Microphone có thể sử dụng ngõ ra transformer balanced hoặc transformerless, tùy theo thiết kế mạch của từng sản phẩm. Vậy hai cấu trúc này có ý nghĩa gì và chúng tác động ra sao đến đặc tính âm thanh của microphone? Bài viết dưới đây sẽ làm rõ nguyên lý cân bằng tín hiệu, chức năng của transformer và sự khác biệt về âm thanh giữa hai thiết kế.
Khái Niệm Balanced Là Gì Trong Âm Thanh?
Các loại microphone chuyên dụng cho phòng thu luôn được trang bị đầu ra balanced (cân bằng). Tín hiệu balanced đồng nghĩa với việc truyền tải qua hai dây dẫn tín hiệu riêng biệt kết hợp với một đường nối đất (ground), vốn thường được tích hợp ngay tại lớp vỏ bọc chống nhiễu của dây dẫn.
Ngược lại, chuẩn kết nối unbalanced (không cân bằng) – như trên các dòng đàn guitar điện – chỉ sở hữu duy nhất một dây truyền tín hiệu chạy kèm lớp vỏ bọc shield. Về mặt nguyên lý điện tử, một tín hiệu âm thanh hoàn chỉnh luôn cần tối thiểu hai điểm kết nối. Đối với guitar, điện áp đầu ra được so sánh giữa dây truyền tín hiệu và lớp shield ngoài cùng.
Trong khi đó, ở các dòng microphone cũng như những thiết bị tích hợp ngõ ra balanced, tín hiệu âm thanh được so sánh trực tiếp giữa hai dây dẫn tín hiệu song song. Cấu trúc đặc thù này giúp triệt tiêu hiệu quả nhiễu điện từ do các trường điện ngoài môi trường tác động, tiêu biểu như tiếng ù hum hay tiếng buzzing.
Ví dụ minh họa: khi dây dẫn microphone nằm gần các tuyến dây nguồn điện, dòng điện xoay chiều (AC) có thể tạo ra cảm ứng điện nhỏ – hình thành nhiễu ù tần số 50/60 Hz đồng đều trên cả hai dây tín hiệu. Dù vậy, bạn sẽ không hề nghe thấy tạp âm này bởi bộ tiền khuếch đại (microphone preamp) được trang bị mạch xử lý differential amplifier (ampli vi sai).
Bo mạch vi sai này hoạt động theo nguyên lý khuếch đại sự chênh lệch điện áp giữa hai đường tín hiệu. Do dòng nhiễu hum phát sinh đồng thời và giống hệt nhau trên cả hai dây, độ chênh lệch điện áp của nhiễu bằng không. Nhờ vậy, preamp chỉ tập trung khuếch đại tín hiệu âm thanh thu được từ microphone và loại bỏ hoàn toàn dải nhiễu ù có cùng biên độ điện áp trên hai đường dây.
Output Balancing Được Cấu Tạo Như Thế Nào?
Hiện nay có tương đối nhiều giải pháp kỹ thuật để khởi tạo một ngõ ra balanced.
Trên các dòng micro dynamic sở hữu cuộn dây động (moving coil), phương pháp xử lý tương đối đơn giản: hai sợi dây tín hiệu xuất phát từ capsule được đấu nối trực tiếp tới hai chân 2 và 3 trên cổng kết nối XLR.
Quy trình này không thể áp dụng cho condenser capsule, do bản thân capsule cần đến mạch điện tử để hạ trở kháng cực cao xuống mức trở kháng thấp thích hợp. Vì thế, tín hiệu sau mạch chuyển đổi trở kháng này đòi hỏi một phương án cân bằng điện lý tưởng hơn.
Theo giải pháp truyền thống, nhà sản xuất sẽ can thiệp bằng một output transformer ( biến áp xuất âm). Công nghệ này tỏ ra vô cùng hiệu quả trên các sơ đồ mạch chạy bóng đèn (tube) hoặc transistor thế hệ đầu, do biến áp cũng đồng thời đảm nhận công đoạn cuối của việc hạ trở kháng.
Một bóng đèn điện tử hoặc FET sẽ đảm đương tầng biến đổi đầu tiên, sau đó một biến áp hạ áp (step-down transformer) đảm nhận tầng biến đổi trở kháng kế tiếp. Nhờ cơ chế này, hệ thống mạch được tối ưu gọn nhẹ với số lượng linh kiện tối thiểu.
Xu Hướng Thiết Kế Mạch Transformerless
Giai đoạn cuối thập niên 1970 và đầu những năm 1980 ghi nhận sự trỗi dậy của chuẩn ngõ ra transformerless (không biến áp), trở thành trào lưu mới được giới âm thanh thuần bản (audio purist) ưa chuộng.
