что такое аттенюатор в микрофоне
Аттенюаторы
Аттенюаторы – это пассивные устройства, но их удобнее рассматривать вместе с децибелами. Аттенюаторы используются для ослабления сигнала, например, для уменьшения высокого уровня сигнала генератора для обеспечения низкого уровня, необходимого для подачи на антенный вход чувствительного радиоприемника (рисунок ниже). Аттенюатор может быть, как встроен в генератор сигналов, так и быть отдельным устройством. Он может обеспечивать фиксированный или регулируемый уровень ослабления. Секция аттенюатора может также обеспечивать изоляцию между источником и проблемной нагрузкой.
В случае, когда аттенюатор является отдельным устройством, он должен быть помещен между источником сигнала и нагрузкой в разрыв пути прохождения сигнала, как показано на рисунке выше. Кроме того, его импеданс должен совпадать и с импедансом источника Zi, и с импедансом нагрузки Zн, обеспечивая при этом указанную величину затухания. В этом разделе мы рассмотрим только конкретный, и самый распространенный, случай, когда выходное сопротивление источника и сопротивление нагрузки равны.
Наиболее распространенные типы аттенюаторов – секции Т и П типа.
Когда необходимо больше ослабить сигнал, несколько секций аттенюатором можно включить каскадно, как показано на рисунке ниже.
Децибелы
Отношения напряжений, используемые при разработке аттенюаторов, часто выражаются в децибелах. Безразмерный коэффициент ослабления напряжения (далее К) может быть получен из ослабления, выраженного в децибелах. Коэффициенты отношения мощностей, выраженные в децибелах, складываются. Например, аттенюатор 10 дБ, следующий за аттенюатором 6 дБ, обеспечит общее затухание 16 дБ.
10 дБ + 6 дБ = 16 дБ
Замечаемое изменение уровней звука примерно пропорционально логарифму отношения мощностей (Pвх/Pвых).
Изменение уровня звука на 1 дБ едва заметно для слушателя, в то время, как 2 дБ замечается легко. Ослабление на 3 дБ соответствует уменьшению мощности наполовину, а усиление на 3 дБ соответствует удвоению уровня мощности.
Изменение мощности в децибелах и отношение мощностей связаны формулой:
Предполагая, что нагрузка Rвх для Pвх такая же, как и резистор Rвых для Pвых (Rвх = Rвых), значения в децибелах могут быть получены из отношений напряжений (Uвх/Uвых) и токов (Iвх/Iвых):
Наиболее часто используются две формулы для децибелов:
Пример
Мощность на входе аттенюатора 10 ватт, мощность на выходе 1 ватт. Найти ослабление в децибелах.
\(dB= 10 \log_<10>(P_ <вх>/ P_<вых>) = 10 \log_ <10>(10 /1) = 10 \log_ <10>(10) = 10 (1) = 10\, дБ\)
Пример
Найти коэффициент ослабления напряжения ( K=(Uвх/Uвых) ) для аттенюатора 10 дБ.
Пример
Мощность на входе аттенюатора 100 милливатт, мощность на выходе 1 милливатт. Найти ослабление в дБ.
\(dB = 10 \log_<10>(P_ <вх>/ P_<вых>) = 10 \log_ <10>(100 /1) = 10 \log_ <10>(100) = 10 (2) = 20\, дБ\)
Пример
Найти коэффициент ослабления напряжения ( K=(Uвх/Uвых) ) для аттенюатора 20 дБ.
Аттенюатор Т-типа
Аттенюаторы Т и П типа подключаются к комплексным сопротивлениям Z источника и Z нагрузки. Z со стрелкой, направленной от аттенюатора, на рисунке ниже означает импеданс аттенюатора. Z со стрелкой, направленной на аттенюатор, означает, что к аттенюатору с сопротивлением Z подключается устройство с сопротивлением Z, в нашем случае Z = 50 Ом. Данное сопротивление постоянно (50 Ом) по отношению к ослаблению – при изменении ослабления импеданс не меняется.
В таблицах ниже приведены списки номиналов резисторов для аттенюаторов Т и П типа при одинаковых импедансах источника и нагрузки, равных 50 Ом, обычно используемых при работе на радиочастотах.
