Truyền tải tín hiệu hệ thống âm thanh, cần chú ý những vấn đề gì
[Hướng dẫn đọc] Hệ thống âm thanh chuyên nghiệp đều được tạo thành từ nhiều thiết bị chức năng khác nhau, sau khi thiết kế hệ thống âm thanh, chọn thiết bị sử dụng theo yêu cầu, cần kết nối các thiết bị riêng lẻ này theo yêu cầu thiết kế, tạo thành một hệ thống âm thanh hoàn chỉnh có thể đáp ứng yêu cầu thiết kế.
Hệ thống âm thanh chuyên nghiệp đều được tạo thành từ nhiều thiết bị chức năng khác nhau, sau khi thiết kế hệ thống âm thanh, chọn thiết bị sử dụng theo yêu cầu, cần kết nối các thiết bị riêng lẻ này theo yêu cầu thiết kế, tạo thành một hệ thống âm thanh hoàn chỉnh có thể đáp ứng yêu cầu thiết kế. Đối với hệ thống cố định, cần lắp đặt thiết bị trong tủ rack, và cố định lắp đặt tất cả dây kết nối của hệ thống theo một tiêu chuẩn, quy phạm nhất định. Đối với hệ thống di động, như buổi hòa nhạc, biểu diễn ngoài trời, v.v. lắp đặt tạm thời, nên áp dụng biện pháp cố định tạm thời hiệu quả đối với thiết bị, dây cáp, để đảm bảo an toàn.
Việc kết nối, lắp đặt hệ thống âm thanh liên quan đến nhiều vấn đề công trình, bao gồm thiết kế và xây dựng phòng điều khiển âm thanh, công trình đường ống cáp hệ thống âm thanh, cấp điện hệ thống, v.v. Ở đây thảo luận một số vấn đề cần chú ý khi truyền tải tín hiệu hệ thống âm thanh.
1. Phối hợp trở kháng
Cổng đầu vào tín hiệu cũng chính là tải của cổng đầu ra tín hiệu, phạm vi phối hợp trở kháng giữa chúng như thế nào mới đạt yêu cầu, thường phải xem yêu cầu thiết kế của thiết bị đầu ra tín hiệu đối với tải của nó. Để trạng thái truyền tải tín hiệu điện âm đạt tốt nhất, trở kháng cổng giao diện đầu vào phải đáp ứng yêu cầu phối hợp trở kháng tải của giao diện đầu ra nguồn tín hiệu, nếu không, sẽ ảnh hưởng đến trạng thái làm việc của thiết bị âm thanh, gây méo tín hiệu đầu ra. Nghiêm trọng, thậm chí có nguy cơ hỏng thiết bị nguồn âm.
Về lý thuyết, khi trở kháng đầu ra bằng trở kháng tải của nó, hiệu suất truyền tải tín hiệu là cao nhất. Còn nếu trở kháng đầu ra lớn hơn trở kháng tải, thì năng lượng tín hiệu sẽ bị tổn thất phần lớn trên mạch đầu ra tín hiệu, điều này rõ ràng bất lợi cho việc truyền tải tín hiệu. Vì vậy, thiết bị âm thanh thường được thiết kế theo nguyên tắc trở kháng đầu vào lớn hơn trở kháng đầu ra.
Kết nối thiết bị âm thanh thông thường, chỉ cần trở kháng tải lớn hơn trở kháng đầu ra tín hiệu, đều có thể khiến nó hoạt động bình thường. Nhưng trở kháng đầu vào của thiết bị âm thanh không thể thiết kế quá cao hoặc quá thấp, quá cao sẽ giảm khả năng chống nhiễu của dây cấp nguồn, quá thấp sẽ khiến chỉ số đáp ứng tần số giảm.
2. Mức truyền tải tín hiệu
Mục đích kết nối hệ thống âm thanh là để truyền tải tín hiệu, trạng thái tốt nhất của việc truyền tải tín hiệu âm thanh yêu cầu giá trị mức đầu ra của nguồn tín hiệu phải lớn hơn hoặc bằng độ nhạy của giao diện đầu vào, nếu không, sẽ gây suy giảm chỉ số tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu. Đầu vào, đầu ra đường truyền của thiết bị âm thanh chuyên nghiệp thường đặt hệ số khuếch đại ở 0dB, nghĩa là, thiết bị không khuếch đại cũng không suy giảm mức tín hiệu đầu vào hoặc đầu ra, để trong quá trình truyền tải có thể giữ nguyên giá trị mức của nó, điều này chủ yếu để đảm bảo đơn vị kiểm soát mức có thể điều chỉnh dựa trên giá trị số.
