Mạch điện micro cân bằng và không cân bằng

• Ngày đăng: 27-09-2017, 8:46 am
• Lượt xem: 6878

Tiếp bài trước..,

Hình 15

Khi cần, sử dụng vài micro để hoàn thành công việc và thực hiện định luật 3-1 đến mức khả dĩ tốt nhất.

Lưu ý trong C, xảy ra cái gì với những đáp tần khi kết hợp hai tín hiệu giống hệt nhau có độ chậm trễ nhỏ giữa nó (từ khoảng 0,1 mili giây lên đến 10 mili giây)? Đó là hiệu ứng lọc lược (comb-filter) nổi tiếng. Khi thay đổi độ chậm trễ, kết quả sẽ cho ra âm thanh “swishing’ (xào xạc) đặc trưng, là cơ sở để thực hiện hiệu ứng phasing (định phase) và flanging (cạnh, gờ nổi), thường sử dụng trên guitar điện và nhiều nhạc cụ khác. (Hiệu ứng này giả định những tín hiệu có cường độ giống nhau), ở cách thực hiện thực tế, khi sử dụng hai micro như trong A và B, có một phần bộ lọc lược nguồn, sẽ lọc khi nguồn di chuyển ra khỏi trung tâm, như trong kết quả đáp tần B. Sự hơi chậm trễ giữa thời gian đưa âm thanh đến chỗ micro ở xa hơn là nguyên nhân triệt tiêu ở tần số bộ lọc lược. Sự triệt tiêu được phần nào bù đắp bởi thực tế là tín hiệu thứ hai hơi thấp cường độ hơn do nó phải đi thêm khoảng cách dài hơn, nhưng vẫn còn sai lầm trong kết hợp đáp tần như trong B. (Tần số có liên quan đến thời gian trễ (delay time) và cũng là khoảng cách giữa hai micro. Có khuynh hướng nghe rõ hiệu ứng lọc lược ở hầu hết những micro đặt xa nhau khi nguồn di chuyển từ bên này sang bên kia). Giải pháp tối ưu để giải quyết tình thế khó xử này được đưa ra theo luật 3:1 của Burrough. Ở khoảng cách tương đối này, những âm thanh nhận được bởi micro thứ hai phải hạ thấp cường độ đủ làm cho sự lược lọc không đáng kể và trở thành đáp tuyến cho những mục đích thiết thực.

Hình 16

Nối dây micro cân bằng và không cân băng.

Mạch điện micro cân bằng và không cân bằng

(Balanced and Unbalanced Mic Circuits)

Dây microphone dẫn tín hiệu âm thanh đến đích bằng một trong hai cách cơ bản. Mạch không cân bằng (unbalance) dùng một dây dẫn tín hiệu kèm theo giáp chắn chống nhiễu điện, như minh họa trong hình 16. mạch cân bằng (balance) dùng hai dây dẫn điện mang tín hiệu như hình trong hình 16.B, với dây dẫn thứ ba bao quanh nó làm giáp chắn.

Dây micro không cân bằng chỉ có hiệu quả trên khoảng cách ngắn. Mặc dù có hai khuyết điểm cơ bản. Thứ nhất, dây (line) micro không cân bằng thường bị hủy hoại ở trở kháng rất cao. Khi mạch micro có trở kháng cao, nó sẽ có khuynh hướng dễ bị nhiễu điện. (Tĩnh điện nhiễu bắt nguồn từ nhiều nguồn như đèn huỳnh quang, những thiết bị và vài động cơ điện và có thể nghe được như âm thanh rì rầm (buzz) ở output của âm thanh).

Thứ hai, tinh chất dây điện là kết quả tự nhiên của thiết kế dây dẫn cơ bản, có thể gây ra sự suy giảm đáp ứng tần số cao đáng kể, khi tăng chiều dài dây thì lại càng tồi tệ hơn. Điều này có thể bị pha trộn bởi nhiễu cao tần mà loại mạch này rất dễ bị, nên khi làm cân bằng (equalizing) sẽ làm giảm đáp tần cao cũng như làm tăng mức độ tiếng ồn có tần số cao ngoại vi. Microphone output thấp do thiết kế microphone hay cách sử dụng có thể tiếp tục cho phép tiếng nhiễu chiếm ưu thế. (Mức độ của đường dây unbalance, tình cờ là chuyện khác, nếu khoảng cách thường dùng lên đến ít nhất 50m (150”) hay hơn, tỷ lệ tín hiệu so với tiếng nhiễu rất hợp lý).

