Kiến thức liên quan đến mức độ tín hiệu micrô và bàn trộn âm
Các chỉ số kỹ thuật của micrô là cơ sở quan trọng để lựa chọn và sử dụng micrô. Chỉ khi hiểu rõ ý nghĩa chính xác của chúng, chúng ta mới có thể xử lý hợp lý khoảng cách giữa micrô và nguồn âm, nắm bắt mối quan hệ chuyển đổi giữa áp suất âm thanh và điện áp, đồng thời chuyển đổi chính xác mức áp suất âm thanh tại trường âm nơi đặt micrô thành mức tín hiệu tại đầu vào của bàn trộn âm, từ đó xác định hệ số khuếch đại đầu vào của bàn trộn âm và thu được tín hiệu tuyến tính với tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) cao nhất và độ méo thấp nhất.
Vậy những chỉ số nào của micrô có liên quan chặt chẽ đến đầu vào của bàn trộn âm? Đồng thời, làm thế nào để xác định mức tín hiệu làm việc của bàn trộn âm dựa vào đó?
I. Ý nghĩa của một số chỉ số quan trọng
Ứng dụng âm thanh là nền tảng trao đổi và học tập cung cấp thông tin âm thanh toàn diện nhất về midi, thu âm, trộn âm, sản xuất âm nhạc, recording, audio, vst, mixing, nhạc cụ, guitar, micrô, tai nghe, card âm thanh, v.v.!
Các chỉ số kỹ thuật của micrô cấp phát thanh có gần 10 mục, đối với nguồn âm và bàn trộn âm, quan trọng nhất là 3 mục sau: Mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa, Độ nhạy và Mức đầu ra tối đa. Mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa là thước đo mức áp suất âm thanh tối đa mà micrô có thể chịu được khi đạt độ méo hài tổng (THD) 0.5%, mối quan hệ của nó với áp suất âm thanh được định nghĩa là:
0dB SPL=2×10-5Pa
Mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa của micrô chuyên nghiệp thường được đặt khá cao, chỉ cần khoảng cách giữa nó và nguồn âm phù hợp, sẽ không tạo ra độ méo đáng nghe. Do đó, ở đây chúng ta tập trung thảo luận hai chỉ số sau có ảnh hưởng trực tiếp đến mức tín hiệu làm việc của bàn trộn âm.
1. Độ nhạy
Độ nhạy là tỷ số giữa điện áp đầu ra của micrô dưới kích thích áp suất âm thanh đơn vị với áp suất âm thanh đầu vào, đơn vị là mV/Pa. Để thống nhất với thước đo mức tín hiệu trong mạch điện, độ nhạy cũng có thể được biểu thị bằng giá trị decibel (dB). Trước đây, decibel thường được biểu thị bằng đơn vị dBm và dBV:
0dBm=1mW/Pa, tức là định nghĩa 0dB là công suất đầu ra 1mW trên tải 600Ω dưới áp suất âm thanh đầu vào 1Pa;
0dBV=1V/μbar, định nghĩa 0dB là điện áp đầu ra 1V dưới áp suất âm thanh đầu vào 1μbar.
Hiện nay, decibel được biểu thị bằng đơn vị dBμ:
0dBμ=0.775V/Pa, tức là định nghĩa 0dB là điện áp đầu ra 0.775V của micrô dưới áp suất âm thanh đầu vào 1Pa (như vậy, thước đo mức tín hiệu sau khi chuyển đổi áp suất âm thanh - điện áp của micrô được thống nhất về đơn vị tham chiếu 0dBμ= 0.775V thường được sử dụng trong mạch điện).
Rõ ràng, bất kể độ nhạy được biểu thị như thế nào, chúng ta đều có thể chuyển đổi nó sang dBμ, với điều kiện đầu vào thống nhất về đơn vị Pa.
Ví dụ: Độ nhạy của micrô NEUMANN U89 là 8mV/Pa, có thể trực tiếp tính từ
20lg[(0.008V/Pa)÷(0.775V/Pa)]
ra độ nhạy xấp xỉ -40dBμ.
Ví dụ khác: Độ nhạy của micrô AKG C414 là -60dBV, từ
0dBV=1V/μbar=10V/Pa
Trước tiên tìm điện áp đầu ra X dưới áp suất âm thanh 1Pa là -60dBV:
20lg[(X V/Pa)÷(10V/Pa)]=-60
ra X=0.01(V), tức độ nhạy của nó là 10mV/Pa. Sau đó từ công thức
20lg[(0.01V/Pa)÷(0.775V/Pa)]
có thể ra độ nhạy xấp xỉ -37dBμ.
