, можно получить качественный звук.

Читать также: Обрезиненные ролики для станков

То есть в идеале микрофон нужно подключить через усилитель к линейному входу и всё будет ОК.

↑ О питании

Делайте питание, как вам больше нравится, ставьте стабилизаторы, электронные фильтры и задержки подачи анодного напряжения. Паяльник вам в руки! У меня всё было проще. На фотке выше видно большой и страшный тороидальный трансформатор, дающий 6.3 и 12 в на выходе, плату блока питания, которая выпрямляет 12 Вольт и, при помощи трансформатора «перевертыша», из 6.3 делает 220, которые после выпрямляются и превращаются в нужные нам 300-310 Вольт постоянки. 12 Вольт мне было нужно для питания выходного буфера (на задней стенке корпуса) который пришлось добавить для выполнения очень специфических задач. Обычно он совершенно не нужен.

↑ О других деталях

Теперь вернемся к нашей схеме. Она отличается простотой. Отдельных моментов заслуживают лишь следующие детали: С3 и С4 — это конденсаторы подавляющие возбуждение или звон. Рекомендуется (при возможности, разумеется) их не ставить. Но увы, возможность такая бывает не часто. Точно нельзя сказать, что именно влияет на появление возбуждения, то-ли разводка, то-ли лампа, то-ли корпус… Но одно точно — возбуждение дает звуку отвратительный оттенок. Увидеть его можно только на хорошем осциллографе, потому если есть сомнения, их лучше поставить. R6 — это резистор, задающий усиление. Вместо него (как раз на нарисованные контакты) можно подключить обычный переменный резистор сопротивлением 15-20 кОм, организовав таким образом регулятор «Gain». Я именно так и сделал. Более ничего. Неправда ли, очень просто?