Qui tắc ngón tay cái hợp lý sẽ cho phép sử dụng loại dây micro không cân bằng (unbalance) trong hầu hết điều kiện môi trường bình thường với chiều dài dây không dài hơn 6 mét (20’). Môi trường hay bị dao động cao bất thường có thể đòi hỏi đánh giá lại hướng dẫn này. Micro output cao nếu chỉ cần âm thanh chất lượng tối thiểu hay những yếu tố khác có lẽ cho phép kéo dài nó ra một chút

Mạch cân bằng thông thường (mặc dù không nhất thiết), liên quan đến trở kháng thấp hơn một chút so với mạch không cân bằng. Dây (line) cân bằng được thiết kế để cho phép giáp chắn loại cho phép dòng tĩnh điện thoát ra (không nghiêm trọng trong mạch trở kháng thấp), độc lập với dây dẫn tín hiệu. Tách nhiệm vụ ra là hữu ích, nhưng ưu điểm chỉnh của mạch cân bằng là trường điện từ - electromagnetic field (không bị che bởi giáp chắn) bị hai dây dẫn giống hệt được xoắn thành hình xoắn ốc bên trong giáp chắn. Sự xoắn này làm cho những trường điện từ liên tục đảo ngược với nhau, chủ yếu là ngăn cản ảnh hưởng của nó khi đi song hành cùng với tín hiệu micro. Bất kỳ điện từ hum, noise nào còn sót lại, trong chừng mực, đây là chuyện bình thường cho cả hai loại: đồng phase và nghịch phase 180 độ, tự động bị triệt tiêu bằng input balance của mixer, vì thế gần như loại bỏ loại nhiễu này.

Không xảy ra chuyện này với line không cân bằng, trong đó hai dây dẫn tín hiệu không xoắn vào nhau. Hơn nữa, dây dẫn không cân bằng có cấu hình khác (một dây dẫn nhỏ rắn và cứng, sợi khác là ống rỗng tương đối lớn nối điện với khung của mixer) và do đó có thuộc tính điện khác xa loại kia. Vì vậy nó không thể triệt tiêu nhiễu điện từ với bầt kỳ mức độ hợp lý nào cả.

Cân bằng (balanced), đường dây trở kháng thấp (low-impedance) đã tìm được một thỏa hiệp tuyệt vời và hiện là cấu hình đường dây micro tiêu chuẩn trong ứng dụng âm thanh chất lượng cao. Đây là loại mạch cho phép lưu lượng tín hiệu chất lượng cao lưu thông ở độ dài lên tới ít nhất 100 mét trong điều kiện điển hình). Tuy nhiên, ưu điểm của mạch cân bằng là nó sẵn sàng cho phép giáp chắn nối đất bị ngắt kết nối (nâng hở lên) ở một đầu để tránh vòng lập tiếp đất (ground loop).

Trở kháng của microphone (Microphone Impedance)

Dây micro tận cùng phải vào một thiết bị có trở kháng input phù hợp hợp lý với giải trở kháng được chỉ định của microphone hay được điều chỉnh bằng một thiết bị phù hợp với trở kháng, vì vậy những yêu cầu về điện của microphone và mixer đều tương thích.

Những giải trở kháng microphone gần đúng sau đây đã chiếm ưu thế trong ngành công nghiệp âm thanh.

Micro trở kháng cao -high-impedace micro- (trở kháng đầu ra ~ 5000 ohms hay hơn) thường tận cùng tại input mixer có tầm hoạt động tại 25.000 ohms hay giải cao hơn.

Micro trở kháng thấp -low-imperdance micro- (trở kháng đầu ra ~ 150 - 400 ohms) thường tận cùng tại input mixer tại giải 1.500-5.000 ohms.

Micro trở kháng rất thấp -very low-impedance micro- (~ 20-75 ohms) (ban đầu sử dụng trong những hệ thống phát sóng và phòng thu âm, hiện nay hiếm khi sử dụng) được thiết kế để tận cùng tại trở kháng đầu vào khoảng 150-600 ohm. Đây là loại micro hoàn toàn có khả năng tận cùng tại đầu vào thiết bị hiện đại theo tiêu-chuẩn cân bằng, nhưng có thể có mức độ tín hiệu thấp tại input mixer nói chung điều chỉnh tăng input cho phù hợp sẽ là một vấn đề đơn giản.

Thông thường, cách phân loại micro này sẽ hoạt động đúng cách khi cắm vào input mixer có phân loại tương tự.

Trong hầu hết trường hợp, trở kháng đầu vào cao sử dụng phone jack ¼” cho đầu vào và một dây dẫn không cân bằng. Trở kháng thấp thường cung cấp đầu vào lỗ cắm đầu vào XLR (hình 18) với tận cùng là cân bằng-balanced (pin 2 và 3 là đường dẫn tín hiệu; pin 1 là giáp chắn-shield). 

Nghiên cứu loại mạch khác (micro condenser)

Other Circuit Consideration (Condenser Micro)

Micro condenser được thiết kế để phù hợp với nguồn năng lượng từ xa (phantom power) thường chấp nhận điện áp từ 9VDC đến 52VDC, dẫn đến microphone trong cùng dây dẫn tín hiệu (pin 2 và 3) và trở về dọc theo giáp chắn. Khi cấp điện áp chung cho cặp dây nghịch phase 180 độ, nó bị loại trừ bời những đầu vào cân bằng trong mạch mixer. Hơn nữa, khi điện áp cấp chung cho hai dây dẫn tín hiệu, sẽ không có điện áp giữa hai dây này. Do đó, micro động lực (dynamic) tiêu chuẩn có thể hoạt động an toàn với nguồn phantom trên (mặc dù đôi khi nghe tiếng “pop” khi cắm dây vào mic in).