Телефонное оборудование и другая звуковая техника часто требует использования 600 Ом. Умножьте все значения R на отношение (600/50), чтобы аттенюатор соответствовал требованиям 600-омной техники. Умножение на 75/50 преобразует таблицу значений для соответствия 75-омным источнику и нагрузке.
dB – ослабление в децибелах
Z – импеданс источника/нагрузки (активное сопротивление)
\[R_1 = Z \left( \frac
| Ослабление | R1, Ом | R2, Ом | |
|---|---|---|---|
| децибелы | K = Uвх/Uвых | ||
| 1.0 | 1.12 | 2.88 | 433.34 |
| 2.0 | 1.26 | 5.73 | 215.24 |
| 3.0 | 1.41 | 8.55 | 141.93 |
| 4.0 | 1.58 | 11.31 | 104.83 |
| 6.0 | 2.00 | 16.61 | 66.93 |
| 10.0 | 3.16 | 25.97 | 35.14 |
| 20.0 | 10.00 | 40.91 | 10.10 |
Величину ослабления принято указывать в дБ (децибелах). Хотя нам нужен и коэффициент отношения напряжений (или токов), чтобы найти значения резисторов из формул. Посмотрите на формулу выше с возведением числа 10 в степень dB/20 для вычисления отношения напряжений K из децибелов.
Т-тип (и приведенный ниже П-тип) – это наиболее часто используемые типы аттенюаторов, так как они двунаправлены. То есть, вход и выход аттенюатора можно поменять местами, и его импеданс всё так же будет соответствовать импедансам источника и нагрузки, и он так же будет обеспечивать точно такое же затухание.
Отключив источник и взглянув на аттенюатор со стороны входа в точке Uвх, мы должны увидеть ряд последовательных и параллельных соединений R1, R2, R1 и Z, образующих эквивалентное сопротивление Zвх, такое же, как и импеданс Z источника/нагрузки (нагрузка Z всё еще подключена к выходу):
\(Z_ <вх>= R_1 + (R_2 ||(R_1 + Z))\)
Например, подставим в формулу значения R1 и R2 для 50-омного аттенюатора 10 дБ, как показано на рисунке ниже.
\(Z_ <вх>= 25.97 + (35.14 ||(25.97 + 50))\)
\(Z_ <вх>= 25.97 + (35.14 || 75.97 )\)
\(Z_ <вх>= 25.97 + 24.03 = 50\)
Это показывает нам, что мы увидим 50 Ом при взгляде на аттенюатор со стороны входа (рисунок ниже) при нагрузке 50 Ом.
Вернув источник сигнала, отключив нагрузку Z в точке Uвых и взглянув на аттенюатор со стороны выхода, мы должны получить такую же формулу, что и выше, для импеданса в точке Uвых, благодаря симметрии.
Аттенюатор 10 дБ с входным/выходным сопротивлением Z = 50 Ом.
Аттенюатор П-типа
Ниже приведена таблица номиналов резисторов аттенюатора П-типа для импеданса источника/нагрузки 50 Ом для наиболее частых значений затухания. Резисторы, соответствующие другим значениям затухания, могут быть рассчитаны по формулам.
\[R_4 = Z \left( \frac
| Ослабление | R3, Ом | R4, Ом | |
|---|---|---|---|
| децибелы | K = Uвх/Uвых | ||
| 1.0 | 1.12 | 5.77 | 869.55 |
| 2.0 | 1.26 | 11.61 | 436.21 |
| 3.0 | 1.41 | 17.61 | 292.40 |
| 4.0 | 1.58 | 23.85 | 220.97 |
| 6.0 | 2.00 | 37.35 | 150.48 |
| 10.0 | 3.16 | 71.15 | 96.25 |
| 20.0 | 10.00 | 247.50 | 61.11 |
Применим приведенные выше значения к аттенюатору на рисунке ниже.
С какими номиналами понадобятся резисторы для аттенюатора П-типа с ослаблением 10 дБ и для работы с источником и нагрузкой 50 Ом?
Аттенюатор П-типа на 10 дБ с входным/выходным сопротивлением Z = 50 Ом.
10 дБ соответствуют коэффициенту ослабления напряжения К=3,16 в предпоследней строке в таблице выше. Переместите номиналы резисторов из этой строки на схему (рисунок выше).
