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.

© Александр Филин
© Адада
Санкт-Петербург, 2009
При полном или частичном использовании
материалов ссылка на «Adada.Ru» обязательна!

к началу статьи Технология производства и ремонта ламповых микрофонов