Thông thường, nguồn phantom 48 volt tiêu chuẩn cung cấp bởi nhiều mixer chất lượng cao sẽ cho phép micro như vậy hoạt động tốt. Đôi khi, micro condenser sẽ được thiết kế để có một preamp cụ thể và/hay yêu cầu cung cấp năng lượng như vậy, nếu còn nghi ngờ, hãy kiểm tra tính năng kỹ thuật hay tham khảo ý kiến hãng sản xuất. Thông thường, nếu cung cấp điện áp thấp cho nó (chẳng hạn như nguồn pin) vẫn sẽ cho phép micro hoạt động nhưng sẽ giảm bớt âm lượng (gain).

Micro condenser electret (phân cực vĩnh viễn) không yêu cầu nguồn điện áp phân cực như vậy, năng lượng yêu cầu cho nó được giới hạn cho một pin nhỏ điện áp thấp bên trong để cấp năng lượng cho thiết kế tích hợp chuyển đổi trở kháng/bộ khuếch đại để chuyển đổi sang trở kháng cao, đầu ra tín hiệu âm thanh ít năng lượng của micro condenser đủ mạnh cho một đầu ra (output) trở kháng thấp. Nhiều thiết kế electret cũng cho phép sử dụng thêm phantom power chứ không chỉ có pin gắn trong.

Độ nhạy (Sensitivity)

Mức độ output của micro ở một mức độ áp lực âm thanh nhất định thường được gọi là độ nhạy (sensitivity) của nó. Độ nhạy thường không phải là một tham số hữu ích cho việc đánh giá chất lượng của micro nhưng có thể quan trọng trong việc đánh giá sự điều chỉnh âm lượng đạt yêu cầu của mixer.

Độ nhạy cao đôi khi có thể giúp gia tăng tỷ lệ giữa tín hiệu và tiếng nhiễu, cho dù nó không bao giờ được coi là phương tiện chính để xem xét cho việc làm giảm tiếng nhiễu.

Thông thường nhất, độ nhạy được đo tại 1.000Hz và nêu ra bằng số dBu hay dBm cho mỗi Pascal (1 Pa = 10 dynes trên mỗi cm vuông, tương đương với 94db SPL). Đôi khi cũng sử dụng cách đo bằng số dBu hay dBm cho mỗi dyne/sq. cm. Tương đương với 74db SPL, trong trường hợp này chúng ta sẽ cần thêm 20db để so sánh nó với độ nhạy micro nêu ra trong thông số kỹ thuật đầu tiên. Thống số kỹ thuật đã nêu ra trong phương pháp đo lường khác (rất hiếm). Độ nhạy tiêu biểu của micro là từ -65dbu/Pa (số tương đối thấp) đến 40dbu/Pa (micro rất nhậy-very hot).

Độ méo (Distortion)

Tổng méo họa âm (Total harmonic distortion - THD) dưới 1% tại 1.000Hz thường coi là chấp nhận được cho microphone chất lượng cao (1% là phổ biến nhưng không ở tất cả âm thanh nghe được). Thống kê mức độ áp suất âm thanh tối đa cho micro thường tham chiếu đến tỷ lệ THD này, do đó thường cho phép có sự linh hoạt vượt ra ngoài giới hạn SPL tối đa (mặc dù không luôn công bố quy cách này).

Đáp ứng tạm thời có thể là yếu tố quan trọng trong chất lượng âm thanh. Sự méo dạng tạm thời (hay thiếu đáp ứng tạm thời tốt) có thể đáng chú ý trong nhiều (không phải tất cả) micro loại moving coil, do khối lượng của màng chắn/cách lắp ráp cuộn dây. Micro condenser, micro ruban và hầu hết thiết kế nào có nam châm neodymin có khuynh hướng giảm đáng kể sự méo dạng tạm thời nhiều so với thiết kế moving coil truyền thống

Hơi có liên quan đến sự méo dạng tạm thời là nén động lực (dynamic compression), đó là sự bất lực của một micro khi cung cấp tín hiệu chính xác đáp ứng với mức độ âm thanh cao. Đôi khi output ở mức độ cao bị mất hơi nhiều, khoảng 3dB hay nhiều hơn. Điều này có thể đáng kể khi biểu diễn âm thanh cao cấp, nơi có ca sĩ đang hát rất lớn vào micro và nơi cần phải có mức độ output tối đa. Đây là một sự phi tuyến tính mà nam châm neodymin hiện đại và vật liệu màng chắn loại mới đã giúp giảm bớt điều này.

Còn tiếp...