Аттенюатор Г-типа
В таблице ниже приведен список номиналов резисторов для аттенюаторов Г-типа для 50-омных источника и нагрузки.
\[R_5 = Z \left( \frac
| Ослабление | R5, Ом | R6, Ом | |
|---|---|---|---|
| децибелы | K = Uвх/Uвых | ||
| 1.0 | 1.12 | 5.44 | 409.77 |
| 2.0 | 1.26 | 10.28 | 193.11 |
| 3.0 | 1.41 | 14.60 | 121.20 |
| 4.0 | 1.58 | 18.45 | 85.49 |
| 6.0 | 2.00 | 24.94 | 50.24 |
| 10.0 | 3.16 | 34.19 | 23.12 |
| 20.0 | 10.00 | 45.00 | 5.56 |
В таблице ниже приведен список номиналов резисторов для альтернативной формы аттенюатора. Обратите внимание, что номиналы резисторов отличаются от предыдущей таблицы.
\[R_8 = Z \left( \frac
| Ослабление | R7, Ом | R8, Ом | |
|---|---|---|---|
| децибелы | K = Uвх/Uвых | ||
| 1.0 | 1.12 | 6.10 | 459.77 |
| 2.0 | 1.26 | 12.95 | 243.11 |
| 3.0 | 1.41 | 20.63 | 171.20 |
| 4.0 | 1.58 | 29.24 | 135.49 |
| 6.0 | 2.00 | 49.76 | 100.24 |
| 10.0 | 3.16 | 108.11 | 73.12 |
| 20.0 | 10.00 | 450.00 | 55.56 |
Мостовой Т-образный аттенюатор
В таблице ниже приведен список номиналов резисторов для мостового Т-образного аттенюатора. Мостовой Т-образный аттенюатор используется не часто. Почему бы?
| Ослабление | R9, Ом | R10, Ом | |
|---|---|---|---|
| децибелы | K = Uвх/Uвых | ||
| 1.0 | 1.12 | 6.10 | 409.77 |
| 2.0 | 1.26 | 12.95 | 193.11 |
| 3.0 | 1.41 | 20.63 | 121.20 |
| 4.0 | 1.58 | 29.24 | 85.49 |
| 6.0 | 2.00 | 49.76 | 50.24 |
| 10.0 | 3.16 | 108.11 | 23.12 |
| 20.0 | 10.00 | 450.00 | 5.56 |
Каскадное включение
Секции аттенюаторов могут быть включены каскадно, как показано на рисунке ниже, для получения затухания, большего, чем доступно от одной секции. Например, два аттенюатора по 10 дБ могут быть включены каскадно, чтобы обеспечить затухание 20 дБ, значения в децибелах будут суммироваться. Коэффициент ослабления напряжения К или Uвх/Uвых для секции аттенюатора 10 дБ равен 3,16. Коэффициент ослабления напряжения двух каскадно включенных секций равен произведению двук К или 3,16 x 3,16 = 10.
Каскадно включенные секции аттенюаторов: затухания в децибелах складываются.
Переменное ослабление с дискретным шагом может быть обеспечено коммутируемым аттенюатором. Например, на рисунке ниже показано положение 0 дБ, и доступно изменение ослабления от 0 до 7 дБ с помощью подключения от одной и более секций или отключения всех секций.
Коммутируемый аттенюатор: затухание изменяется с дискретным шагом.
У типового многосекционного аттенюатора секций больше, чем показано на рисунке выше. Добавление секции 3 или 8 дБ позволяет устройству охватить значения до 10 дБ и выше. Более низкие уровни сигнала достигаются добавлением секций 10 дБ и 20 дБ, или удвоенной секции 16 дБ.
Радиочастотные аттенюаторы
При работе на радиочастотах (РЧ, RF) ( 
Коаксиальный Т-аттенюатор для работы на радиочастотах.
Секция коаксиального Т-аттенюатора состоит из резистивных стержней и резистивного диска, как показано на рисунке выше. Эта конструкция может использоваться до нескольких гигагерц.
Коаксиальная версия П-аттенюатора будет состоять из одного резистивного стержня между двумя резистивными дисками в коаксиальной линии передач, как показано на рисунке ниже.
Коаксиальный П-аттенюатор для работы на радиочастотах.
