Zasilanie phantom. Jak działa i czy może uszkodzić np. mikrofon dynamiczny

Pomimo tego, iż każdy wie, co to jest i do czego służy, tak naprawdę wielu nie do końca zna zasadę działania fantoma, np. jak wygląda dystrybucja tego napięcia.

W związku z tym pojawia się wiele spekulacji i „prawd objawionych”, iż pozostawienie włączonego fantoma na danym kanale i podłączenie doń urządzenia, które takiego zasilania nie wymaga, może skończyć się uszkodzeniem tegoż urządzenia. Chodzi np. o mikrofony wstęgowe, czy też ogólnie dynamiczne. Jak to więc jest naprawdę z tym fantomem – może, czy nie może uszkodzić? Można zostawić włączony fantom, czy przed podłączeniem do danego wejścia urządzenia innego niż wymagającego zasilania Phantom wyłączyć je? A jeśli tak, to co z mikserami, które mają globalny włącznik Phantom power dla wszystkich albo grupy kanałów? A może – co też niektórzy praktykują – w ogóle, podłączając jakiekolwiek urządzenie, włącznie z mikrofonami pojemnościowymi, powinniśmy upewnić się, że Phantom jest w tym kanale wyłączony?
Żeby odpowiedzieć sobie na te pytania, najpierw musimy poznać „naszego wroga”, czyli

ZASADĘ DZIAŁANIA ZASILANIA PHANTOM

W tym celu spójrzmy na przedstawiony obok schemat elektryczny przykładowego kanału z zasilaniem fantomowym, do którego podłączamy zwykły mikrofon dynamiczny.

Phantom power to (przeważnie) napięcie o wartości +48 V, które jednak – pomimo dość sporej wartości – „generuje” niewielki przepływ prądu w obwodzie, od kilkudziesięciu mikroamperów do maksymalnie 10 mA. Układ zasilania napięciem Phantom zaczyna się od włącznika tejże funkcji (w konsolecie, preampie, interfejsie audio itp.), który na naszym schemacie znajduje się skrajnie z prawej strony. Podane w ten sposób na wejście układu napięcie +48 V (pochodzące z jakiegoś źródła napięcia, najczęściej z zasilacza lub ewentualnie przetwornicy, jeśli urządzenie podające napięcie zasilane jest z baterii) napotyka na swej drodze rezystor (opornik) R3, który ładuje kondensator C3. Jest to nic innego, jak zwykły filtr górnozaporowy, który sprawia, iż składowe zmienne nie przedostają się na wyjście +48 V DC (bo i po cóż nam tam one – tylko wprowadzałyby niepożądane zakłócenia do sygnału użytecznego).

Jak widać, dalej napięcie Phantom jest rozdzielane i poprzez rezystory R1 i R2, o wartości 6,8 kΩ, podawane na piny 2 i 3 złącza (gniazda) XLR. Techniczne rzecz ujmując, mamy więc na obu pinach, a więc również w obu żyłach dołączonego doń przewodu symetrycznego, to samo napięcie względem masy (ekranu przewodu) – 48 V między pinem 2 (hot) a masą (pin 1), i również 48 V między pinem 3 (cold) a masą (pin 1). Oznacza to, że między pinem 2 i pinem 3, na których występuje ten sam potencjał (+48 V), różnica wynosi 0 – a różnica potencjałów to właśnie napięcie. Tak więc – reasumując – między pinami 2 i 3 nie występuje żadne napięcie, albo inaczej, występuje napięcie o wartości 0 V. Dlatego też między tymi pinami, cokolwiek pomiędzy nimi podłączymy, nie będzie płynął żaden prąd. Stąd ważną rzeczą jest, aby rezystory R1 i R2 miały tolerancję 1%, bowiem jakakolwiek różnica między wartościami ich rezystancji powodować będzie, iż potencjały na pinie 2 i 3 nie będą miały dokładnie tej samej wartości i wtedy pojawi się pewna niezerowa różnica między nimi, a więc napięcie.