Trong kết nối hệ thống, nên chú ý phối hợp mức đầu ra, đầu vào. Nếu không, có thể gây méo cắt đỉnh, hoặc tín hiệu kích thích không đủ, gây suy giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của toàn hệ thống. Thông thường kết nối giữa thiết bị âm thanh (bàn trộn, thiết bị ngoại vi, ampli) là truyền tải tín hiệu ở mức đường truyền. Thông thường có hai tiêu chuẩn đường truyền, một là +4dB (1.228V), một là 0dB (0.775V). Mức đường truyền của thiết bị sử dụng trong hệ thống tốt nhất nên thống nhất, như vậy khi điều chỉnh và sử dụng sẽ thuận tiện hơn. Ngoài ra, có một số thiết bị xử lý âm thanh, đặc biệt là hiệu ứng, để đáp ứng cả nhu cầu nhạc cụ điện âm và hệ thống âm thanh chuyên nghiệp, thiết lập chức năng chuyển đổi mức giao diện, công tắc chuyển đổi này thường đặt ở mặt sau thiết bị, có thể chia thành +4dB, -10dB, -20dB mấy nấc, khi sử dụng hệ thống khuếch đại nên chú ý điều chỉnh nó về nấc +4dB.
3. Phương thức kết nối tín hiệu yếu
Đầu nối đầu vào, đầu ra của thiết bị âm thanh chuyên nghiệp có các phương thức không cân bằng (unbalanced), cân bằng biến áp (transformer balanced), cân bằng vi sai (differential balanced), v.v. Cổng cân bằng với cân bằng, không cân bằng với không cân bằng đều có thể cấp tín hiệu trực tiếp; trong trường hợp yêu cầu cao, giữa cổng cân bằng và không cân bằng, phải thông qua bộ chuyển đổi chuyên dụng mới có thể kết nối lẫn nhau. Bộ chuyển đổi thường có ba loại: bộ chuyển đổi biến áp không nguồn, bộ chuyển đổi nửa điện áp và bộ chuyển đổi khuếch đại vi sai có nguồn.
Trong một số trường hợp yêu cầu không cao, đầu nối tín hiệu không cân bằng và cân bằng vẫn có thể cấp tín hiệu trực tiếp, cách nối dây là: Đầu nóng (hot) của đầu cân bằng nối với đầu tín hiệu của đầu không cân bằng, đầu lạnh (cold) của đầu cân bằng nối với đầu đất của đầu không cân bằng, còn đầu đất của đầu cân bằng thì nối với lớp bọc chống nhiễu của dây cấp tín hiệu.
Ngoại trừ truyền tải công suất giữa ampli và loa, để nâng cao khả năng chống nhiễu của hệ thống, đảm bảo tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, kết nối tín hiệu trong hệ thống âm thanh chuyên nghiệp nên dùng phương thức cân bằng để truyền tải càng nhiều càng tốt. Thiết bị âm thanh chuyên nghiệp thường cũng cung cấp chức năng đầu vào, đầu ra cân bằng.
Phương thức truyền tải tín hiệu cân bằng dùng chế độ ba dây. Dùng dây xoắn đôi có bọc chống nhiễu để kết nối, lớp lưới bọc chống nhiễu làm dây nối đất, hai dây lõi còn lại lần lượt nối đầu nóng tín hiệu (đầu dương tham chiếu) và đầu lạnh (đầu âm tham chiếu). Do dòng tín hiệu chảy trên hai dây tín hiệu lõi có cùng độ lớn, ngược chiều nhau, vì vậy nhiễu điện từ cảm ứng trên đường truyền sẽ bị trừ triệt tiêu ở đầu vào.
Hệ thống âm thanh chuyên nghiệp đôi khi cũng dùng một số thiết bị nguồn âm gia dụng, đầu ra của chúng không cân bằng. Ngoài ra, nhạc cụ điện âm như guitar điện, bass điện, keyboard điện, synthesizer, v.v. cũng dùng phương thức đầu ra không cân bằng, vì vậy kết nối hệ thống âm thanh không tránh khỏi dùng một số kết nối phương thức không cân bằng. Ở đây cần đặc biệt chú ý hai điểm: Thứ nhất, khi dùng phương thức không cân bằng, đặc biệt khi truyền tải mức thấp, nên rút ngắn chiều dài dây kết nối càng nhiều càng tốt. Khi cần thiết có thể đặt ampli ngay tại chỗ gần thiết bị đầu ra không cân bằng, nâng mức và chuyển đổi thành đầu ra cân bằng rồi mới truyền tải đường dài, cũng có thể dùng biến áp chuyển đổi tín hiệu thành phương thức cân bằng rồi mới truyền tải đường dài.