Высокочастотные разъемы (не показаны) присоединены к концам изображенных Т и П аттенюаторов. Разъемы позволяют подключать отдельные секции каскадно между источником и нагрузкой. Например, аттенюатор 10 дБ может быть помещен между проблемным источником сигнала и входом дорогостоящего анализатора спектра. Даже если затухание нам не нужно, дорогостоящее измерительное оборудование защищено от источника с помощью ослабления любого перенапряжения.
Подведем итоги
Аттенюатор уменьшает уровень входного сигнала до более низкого уровня.
Значение затухания задается в децибелах (дБ). Для подключенных каскадно секций значения в децибелах складываются.
Отношение мощностей в децибелах: \(dB = 10 \log_ <10>(P_<вх>/P_<вых>)\)
Отношение напряжений в децибелах: \(dB = 20 \log_ <10>(U_<вх>/U_<вых>)\)
Наиболее часто используемые схемы аттенюаторов: аттенюаторы Т и П типа.
20 советов по применению микрофонов
2. Конденсаторные и электретные микрофоны не любят пыли дыма и влажности. Каждый из этих факторов может по влиять на качество звука а постоянное воздействие дыма и пыли портит состояние мембраны. Хорошо звучащие микрофоны обычно дорогие, так что правильный уход за ними сохранит ваши вложения.
3. Всегда переносите микрофоны осторожно не швыряйте, убирайте их, когда не используете. Не роняйте и никогда не захлопывайте крышку микрофонной коробки с усилием, чтобы не повредить капсюль. После использования лучше всего хранить их в закрытой проложенной поролоном коробке в теплом сухом месте. Если вам не хочется постоянно упаковывать и распаковывать, вы можете оставить микрофоны на стоиках в студии накрывая их большими пакетами для защиты от пыли.
4. Динамические микрофоны не такие динамичны и пронзительны на верхних частотах, чем конденсаторные или электретные микрофоны, но и отличаются большой способностью реагировать на плохое обращение или очень громкий звук инструмента. Если нужно получить более теплый или жирный звук, или использовать микрофон перед громким источником, динамический микрофон может оказаться хорошим выбором.
7. Предусилители внутри конденсаторных и электретных микрофонов обычно создаются с расчетом на работу с нормальным звуковым давлением. Если же вы поместите микрофон очень близко к громкому источнику, предусилитель может перегрузиться, искажая звук. Большинство конденсаторных микрофонов имеют или ослабление сигнала (пэд, аттенюатор) или вставляемые делители между предусипителем и капсюлем. При наличии сомнении в перегрузочной способности микрофона используйте аттенюатор, так как обычно легче поднять тихий уровень сигнала на пульте, чем получить искажения, которых не исправить.
8. Не забудьте заглушать каналы на пульте или мониторы когда меняете положение микрофонов, перетыкаете их кабели или переключаете микрофон с батарейного на фантомное питание и наоборот.
9. При установке микрофона на стоику с журавлем никогда не делайте этого при зафиксированных зажимах иначе они легко разболтаются и не будут фиксировать положение. Лучше ослабьте все зажимы до полной свободы частей и шарниров, чтобы поместить микрофон точно в желаемое положение. Затем затяните все крепления, начиная с нижней части стоики и заканчивая шарнирами журавля. Если крепления в хорошем со стоянии, вам не нужны сверхъестественные усилия, а всего лишь жесткий поворот, чтобы быть уверенным в том что журавль не начнет съезжать вниз в процессе записи.
11. Важно изолировать микрофон от вибрации и физических ударов, так как структурные низкочастотные шумы существенно уменьшают динамический диапазон. Будьте внимательны, поскольку немногие мониторы ближнего поля могут воспроизводить звуки частотой ниже 60 Гц. Поэтому если вы видите на индикаторах пики, которые не слышны в мониторах то следует подозревать проникновение самых низких частот или структурных. Идеально было бы применять специально разработанные микрофонные подвесы, а так же поместить ножки стоек на мягких подкладках.
12. Целью применения любых остронаправпенных микрофонов обычно является отделение звука основного источника от побочных. Помните, что при установке такого микрофона и его нацеливании на источник намного важнее то от чего вы отстраняете микрофон, чем то куда вы его направляете. Представьте диаграмму направленности в трехмерном виде и размещаите микрофон так, чтобы нежелательный звук приходил к нему под углами наименьшей чувствительности.
