Предусилитель: слабый сигнал до линейного уровня

Что делает предусилитель и чего не делает

Предусилитель — каскад, который усиливает слабый сигнал по напряжению, пока он не дорастёт до линейного уровня. К слабым относятся микрофон, головка проигрывателя и электрогитара. Дальше сигнал спокойно идёт в пульт, интерфейс или усилитель мощности. Хороший предусилитель добавляет мало собственного шума: первый каскад усиливается вместе с сигналом, и всё, что он нашумел, потом не вычесть.

Чего он не делает. Колонки он не раскачивает: ток и ватты — работа усилителя мощности. Деталей он тоже не «открывает»: если в сигнале нет верхов, откуда им взяться. И звук громче, чем у соседнего предусилителя, он даёт только тогда, когда вы выставили другое усиление, а не потому, что он «лучше».

Уровни: от милливольт до плюс четырёх

У сигналов разные номиналы, и именно поэтому нужны разные входы. У динамического микрофона Shure SM58 чувствительность −54,5 dBV/Pa: 1,85 мВ при звуковом давлении 94 dB SPL, то есть громком голосе у самой сетки. Если источник тише, напряжение падает пропорционально: при 60 dB SPL выходит порядка 0,04 мВ (расчёт). Профессиональный линейный уровень — +4 dBu, это 1,228 В; бытовой — −10 dBV, это 0,316 В. Разница почти 12 дБ, подробности про шкалы — в статье про децибелы, dBu и dBFS.

Из этой арифметики вытекает главное: от микрофона до линии лежат десятки децибел, и половину из них приходится добирать в самом шумном месте цепочки — на входе. Головка проигрывателя ближе к линии: у MM-головок 3–6 мВ, у MC — обычно доли милливольта (у MC с повышенным выходом бывает около 2 мВ), поэтому для винила нужен свой предусилитель с коррекцией, о нём — в статье про фонокорректор MM и MC.

Дальше сигнал встречает АЦП, и тут нужна оговорка: какому напряжению соответствует 0 dBFS, решает конструкция конкретного интерфейса, и у разных моделей это разные значения. Они указаны в паспорте как максимальный входной уровень. Поэтому «+4 dBu» — это номинал линии, а не точка, где цифра упирается в потолок: между номиналом и потолком у профессиональной техники оставлен запас, чтобы пики не резались. Привычка записывать пики между −18 и −6 dBFS как раз про этот запас.

Четыре вида предусилителей

Слово «предусилитель» кочует между мирами и значит в каждом своё. Сводка:

Гитарный каскад — отдельная история: он не только усиливает, но и придаёт форму звуку, поэтому в той же педали обычно живёт и тон-контроль, как в разборе Boss DS-1. Если же вопрос в подключении гитары, смотрите статью про кабели и фон.

Микрофонный предусилитель: gain, фантом, Hi-Z

На лицевой панели у него три органа. Gain — ручка усиления: подбирает уровень под микрофон и расстояние, у предусилителей он достигает десятков децибел. +48 В — фантомное питание для конденсаторных микрофонов: напряжение подаётся по контактам 2 и 3 XLR через резисторы по 6,81 кОм. Динамические микрофоны на симметричном кабеле его обычно не замечают, а ленточные лучше подключать при выключенном фантоме. Как это устроено, объясняет статья про фантомное питание, баланс и DI.

Третий орган — переключатель Hi-Z или отдельный инструментальный вход. Гитарный звукосниматель любит высокое входное сопротивление; микрофонный вход нагружает его слишком сильно, и гитара звучит тонко. Какой кабель и в какой разъём — в статье про XLR, джек и TRS.

В паспорте микрофонного предусилителя ищите четыре строки. Диапазон усиления (gain range) — сколько децибел он умеет добавить: сравните с расчётом под ваш микрофон. Эквивалентный шум на входе (EIN) — собственный шум, пересчитанный на вход: чем он ниже, тем меньше пострадает тихий сигнал. Максимальный входной уровень — после него предусилитель режет. И входное сопротивление: микрофонный вход рассчитан на низкоомный источник, инструментальный — на высокоомный. Остальные строки на лицевой стороне коробки — чаще маркетинг.

Предусилитель в hi-fi: два сценария

В домашней системе предусилитель — это переключатель входов и регулятор громкости с кусочком усиления. Линейный сигнал CD-проигрывателя уже около вольта, так что поднимать его почти не нужно. Для большинства домов хватает интегрального усилителя, где предусилитель и усилитель мощности в одном корпусе. Раздельные блоки берут, когда хотят менять систему по кускам или тянуть большие мощности.

Если на входе вашего усилителя нет PHONO, а в доме есть проигрыватель винила, предусилитель вам нужен ещё и для него. Всю цепочку целиком — источники, усилитель, колонки, комнату — разбирает статья про Hi-Fi для дома.