Hệ thống âm thanh chuyên nghiệp đều được tạo thành từ nhiều thiết bị chức năng khác nhau, sau khi thiết kế hệ thống âm thanh, chọn thiết bị sử dụng theo yêu cầu, cần kết nối các thiết bị riêng lẻ này theo yêu cầu thiết kế, tạo thành một hệ thống âm thanh hoàn chỉnh có thể đáp ứng yêu cầu thiết kế. Đối với hệ thống cố định, cần lắp đặt thiết bị trong tủ rack, và cố định lắp đặt tất cả dây kết nối của hệ thống theo một tiêu chuẩn, quy phạm nhất định. Đối với hệ thống di động, như buổi hòa nhạc, biểu diễn ngoài trời, v.v. lắp đặt tạm thời, nên áp dụng biện pháp cố định tạm thời hiệu quả đối với thiết bị, dây cáp, để đảm bảo an toàn.
Việc kết nối, lắp đặt hệ thống âm thanh liên quan đến nhiều vấn đề công trình, bao gồm thiết kế và xây dựng phòng điều khiển âm thanh, công trình đường ống cáp hệ thống âm thanh, cấp điện hệ thống, v.v. Ở đây thảo luận một số vấn đề cần chú ý khi truyền tải tín hiệu hệ thống âm thanh.
1. Phối hợp trở kháng
Cổng đầu vào tín hiệu cũng chính là tải của cổng đầu ra tín hiệu, phạm vi phối hợp trở kháng giữa chúng như thế nào mới đạt yêu cầu, thường phải xem yêu cầu thiết kế của thiết bị đầu ra tín hiệu đối với tải của nó. Để trạng thái truyền tải tín hiệu điện âm đạt tốt nhất, trở kháng cổng giao diện đầu vào phải đáp ứng yêu cầu phối hợp trở kháng tải của giao diện đầu ra nguồn tín hiệu, nếu không, sẽ ảnh hưởng đến trạng thái làm việc của thiết bị âm thanh, gây méo tín hiệu đầu ra. Nghiêm trọng, thậm chí có nguy cơ hỏng thiết bị nguồn âm.
Về lý thuyết, khi trở kháng đầu ra bằng trở kháng tải của nó, hiệu suất truyền tải tín hiệu là cao nhất. Còn nếu trở kháng đầu ra lớn hơn trở kháng tải, thì năng lượng tín hiệu sẽ bị tổn thất phần lớn trên mạch đầu ra tín hiệu, điều này rõ ràng bất lợi cho việc truyền tải tín hiệu. Vì vậy, thiết bị âm thanh thường được thiết kế theo nguyên tắc trở kháng đầu vào lớn hơn trở kháng đầu ra.
Kết nối thiết bị âm thanh thông thường, chỉ cần trở kháng tải lớn hơn trở kháng đầu ra tín hiệu, đều có thể khiến nó hoạt động bình thường. Nhưng trở kháng đầu vào của thiết bị âm thanh không thể thiết kế quá cao hoặc quá thấp, quá cao sẽ giảm khả năng chống nhiễu của dây cấp nguồn, quá thấp sẽ khiến chỉ số đáp ứng tần số giảm.
2. Mức truyền tải tín hiệu
Mục đích kết nối hệ thống âm thanh là để truyền tải tín hiệu, trạng thái tốt nhất của việc truyền tải tín hiệu âm thanh yêu cầu giá trị mức đầu ra của nguồn tín hiệu phải lớn hơn hoặc bằng độ nhạy của giao diện đầu vào, nếu không, sẽ gây suy giảm chỉ số tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu. Đầu vào, đầu ra đường truyền của thiết bị âm thanh chuyên nghiệp thường đặt hệ số khuếch đại ở 0dB, nghĩa là, thiết bị không khuếch đại cũng không suy giảm mức tín hiệu đầu vào hoặc đầu ra, để trong quá trình truyền tải có thể giữ nguyên giá trị mức của nó, điều này chủ yếu để đảm bảo đơn vị kiểm soát mức có thể điều chỉnh dựa trên giá trị số.