16. Трудно переоценить, как важно, находясь в студии, послушать источник звука со всех сторон прежде чем решить, как с какого угла и расстояния озвучивать этот источник микрофоном. В некоторых случаях перемещение микрофона всего лишь на дюйм может радикально изменить качество и характер получаемого звука. Правильное размещение еще не гарантирует прекрасной записи, но если вы разместите микрофоны неправильно, то вообще не добьетесь приличного звучания.
17. Всегда пытайтесь найти нужные комбинации установки, прежде чем начнете крутить ручки эквалайзера. Это отнимет у вас немного больше времени, но результаты оправдывают средства. Эквализация предназначена для творческого редактирования звучания, но не для его создания, а именно для последнего вы и подбираете различные позиции установка микрофона. Настройка и подавление посторонних звуков путем поиска точки установки и правильного подбора диаграммы направленности обычно оказывается намного быстрее, чем наст ройка ноис-геитов. Также звук получается естественнее, поэтому такая схема эффективнее и надежнее. Не забудьте, что вы также можете уменьшить проникновение посторонних звуков, расставив инструменты в студии так, чтобы они влияли друг на друга наименьшим образом и нежелательные звуки всегда приходили на менее чувствительные оси диаграмм направленности микрофонов.
Что такое аттенюатор, принцип его работы и где применяется
При разработке электронных схем обычно приходится решать задачу усиления сигналов – увеличения их амплитуды или мощности. Но бывают ситуации, когда уровень сигнала требуется, наоборот, ослабить. И эта задача не так проста, как кажется на первый взгляд.
Что такое аттенюатор и как он работает
Аттенюатором называется устройство для преднамеренного и нормированного уменьшения амплитуды или мощности входного сигнала без искажения его формы.
Принцип работы аттенюаторов, применяемых в радиочастотном диапазоне – делитель напряжения на резисторах или конденсаторах. Входной сигнал распределяется между резисторами пропорционально сопротивлениям. Самое простое решение – делитель из двух резисторов. Такой аттенюатор называется Г-образным (в зарубежной технической литературе – L-образным). Входом и выходом может служить любая сторона этого несимметричного по схеме устройства. Особенность Г-аттенюатора – низкий уровень потерь при согласовании входа и выхода.
Виды аттенюаторов
На практике Г-аттенюатор используется не так часто – в основном, для согласования сопротивлений входа и выхода. Гораздо шире для нормированного ослабления сигналов применяются устройства П-типа (в зарубежной литературе Pi – от латинской буквы π) и Т-типа. Такой принцип позволяет создавать устройства с одинаковым входным и выходным сопротивлением (но при необходимости можно и с различным).
На рисунке представлены несимметричные устройства. Источник и нагрузка к ним должны подключаться несимметричными линиями – коаксиальными кабелями и т.п. с любой стороны.
Для симметричных линий (витая пара и т.п.) применяются симметричные схемы – их иногда называют аттенюаторами H- и О-типа, хотя это всего лишь разновидности предыдущих устройств.
Добавлением одного (двух) резисторов аттенюатор Т- (H-) типов превращаются в мостовые.
Аттенюаторы выпускаются промышленностью в виде законченных устройств с разъёмами для подключения, но их можно выполнять и на печатной плате в составе общей схемы. Резистивные и емкостные аттенюаторы имеют серьезный плюс – они не содержат нелинейных элементов, что не искажает сигнал и не приводит к появлению в спектре новых гармоник и к исчезновению существующих.
Кроме резистивных существуют и другие виды аттенюаторов. В промышленной технике широко применяются:
Эти типы устройств используются в СВЧ-технике и в световом диапазоне частот. На низких и радиочастотах применяются аттенюаторы на основе резисторов и конденсаторов.
Основные характеристики
Главным параметром, определяющим свойства аттенюаторов, является коэффициент ослабления. Он измеряется в децибелах. Чтобы понять, во сколько раз уменьшается амплитуда сигнала после прохождения ослабляющей цепи, надо коэффициент пересчитать из децибел в разы. На выходе устройства, уменьшающего амплитуду сигнала на N децибел, напряжение будет меньше в M раз:
Формулы достаточно сложны для расчетов в уме, поэтому лучше воспользоваться онлайн-калькуляторами, коих в интернете великое множество.