PODŁĄ CZAMY MIKROFON DYNAMICZNY DO FANTOMA

Popatrzmy teraz na lewą stronę naszego schematu – mamy tu pokazany podłączony do naszego złącza XLR z załączonym napięciem fantomowym zwykły mikrofon dynamiczny. W takim mikrofonie oba końce ruchomej cewki przetwornika podłączone są do pinów 2 i 3 XLR-a. Ponieważ napięcie między pinami 2 i 3 jest zerowe, cewka mikrofonu „nie wie”, że jakiekolwiek napięcie fantomowe jest włączone, i żaden prąd przez to napięcie wywoływany przez nią nie przepływa. A ponieważ masa w mikrofonie dynamicznym jest podpięta bezpośrednio do obudowy, a cewka jest od niej odseparowana, napięcie między pinami 2 i 3 a masą również w żaden sposób nie wpływa na to, co dzieje się w cewce. Przynajmniej dopóki używamy właściwych kabli, w których nie mamy jednej żyły zwartej do masy. Ale nawet i w takim przypadku większość mikrofonów dynamicznych zupełnie się tym „nie przejmie”, bowiem wiele „dynamików” ma wbudowany transformator separujący (jak to pokazuje schemat na poprzedniej stronie), który jest „niewrażliwy” na stałe napięcie, nie pozwalając mu „dotrzeć” do cewki – nawet w przypadku zastosowania kabli, w których jedna żyła jest zwarta do masy (ekranu).

Są też mikrofony dynamiczne – aczkolwiek bardzo nieliczne – które wręcz wymagają zasilania fantomowego. Takie przetworniki ma w swojej ofercie firma Heil Sound, nowy mikrofon do stopy AKG – D12VR – również można (aczkolwiek nie trzeba, jeśli nie chce się korzystać z dodatkowych funkcji) zasilić napięciem Phantom. Mikrofony Heil Sound także nie wymagają do poprawnej pracy fantoma, jednak podanie nań takowego „pobudza” do pracy zamontowane w nich układy elektroniczne, które pozwalają uzyskać mocniejszy sygnał wyjściowy – co może być przydatne w przypadku przesyłania sygnału z mikrofonu na dalsze odległości, np. w przypadku nagrań dużych składów orkiestrowych lub chórów.

A CO Z MIKROFONAMI WSTĘGOWYMI I LAMPOWYMI?

Większość kapsuł mikrofonów wstęgowych również na wyjściu jest izolowana, elektronicznie lub transformatorowo, tak więc zasilanie fantomowe – nawet w przypadku stosowania złych kabli – nie jest w stanie wyrządzić im krzywdy. Inna sprawa, że wiele „wstęgowców” wyprodukowanych w ostatnim dziesięcioleciu wręcz wymaga podania takiego zasilania, wyposażone są one bowiem we wbudowane przedwzmacniacze, które bez zasilania pracować nie mogą.

Mikrofony lampowe z kolei mają własne zasilacze, wymagają bowiem dużych wartości napięć i sporych prądów do zasilania lamp elektronowych. Mało tego, wyjścia mikrofonów lampowych wyposażone są w transformator izolujący, które chroni tym razem przedwzmacniacze mikserów przed zbyt wysokim napięciem stałym, które mogłoby trafić na ich wejście. Ten sam transformator działa też w drugą stronę, tzn. może chronić elektronikę mikrofonu lampowego przed ewentualnym niechcianym napięciem fantomowym. Tak więc mikrofony lampowe są „niewrażliwe” na napięcie fantomowe, włącznie z sytuacjami, gdy podłączymy je do miksera/preampu kablem z żyłą zwartą do masy.

KIEDY PHANTOM MOŻE USZKODZIĆ URZĄDZENIE

Jest kilka scenariuszy, kiedy podane zasilanie fantomowe może zakłócić pracę, a nawet uszkodzić urządzenie, które takowego zasilania nie wymaga.

1. Urządzenia elektroniczne z wyjściem niesymetrycznym, podłączone do wejścia mikrofonowego. Przykładem mogą tu być odtwarzacze mp3, iPody, iPhone’y czy smartfony, odbiornik konsumenckiego systemu bezprzewodowego czy laptop podłączony z wyjścia słuchawkowego. Urządzenia te, dysponujące wyjściem niesymetrycznym „z definicji”, powodują zwieranie sygnału „zimnego” (pin 3) do masy, co w efekcie sprawia, że na wyjście urządzenia pomiędzy pinem 2 i 1 pojawia się napięcie 48 V.

2. Podanie napięcia Phantom na wyjście starszego (sprzed roku 1970) mikrofonu wstęgowego bez izolowanego wyjścia, w przypadku podłączenia go złym kablem (ze zwartym ekranem do pinu 2 lub 3 w XLR-ze).