Trong kết nối hệ thống, nên chú ý phối hợp mức đầu ra, đầu vào. Nếu không, có thể gây méo cắt đỉnh, hoặc tín hiệu kích thích không đủ, gây suy giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của toàn hệ thống. Thông thường kết nối giữa thiết bị âm thanh (bàn trộn, thiết bị ngoại vi, ampli) là truyền tải tín hiệu ở mức đường truyền. Thông thường có hai tiêu chuẩn đường truyền, một là +4dB (1.228V), một là 0dB (0.775V). Mức đường truyền của thiết bị sử dụng trong hệ thống tốt nhất nên thống nhất, như vậy khi điều chỉnh và sử dụng sẽ thuận tiện hơn. Ngoài ra, có một số thiết bị xử lý âm thanh, đặc biệt là hiệu ứng, để đáp ứng cả nhu cầu nhạc cụ điện âm và hệ thống âm thanh chuyên nghiệp, thiết lập chức năng chuyển đổi mức giao diện, công tắc chuyển đổi này thường đặt ở mặt sau thiết bị, có thể chia thành +4dB, -10dB, -20dB mấy nấc, khi sử dụng hệ thống khuếch đại nên chú ý điều chỉnh nó về nấc +4dB.
3. Phương thức kết nối tín hiệu yếu
Đầu nối đầu vào, đầu ra của thiết bị âm thanh chuyên nghiệp có các phương thức không cân bằng (unbalanced), cân bằng biến áp (transformer balanced), cân bằng vi sai (differential balanced), v.v. Cổng cân bằng với cân bằng, không cân bằng với không cân bằng đều có thể cấp tín hiệu trực tiếp; trong trường hợp yêu cầu cao, giữa cổng cân bằng và không cân bằng, phải thông qua bộ chuyển đổi chuyên dụng mới có thể kết nối lẫn nhau. Bộ chuyển đổi thường có ba loại: bộ chuyển đổi biến áp không nguồn, bộ chuyển đổi nửa điện áp và bộ chuyển đổi khuếch đại vi sai có nguồn.
Trong một số trường hợp yêu cầu không cao, đầu nối tín hiệu không cân bằng và cân bằng vẫn có thể cấp tín hiệu trực tiếp, cách nối dây là: Đầu nóng (hot) của đầu cân bằng nối với đầu tín hiệu của đầu không cân bằng, đầu lạnh (cold) của đầu cân bằng nối với đầu đất của đầu không cân bằng, còn đầu đất của đầu cân bằng thì nối với lớp bọc chống nhiễu của dây cấp tín hiệu.
Ngoại trừ truyền tải công suất giữa ampli và loa, để nâng cao khả năng chống nhiễu của hệ thống, đảm bảo tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, kết nối tín hiệu trong hệ thống âm thanh chuyên nghiệp nên dùng phương thức cân bằng để truyền tải càng nhiều càng tốt. Thiết bị âm thanh chuyên nghiệp thường cũng cung cấp chức năng đầu vào, đầu ra cân bằng.
Phương thức truyền tải tín hiệu cân bằng dùng chế độ ba dây. Dùng dây xoắn đôi có bọc chống nhiễu để kết nối, lớp lưới bọc chống nhiễu làm dây nối đất, hai dây lõi còn lại lần lượt nối đầu nóng tín hiệu (đầu dương tham chiếu) và đầu lạnh (đầu âm tham chiếu). Do dòng tín hiệu chảy trên hai dây tín hiệu lõi có cùng độ lớn, ngược chiều nhau, vì vậy nhiễu điện từ cảm ứng trên đường truyền sẽ bị trừ triệt tiêu ở đầu vào.
Hệ thống âm thanh chuyên nghiệp đôi khi cũng dùng một số thiết bị nguồn âm gia dụng, đầu ra của chúng không cân bằng. Ngoài ra, nhạc cụ điện âm như guitar điện, bass điện, keyboard điện, synthesizer, v.v. cũng dùng phương thức đầu ra không cân bằng, vì vậy kết nối hệ thống âm thanh không tránh khỏi dùng một số kết nối phương thức không cân bằng. Ở đây cần đặc biệt chú ý hai điểm: Thứ nhất, khi dùng phương thức không cân bằng, đặc biệt khi truyền tải mức thấp, nên rút ngắn chiều dài dây kết nối càng nhiều càng tốt. Khi cần thiết có thể đặt ampli ngay tại chỗ gần thiết bị đầu ra không cân bằng, nâng mức và chuyển đổi thành đầu ra cân bằng rồi mới truyền tải đường dài, cũng có thể dùng biến áp chuyển đổi tín hiệu thành phương thức cân bằng rồi mới truyền tải đường dài.