2. Mức đầu ra tối đa
Mức đầu ra của micrô ở mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa chính là mức đầu ra tối đa. Giống như mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa quy định khoảng cách giữa micrô và nguồn âm, mức đầu ra tối đa trực tiếp quyết định mức tín hiệu làm việc đầu vào của bàn trộn âm. Đối với một micrô nhất định, chỉ cần biết độ nhạy và mức áp suất âm thanh cao nhất, chúng ta có thể tính toán mức đầu ra tối đa của nó.
Lấy micrô NEUMANN U89 làm ví dụ: độ nhạy là 8mV/Pa, mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa là 134dB SPL (ở mức suy hao đầu vào 10dB). Đầu tiên chuyển đổi mức áp suất âm thanh đầu vào thành áp suất âm thanh, sau đó sử dụng độ nhạy để tính mức đầu ra tối đa: Vì 0dB SPL= 2×10-5Pa, nên áp suất âm thanh đầu vào tối đa X có thể tính từ
134dB SPL=20lgX/2×10-5Pa
ra X=100(Pa). Với độ nhạy 8mV/Pa, đầu ra tối đa ở 100Pa là 800mV, chuyển đổi thành mức đầu ra:
20lg[(0.8V/Pa)÷(0.775V/Pa)]
xấp xỉ 0dBμ. Đây là mức đầu ra tối đa về mặt lý thuyết của micrô U89. Trên thực tế, khi sử dụng bình thường, chúng ta thường không chọn mức suy hao 10dB (để giảm nhiễu đầu vào), vì vậy chỉ cần vị trí đặt micrô phù hợp, mức áp suất âm thanh tối đa trước U89 thường không vượt quá 124dB SPL ở chế độ bình thường, do đó mức đầu ra tối đa của nó thường thấp hơn nhiều so với 0dBμ.
II. Xác định mức tín hiệu làm việc của bàn trộn âm
Về mặt kỹ thuật, mức tín hiệu làm việc của bàn trộn âm được quy định sao cho mức tín hiệu lớn nhất trên nó không vượt quá giới hạn trên của biên độ động (headroom) tối đa do nhà sản xuất đặt (trên thực tế, mức làm việc còn phải được xác định dựa trên nhu cầu của chương trình). Ở đây, biên độ động tối đa đề cập đến phạm vi mức tín hiệu trên 0dBμ, lên đến mức tối đa dưới chỉ số độ méo hài tổng, như minh họa.
Như vậy, chỉ cần ở phía micrô biết được mức áp suất âm thanh tối đa có thể có của nguồn âm và độ nhạy của micrô, chúng ta có thể tính toán mức đầu ra tối đa tương ứng; sự chênh lệch giữa mức này và giới hạn trên của biên độ động của bàn trộn âm chính là hệ số khuếch đại đầu vào của tầng đầu vào bàn trộn âm, tức bộ tiền khuếch đại micrô (mic preamp); mức tín hiệu dưới hệ số khuếch đại này chính là mức làm việc của bàn trộn âm.
Lấy ví dụ nguồn âm được thu là giọng nữ cao màu sắc (soprano coloratura), sử dụng micrô U89 và bàn trộn âm AMEK RemBandt để minh họa: Giả sử mức áp suất âm thanh tối đa của nguồn âm ở khoảng cách 70cm từ micrô là 112dB SPL (đỉnh, gia trọng A), mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa mà micrô có thể chịu được là 124dB, độ nhạy là 8mV/Pa, từ công thức
112dB SPL=20lgX/2×10-5
có thể biết 112dB SPL tương đương với áp suất âm thanh 8Pa, nó có thể có đầu ra điện áp 8Pa×8mV/Pa=64mV, tức có mức đầu ra:
20lg[(0.064V/Pa)÷(0.775V/Pa)]=-22dBμ
Mức tín hiệu này, khi kết nối với bàn trộn âm có hệ số khuếch đại mic preamp 70dB và biên độ động của tầng mic preamp ở mức độ méo hài tổng 0.017% là 12dBμ (biên độ động của tầng khuếch đại đường truyền (line amp) của bàn trộn âm này là 28dBμ), vẫn còn dư 34dB so với giới hạn trên +12dBμ (+12dB - (-22dB) = 34dB), đây chính là hệ số khuếch đại đầu vào mà bàn trộn âm nên có. Từ đó, mức làm việc của bàn trộn âm được xác định.
