Potocznie mianem mikrofonu pomiarowego określa się zestaw kapsuły mikrofonowej oraz przedwzmacniacza. Artykuł przedstawia podział obu elementów ze względu na sposób ich zasilania, dzieląc zarówno kapsuły jak i przedwzmacniacze na dwie grupy CCP i LEMO. Poszczególne elementy zostaną przedstawione pod względem konstrukcji, parametrów technicznych i ceny mikrofonu wraz z okablowaniem.  

Porównanie przedwzmacniaczy i kapsuł mikrofonowych

Przedwzmacniacze razem z kapsułami mikrofonowymi stanowią integralną część tego co nazywamy mikrofonami pomiarowymi. Podstawowym zadaniem przedwzmacniaczy jest dostosowanie sygnału wyjściowego z kapsuły mikrofonu do przesyłu na większe odległości. Wyjście mikrofonu pojemnościowego charakteryzuje się bardzo wysoką impedancją, co sprawia, że sygnał jest wrażliwy na obciążenia pojemnościowe kabli. Przedwzmacniacz, posiadający wysoką impedancję wejściową i niską impedancję wyjściową, eliminuje te problemy, zapewniając minimalne straty sygnału nawet w dłuższych przewodach.

Mimo swojej nazwy, przedwzmacniacz zazwyczaj nie wzmacnia sygnału z mikrofonu – wręcz przeciwnie, często redukuje jego wzmocnienie, zwykle o około -0,3 dB. Dzięki temu sygnał jest przygotowany do przesyłu i analizy w analizatorach audio oraz systemach akwizycji.

Zarówno kapsuły pomiarowe jak i przedwzmacniacze mogą zostać na dwa typu ze względu na sposób ich zasilania. 

Do poprawnego działania przedwzmacniacze wymagają zewnętrznego zasilania, co jest podstawą do ich klasyfikacji. Istnieją dwa główne typy zasilania: LEMO oraz CCP. Oba rozwiązania mają różne charakterystyki, zastosowania i wymagania.

Przedwzmacniacze LEMO

Zasilanie LEMO, było pierwszą technologią stosowaną w mikrofonach pomiarowych. Przedwzmacniacze tego typu są zasilane napięciem i korzystają z wielożyłowych kabli zakończonych wielo-pinowym złączem LEMO. Złącza te są dostępne w różnych wariantach (4, 5 lub 7 pinów) i przenoszą kilka sygnałów jednocześnie, takich jak:

• Sygnał wyjściowy z mikrofonu,
• Napięcie zasilania przedwzmacniacza,
• Napięcie polaryzacji kapsuły mikrofonowej.

Przedwzmacniacze LEMO działają jako układy sterowane napięciowo, wykorzystujące zarówno zasilanie jednobiegunowe, jak i dwubiegunowe (niektóre przedwzmacniacze obsługują oba rodzaje zasilania, takie jak +/-15V, +/-60V, +28V i +120V). 

Rys. 1  - Rozkład pinów w przewodzie LEMO

Rys. 2 - GRAS-26AC-1 - przedwzmacniacz mikrofonowy LEMO - nasze zestawy mikrofonowe

Kapsuła mikrofonowa LEMO

Kapsuły LEMO wymagają zewnętrznej polaryzacji (zwykle +200V), która dostarczana jest poprzez dedykowany zasilacz. Główną zaletą tych mikrofonów jest możliwość pomiarów w szerszym zakresie amplitudowym, związany z napięciem zasilającym, przekładając się na zwiększenie dynamiki o ok. 8-10 dB względem kapsuł CCP. Mikrofony zewnętrzne polaryzowane są również bardziej stabilne w pomiarach wykonywanych w warunkach wysokich temperatur.

Rys. 3 - GRAS 40 AC - mikrofon zewnętrznie polaryzowany LEMO - nasze zestawy mikrofonowe

Zasilanie stałoprądowe CCP

Przedwzmacniacze CCP (ang. Constant Current Power) to technologia, znana również jako IEPE, ICP ® lub CCLD. Działa w systemie dwużyłowym, gdzie jedna żyła służy zarówno do przesyłu sygnału wyjściowego, jak i do zasilania przedwzmacniacza. Druga pełni rolę masy.

W CCP zasilanie zapewniane jest przez źródło stałoprądowe (od 2 mA do 20 mA, nominalnie 4 mA), które generuje napięcie polaryzacyjne o wartości 12V DC. Sygnał wyjściowy z mikrofonu jest nałożony na stały poziom napięcia, co zapewnia jego stabilność i odporność na zakłócenia.

Przedwzmacniacze CCP korzystają z prostszych złącz i kabli, takich jak:

• Złącza BNC,
• Złącza Microdot 10/32,
• Złącza SMB.

Należy pamiętać, że przedwzmacniacze CCP mogą być używane wyłącznie z kapsułami mikrofonowymi prepolaryzowanymi. Przykłady modeli GRAS w tej kategorii to 26CA, 26CB, 26CC, 26CF i 26CK.

Rys. 4 - GRAS 26CA przedwzmacniacz mikrofonowy CCP - nasze zestawy mikrofonowe

Kapsuła mikrofonowa CCP

Kapsuły CCP dzięki dodatkowej warstwie elektretowej nie wymagają zewnętrznego napięcia polaryzacyjnego. Chociaż koszt samej kapsuły CCP jest wyższy, dzięki uproszczonej konstrukcji przedwzmacniacza i przewodów, finalny koszt kanału pomiarowego jest niższy. Dodatkowo zasilacze wymagane dla zestawów mikrofonowych CCP (IEPE/ICP ®) często są integralną częścią systemu akwizycji, co również zmniejsza koszt finalnej inwestycji.

Rys. 5 - Analizator APx517B posiada dwa niezbalansowane złącza z zasilaczami CCP oraz dwa złącza zbalansowane z zasilaniem Phantom.

Rys. 6 - Warstwa elektretu, w konstrukcji mikrofnów prepolaryzoanych

Podsumowanie

Wybór pomiędzy mikrofonami LEMO i CCP powinien zostać rozpatrzony w większym kontekście pomiarowym. Mikrofony LEMO ze względu na wyższe zaawansowanie całego układu wymagać będą finalnie większych nakładów finansowych na każdy kanał pomiarowy, oferując przy tym większy zakres i odporność wpływu wyższych temperatur otoczenia na wyniki. Z drugiej strony w większości sytuacji zakres mikrofonów CCP pozwala na pokrycie wymagań pomiarowych, zachowując przy tym znacznie mniejszy koszt całkowitego kanału pomiarowego.