Для регулируемых устройств (ступенчатых или плавных) указываются пределы настройки.
Другой важный параметр – это волновое сопротивление (импеданс) по входу и выходу (они могут совпадать). С этим сопротивлением связана такая характеристика, как коэффициент стоячей волны (КСВ) – она часто указывается на изделиях промышленного производства. Для чисто активной нагрузки этот коэффициент вычисляется по формуле:
Из остальных важных характеристик надо упомянуть:
Также важен такой параметр, как точность – он означает допустимое отклонение ослабления от номинального. У промышленных аттенюаторов характеристики наносятся на корпус.
В некоторых случаях важна мощность устройства. Энергия, не дошедшая до потребителя, рассеивается на элементах аттенюатора, поэтому критично не допустить перегрузки.
Существуют формулы для расчета основных характеристик резистивных аттенюаторов различной конструкции, но они громоздки и содержат логарифмы. Поэтому для их применения нужен, как минимум, калькулятор. Поэтому для самостоятельного расчета удобнее использовать специальные программы (в том числе, онлайн).
Регулируемые аттенюаторы
На коэффициент ослабления и КСВ влияет номинал всех элементов входящих в состав аттенюатора, поэтому создавать устройства на резисторах с плавным регулированием параметров сложно. Меняя ослабление, надо подстраивать и КСВ и наоборот. Такие задачи можно решить, применяя усилители с коэффициентом усиления меньше 1.
Подобные устройства строят на транзисторах или ОУ, но возникает проблема линейности. Нелегко создать усилитель, не искажающий форму сигнала в широком диапазоне частот. Гораздо шире применяется ступенчатое регулирование – аттенюаторы включаются последовательно, их ослабление складывается. Те цепи, что необходимо – шунтируются (контактами реле и т.п). Так набирается нужный коэффициент ослабления без изменения волнового сопротивления.
Есть конструкции устройств для ослабления сигнала с плавной регулировкой, построенные на широкополосных трансформаторах (ШПТ). Они применяются в любительской связной технике в тех случаях, когда требования к согласованию входа и выхода невысоки.
Плавная настройка аттенюаторов, построенных на волноводах, достигается изменением геометрических размеров. Оптические аттенюаторы также выпускаются с плавной регулировкой затухания, но такие приборы имеют достаточно сложную конструкцию, так как содержат систему линз, оптических фильтров и т.д.
Область применения
Если аттенюатор имеет различные входные и выходные сопротивления, то, кроме функции ослабления, он может выполнять роль согласующего устройства. Так, если надо соединить кабели 75 и 50 Ом, между ними можно поставить рассчитанный соответствующим образом, и вместе с нормированным затуханием можно поправить и степень согласования.
В приемной технике аттенюаторы применяются для исключения перегрузки входных цепей мощными побочными излучениями. В некоторых случаях ослабление мешающего сигнала даже одновременно со слабым полезным сигналом может улучшить качество приема за счёт снижения уровня интермодуляционных помех.
В измерительной технике аттенюаторы могут применяться в качестве развязки — они уменьшают влияние нагрузки на источник эталонного сигнала. Оптические аттенюаторы широко применяются при тестировании приёмо-передающей аппаратуры для волоконно-оптических линий связи. С их помощью моделируют затухание в реальной линии и определяют условия и границы устойчивой связи.
В аудиотехнике аттенюаторы применяются в качестве устройств регулирования мощности. В отличие от потенциометров, они делают это с меньшими потерями энергии. Здесь проще обеспечить плавную регулировку, так как волновое сопротивление не важно – имеет значение лишь ослабление. В телевизионных кабельных сетях аттенюаторы исключают перегрузку входов телевизоров и позволяют сохранить качество передачи независимо от условий приема.
Являясь не самым сложным устройством, аттенюатор находит самое широкое применение в радиочастотных цепях и позволяет решить различные задачи. На СВЧ и оптических частотах эти приборы строят по-другому, и они являются сложными промышленными узлами.
Что такое триггер, для чего он нужен, их классификация и принцип работы
Что такое резистор и для чего он нужен?
Что такое термистор, их разновидности, принцип работы и способы проверки на работоспособность
Что такое операционный усилитель?
Что такое делитель напряжения и как его рассчитать?