Trong thao tác thực tế, để đảm bảo độ méo hài tổng của bàn trộn âm ở mức tín hiệu tối đa thấp hơn 0.017%, thông thường nên giảm hệ số khuếch đại mic preamp nói trên thêm vài dB. Mức giảm được xác định bằng phương pháp sau: Đầu tiên đặt tất cả các núm giảm âm (fader) của kênh, monitor và đầu ra tổng ở vị trí làm việc 0dB, sau đó quan sát đồng hồ đo âm lượng (VU meter) đầu vào và đầu ra tại thời điểm đó, dựa vào chỉ báo trong vùng bình thường để tham chiếu, xác định số dB cần giảm.
Vậy những chỉ số nào của micrô có liên quan chặt chẽ đến đầu vào của bàn trộn âm? Đồng thời, làm thế nào để xác định mức tín hiệu làm việc của bàn trộn âm dựa vào đó?
I. Ý nghĩa của một số chỉ số quan trọng
Ứng dụng âm thanh là nền tảng trao đổi và học tập cung cấp thông tin âm thanh toàn diện nhất về midi, thu âm, trộn âm, sản xuất âm nhạc, recording, audio, vst, mixing, nhạc cụ, guitar, micrô, tai nghe, card âm thanh, v.v.!
Các chỉ số kỹ thuật của micrô cấp phát thanh có gần 10 mục, đối với nguồn âm và bàn trộn âm, quan trọng nhất là 3 mục sau: Mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa, Độ nhạy và Mức đầu ra tối đa. Mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa là thước đo mức áp suất âm thanh tối đa mà micrô có thể chịu được khi đạt độ méo hài tổng (THD) 0.5%, mối quan hệ của nó với áp suất âm thanh được định nghĩa là:
0dB SPL=2×10-5Pa
Mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa của micrô chuyên nghiệp thường được đặt khá cao, chỉ cần khoảng cách giữa nó và nguồn âm phù hợp, sẽ không tạo ra độ méo đáng nghe. Do đó, ở đây chúng ta tập trung thảo luận hai chỉ số sau có ảnh hưởng trực tiếp đến mức tín hiệu làm việc của bàn trộn âm.
1. Độ nhạy
Độ nhạy là tỷ số giữa điện áp đầu ra của micrô dưới kích thích áp suất âm thanh đơn vị với áp suất âm thanh đầu vào, đơn vị là mV/Pa. Để thống nhất với thước đo mức tín hiệu trong mạch điện, độ nhạy cũng có thể được biểu thị bằng giá trị decibel (dB). Trước đây, decibel thường được biểu thị bằng đơn vị dBm và dBV:
0dBm=1mW/Pa, tức là định nghĩa 0dB là công suất đầu ra 1mW trên tải 600Ω dưới áp suất âm thanh đầu vào 1Pa;
0dBV=1V/μbar, định nghĩa 0dB là điện áp đầu ra 1V dưới áp suất âm thanh đầu vào 1μbar.
Hiện nay, decibel được biểu thị bằng đơn vị dBμ:
0dBμ=0.775V/Pa, tức là định nghĩa 0dB là điện áp đầu ra 0.775V của micrô dưới áp suất âm thanh đầu vào 1Pa (như vậy, thước đo mức tín hiệu sau khi chuyển đổi áp suất âm thanh - điện áp của micrô được thống nhất về đơn vị tham chiếu 0dBμ= 0.775V thường được sử dụng trong mạch điện).
Rõ ràng, bất kể độ nhạy được biểu thị như thế nào, chúng ta đều có thể chuyển đổi nó sang dBμ, với điều kiện đầu vào thống nhất về đơn vị Pa.
Ví dụ: Độ nhạy của micrô NEUMANN U89 là 8mV/Pa, có thể trực tiếp tính từ
20lg[(0.008V/Pa)÷(0.775V/Pa)]
ra độ nhạy xấp xỉ -40dBμ.
Ví dụ khác: Độ nhạy của micrô AKG C414 là -60dBV, từ
0dBV=1V/μbar=10V/Pa
Trước tiên tìm điện áp đầu ra X dưới áp suất âm thanh 1Pa là -60dBV:
20lg[(X V/Pa)÷(10V/Pa)]=-60
ra X=0.01(V), tức độ nhạy của nó là 10mV/Pa. Sau đó từ công thức
20lg[(0.01V/Pa)÷(0.775V/Pa)]
có thể ra độ nhạy xấp xỉ -37dBμ.
2. Mức đầu ra tối đa
Mức đầu ra của micrô ở mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa chính là mức đầu ra tối đa. Giống như mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa quy định khoảng cách giữa micrô và nguồn âm, mức đầu ra tối đa trực tiếp quyết định mức tín hiệu làm việc đầu vào của bàn trộn âm. Đối với một micrô nhất định, chỉ cần biết độ nhạy và mức áp suất âm thanh cao nhất, chúng ta có thể tính toán mức đầu ra tối đa của nó.