Teoretycznie scenariusze te mogą spowodować uszkodzenie wyjścia wspomnianych wyżej urządzeń elektronicznych lub starszego „wstęgowca” – co nie znaczy, że muszą. W rzeczywistości bowiem prąd wywołany napięciem fantomowym ma niewielką wartość, która często nie jest w stanie uszkodzić wyjścia słuchawkowego mp3-jek czy samrtfonów, nie mówiąc już o cewkach mikrofonów dynamicznych. Rezystory R1 i R2 limitują prąd płynący w obwodzie urządzenia podłączonego do napięcia fantomowego +48 W do wartości 0,007 A, a więc tylko 7 mA (co można szybko obliczyć, korzystając z prawa Ohma, dzieląc 48 V przez 6.800 omów). O ile jednak cewki „dynamików” faktycznie owe 7 mA są w stanie „przetrawić” bez żadnego uszkodzenia, o tyle załączenie napięcia fantomowego powodującego skokowy przepływ 7-miliamperowego prądu przez wstęgę mikrofonu może spowodować efekt porównywalny z gwałtownym dmuchnięciem w nią, co może skończyć się dla niej tragicznie.

3. Jest jeszcze jeden przypadek, w którym załączony Phantom może spowodować uszkodzenie urządzenia. Nawet jeśli wspomniane wyżej urządzenia radzą sobie nieźle z włączonym napięciem Phantom, o tyle w samym momencie załączenia tegoż napięcia, albo też i w momencie podłączania urządzenia, może wydarzyć się coś, co spowoduje jego uszkodzenie. Na przykład nie powinno się nigdy krosować sygnałów „niosących” również zasilanie Phantom na krosownicy z gniazdami jack ¼”. Ze swej natury w momencie wpinania wtyku jack ¼” do gniazda następuje krótkotrwałe zwarcie sygnałów podłączonych do poszczególnych elementów wtyku i gniazda jack (końcówki, pierścienia i korpusu). Tak więc jeśli na drugim końcu kabla będziemy mieli w tym momencie podłączone jakieś „delikatne” urządzenie, na krótki moment może być poddane napięciu +48 V tam, gdzie go być nie powinno.

REASUMUJĄC

Zasilanie Phantom jest zazwyczaj nieszkodliwe dla urządzeń, które takowego nie wymagają, choć nieprzyjemnie dla uch brzmi „strzał” w momencie podłączania do wejścia z włączonym fantomem takiego urządzenia. Inna sprawa, że taki „strzał” może samego urządzenia nie uszkodzić, ale spowodować małe spustoszenie w systemie nagłośnieniowym, słuchawkach lub nawet… naszym aparacie słuchowym. Pomimo tego że znakomita większość mikrofonów dynamicznych, wstęgowych czy lampowych „nic sobie nie robi”, jeśli niepotrzebnie zasilimy je fantomem, to jednak nasz często nietani zestaw mikrofonów powinien być przez nas dobrze chroniony i nie należy ryzykować ich uszkodzenia spowodowanego nieszczęśliwym zbiegiem okoliczności i wadliwym kablem za 50 zł. Tak więc jeśli macie taką możliwość, zawsze wyłączajcie Phantom power w kanałach, do których podłączacie urządzenia takiego zasilania nie potrzebujące.

Z drugiej jednak strony nie należy przesadnie „trząść portkami”, jeśli macie mikser z możliwością wyłączenia Phantoma tylko we wszystkich lub w pewnej grupie kanałów – jeśli używacie przetestowanych i sprawnych kabli symetrycznych, nie ma obaw, aby do wejścia z załączonym fantomem podłączyć mikrofon dynamiczny czy wstęgowy. Jeśli zaś obawiacie się o „życie” Waszej mp3-ki, iPhone’a lub smartfona, użyjcie między nim a mikserem pasywnego albo aktywnego D.I boxa. Aczkolwiek jeśli takiej możliwości nie będziecie mieć, obstawiam, że w 99 przypadkach na 100 i tak nic złego im się nie stanie. Oczywiście w tym jednym przypadku na 100, gdy taki zabieg się nie uda, nie ciągajcie mnie po sądach – wszak przy połączeniach niesymetrycznych takiej 100-procentowej gwarancji nie ma.

Armand Szary