Одну практическую вещь стоит знать до покупки. У многих интегральных усилителей есть пара гнёзд «pre out» и «main in»: это разрыв между предусилителем и усилителем мощности. Через него можно подключить сабвуфер или внешний усилитель мощности, не меняя остальную систему. Если такого разрыва нет, дойти до раздельной системы придётся заменой всего усилителя. Проверьте заранее: гнёзда видно на задней панели, а в паспорте они подписаны.

Нужен ли внешний предусилитель при звуковой карте

Чаще всего нет. В интерфейсе уже стоит микрофонный предусилитель, и для голоса в обычной комнате его хватает. Внешний ставят в четырёх случаях:

• Не хватает усиления. Тихий динамический микрофон на расстоянии, ручка gain на максимуме, а в записи шум. Расчёт выше показывает масштаб: десятки децибел нужны сразу, и запас по усилению у интерфейса может закончиться раньше, чем уровень дорастёт. Сверьте с паспортом интерфейса: там указан диапазон gain.
• Не хватает входов. Для записи группы на несколько микрофонов одновременно.
• Нужен Hi-Z. Если в интерфейсе нет инструментального входа, гитару придётся подключать через DI или отдельный предусилитель.
• Нужна окраска. Лампа или трансформатор чуть искажают сигнал — иногда ровно то, что нужно.

Какую карту брать под эти задачи, читайте в гайде про звуковую карту для записи.

Если сомневаетесь, нужен ли вам внешний, сравните честно. Запишите один и тот же источник через встроенный и через внешний предусилитель, а затем выровняйте громкость дорожек в программе до совпадения на слух и по прибору. Громче почти всегда кажется лучше, и без выравнивания вы сравниваете ручки, а не звук. Лучше вслепую: пусть дорожки переключает кто-то другой. Если разницу слышно только тогда, когда знаете, какая играет, — тратить деньги рано.

Ламповый предусилитель: что даёт и чего нет

Ламповый предусилитель — это обычный предусилитель с лампой в усилительном каскаде. «Лампового звука» в смысле гарантии чего-то особенного нет. Что известно: лампа ограничивает пики мягче транзистора, а триод создаёт спектр искажений, где преобладает вторая гармоника. Слышна ли разница на нормальных уровнях — вопрос споров: схема решает больше, чем сорт активного элемента. Практически окраска появляется, когда сигнал подходит к перегрузу. Тихий чистый сигнал лампа почти не меняет.

Минусы реальны: лампы стареют, их меняют, они греются и иногда «звенят» от ударов по корпусу. Зачем и как такую коробку использовали на практике — в заметке про ART Tube MP; про сходную логику у гитарных усилителей — в статье про ламповый и транзисторный усилитель.

Типичные ошибки: клиппинг на входе и gain staging

Gain staging — управление уровнями на каждом шаге цепи, чтобы не добавить шум и не получить искажения. Правило короткое: не перегружать первое звено, а дальше держать уровни ровными.

• Перегруз на входе. Если пик упёрся в 0 dBFS или предусилитель ушёл в срез, вернуть форму нельзя ни фейдером, ни плагином. Уберите gain, включите pad, отодвиньтесь от микрофона. У большинства интерфейсов есть индикатор перегруза — смотрите на него, а не на ощущения.
• Слишком тихая запись «с запасом». Шум предусилителя остаётся на месте, а при подъёме в программе растёт вместе с сигналом. Поэтому ориентир — пики от −18 до −6 dBFS, а не «как можно тише на всякий случай».
• Не тот вход. Микрофон в линейный вход — тихо и шумно, линейный источник в микрофонный — перегруз. Сначала смотрите на надпись у разъёма.
• Гитара в микрофонный вход. Звук тонкий, потому что звукосниматель нагружен. Нужен Hi-Z или DI.
• Фоно сразу в колонки. Предусилитель не заменяет усилитель мощности: колонки останутся тихими.

Порядок настройки, который не подводит. Сначала поставьте микрофон там, где он будет стоять во время записи. Потом сыграйте или спойте самое громкое место и подведите ручку gain так, чтобы пики попадали в коридор от −18 до −6 dBFS. Затем уберите ручку на один-два деления назад: живое исполнение всегда громче пробы. Сохраните положение ручки в заметке — через неделю вы его уже не вспомните, а повторять настройку заново нет смысла.

Про выбор уровня записи и громкость готового трека — в статье про уровень записи и LUFS.

Частые вопросы

Самый тихий сигнал в цепочке оказывается самым важным: всё, что нашумело в начале, звучит до самого конца.

Механик

• Звукорежиссёр, музыкант, электронщик из Петербурга.
• Более 20 лет в музыке: дрим-поп, эмбиент, электроника.
• Рассказываю о фишках и техниках при создании музыки.
• Помогаю подобрать музыкальный сетап без переплат.
• Собираю аналоговые гитарные педали.

Вопросы — в Telegram.