Lấy micrô NEUMANN U89 làm ví dụ: độ nhạy là 8mV/Pa, mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa là 134dB SPL (ở mức suy hao đầu vào 10dB). Đầu tiên chuyển đổi mức áp suất âm thanh đầu vào thành áp suất âm thanh, sau đó sử dụng độ nhạy để tính mức đầu ra tối đa: Vì 0dB SPL= 2×10-5Pa, nên áp suất âm thanh đầu vào tối đa X có thể tính từ
134dB SPL=20lgX/2×10-5Pa
ra X=100(Pa). Với độ nhạy 8mV/Pa, đầu ra tối đa ở 100Pa là 800mV, chuyển đổi thành mức đầu ra:
20lg[(0.8V/Pa)÷(0.775V/Pa)]
xấp xỉ 0dBμ. Đây là mức đầu ra tối đa về mặt lý thuyết của micrô U89. Trên thực tế, khi sử dụng bình thường, chúng ta thường không chọn mức suy hao 10dB (để giảm nhiễu đầu vào), vì vậy chỉ cần vị trí đặt micrô phù hợp, mức áp suất âm thanh tối đa trước U89 thường không vượt quá 124dB SPL ở chế độ bình thường, do đó mức đầu ra tối đa của nó thường thấp hơn nhiều so với 0dBμ.
II. Xác định mức tín hiệu làm việc của bàn trộn âm
Về mặt kỹ thuật, mức tín hiệu làm việc của bàn trộn âm được quy định sao cho mức tín hiệu lớn nhất trên nó không vượt quá giới hạn trên của biên độ động (headroom) tối đa do nhà sản xuất đặt (trên thực tế, mức làm việc còn phải được xác định dựa trên nhu cầu của chương trình). Ở đây, biên độ động tối đa đề cập đến phạm vi mức tín hiệu trên 0dBμ, lên đến mức tối đa dưới chỉ số độ méo hài tổng, như minh họa.
Như vậy, chỉ cần ở phía micrô biết được mức áp suất âm thanh tối đa có thể có của nguồn âm và độ nhạy của micrô, chúng ta có thể tính toán mức đầu ra tối đa tương ứng; sự chênh lệch giữa mức này và giới hạn trên của biên độ động của bàn trộn âm chính là hệ số khuếch đại đầu vào của tầng đầu vào bàn trộn âm, tức bộ tiền khuếch đại micrô (mic preamp); mức tín hiệu dưới hệ số khuếch đại này chính là mức làm việc của bàn trộn âm.
Lấy ví dụ nguồn âm được thu là giọng nữ cao màu sắc (soprano coloratura), sử dụng micrô U89 và bàn trộn âm AMEK RemBandt để minh họa: Giả sử mức áp suất âm thanh tối đa của nguồn âm ở khoảng cách 70cm từ micrô là 112dB SPL (đỉnh, gia trọng A), mức áp suất âm thanh đầu vào tối đa mà micrô có thể chịu được là 124dB, độ nhạy là 8mV/Pa, từ công thức
112dB SPL=20lgX/2×10-5
có thể biết 112dB SPL tương đương với áp suất âm thanh 8Pa, nó có thể có đầu ra điện áp 8Pa×8mV/Pa=64mV, tức có mức đầu ra:
20lg[(0.064V/Pa)÷(0.775V/Pa)]=-22dBμ
Mức tín hiệu này, khi kết nối với bàn trộn âm có hệ số khuếch đại mic preamp 70dB và biên độ động của tầng mic preamp ở mức độ méo hài tổng 0.017% là 12dBμ (biên độ động của tầng khuếch đại đường truyền (line amp) của bàn trộn âm này là 28dBμ), vẫn còn dư 34dB so với giới hạn trên +12dBμ (+12dB - (-22dB) = 34dB), đây chính là hệ số khuếch đại đầu vào mà bàn trộn âm nên có. Từ đó, mức làm việc của bàn trộn âm được xác định.
Trong thao tác thực tế, để đảm bảo độ méo hài tổng của bàn trộn âm ở mức tín hiệu tối đa thấp hơn 0.017%, thông thường nên giảm hệ số khuếch đại mic preamp nói trên thêm vài dB. Mức giảm được xác định bằng phương pháp sau: Đầu tiên đặt tất cả các núm giảm âm (fader) của kênh, monitor và đầu ra tổng ở vị trí làm việc 0dB, sau đó quan sát đồng hồ đo âm lượng (VU meter) đầu vào và đầu ra tại thời điểm đó, dựa vào chỉ báo trong vùng bình thường để tham chiếu, xác định số dB cần giảm.