Cũng ở cột mốc này, thương hiệu Neumann chính thức trình làng dải sản phẩm TLM – ký hiệu viết tắt cho Transformerless Microphone.
Ở thời điểm đó, biến áp audio bị nhìn nhận là công nghệ có phần lạc hậu và dễ làm giảm tính chân thực của âm thanh nguyên bản. Để thấu hiểu nguyên do, chúng ta cần nhìn vào thực tế giai đoạn đó: biến áp không chỉ hiện diện ở micro mà còn phân bổ ở hầu hết mọi công đoạn trong chuỗi thiết bị âm thanh.
Một bàn bàn mixer phát thanh (broadcast console) thời kỳ đó có thể tích hợp hàng chục, thậm chí hàng trăm biến áp âm thanh. Do vậy, giải pháp loại bỏ các biến áp không thực sự cần thiết để thay bằng mạch cân bằng điện tử là một bước tiến hoàn toàn hợp lý.
Sự đổi mới này không chỉ hứa hẹn giảm thiểu hiện tượng sai lệch màu âm mà còn tối ưu hóa chi phí sản xuất. Khi mà các linh kiện bán dẫn như transistor hay op-amp ngày càng giảm giá, những bộ biến áp đạt chuẩn chất lượng cao vẫn duy trì mức giá rất đắt đỏ.
Biến Áp Chi Phối Màu Sắc Âm Thanh Như Thế Nào?
Khi biến áp xuất hiện dày đặc trên từng mắt xích của đường truyền tín hiệu, sự biến đổi màu âm do biến áp gây ra từng bị coi là một điểm trừ không mong muốn.
Đến nay, phần lớn thiết bị thu âm hiện đại đều chuyển sang ứng dụng kiến trúc transformerless giúp chất âm đạt độ trong trẻo và trung thực cao hơn. Nhiều kỹ sư âm thanh đặc biệt đánh giá cao đặc tính này.
Dù vậy, một số kỹ sư – đặc biệt làm việc trong các dòng nhạc pop, rock và hip-hop – lại cho rằng độ trong trẻo quá mức dễ làm bản thu trở nên thiếu điểm nhấn, từ đó họ tìm kiếm lại chất âm cổ điển (vintage). Chính điều này đã thúc đẩy sự quay trở lại mạnh mẽ của các dòng thiết bị transformer balanced.
Biến Áp Có Thật Sự Làm Biến Đổi Âm Thanh?
Biến áp audio quả thực có tác động đến màu sắc âm thanh, tuy nhiên mức độ can thiệp không quá gắt như những định kiến thường thấy, đặc biệt là đối với micro.
Các dòng micro transformer balanced thường được đánh giá là sở hữu dải cao mềm mại hơn cùng dải trầm sâu lắng hơn. Dù vậy, một biến áp audio chế tác đạt chuẩn có khả năng đáp ứng dải tần vượt xa ngưỡng nghe của con người. Do đó, biến áp không thể làm suy giảm hay bo tròn dải treble theo cách thính giác nhận biết được.
Thực tế cho thấy, biến áp thường xuất hiện điểm cộng hưởng nhẹ ở vùng tần số trên 20 kHz, đem lại cho dải cao cảm giác tơi xốp và có độ "air" thoáng đãng.
Nó cũng tạo ra một điểm cộng hưởng nhẹ ở khu vực dải tần thấp, mang lại cảm nhận dải bass đầy đặn hơn.
Những Ưu Điểm Nổi Bật Của Mạch Transformerless
Dòng micro transformerless thường sở hữu dải đáp tuyến mở rộng và sâu hơn ở cả hai đầu dải tần cao và thấp.
Đáng chú ý hơn, micro không biến áp có năng lực chịu đựng mức ngưỡng áp suất âm thanh cao hơn hẳn trước khi chạm ngưỡng méo tiếng.
Hiện tồn tại quan điểm cho rằng hiện tượng Distortion (méo tiếng) tạo ra từ biến áp mang lại chất âm khá tai. Dù vậy, nhận định này chưa thực sự chuẩn xác. Hiện tượng Distortion của biến áp chủ yếu sinh ra các họa âm không đồng đều (odd harmonics) và không hề tăng tiến một cách mượt mà.
Một khi lõi biến áp rơi vào trạng thái bão hòa (saturation), độ Distortion sẽ leo thang cực nhanh, dẫn đến dải âm bị gắt hoặc hoàn toàn không thể sử dụng.
Bên cạnh đó, mức tín hiệu từ micro trong hầu hết ứng dụng thực tế là khá nhỏ, do đó hiện tượng biến áp bị distortion gần như không thể xảy ra khi thu âm giọng hát hay guitar.
Méo tiếng chỉ dễ xuất hiện khi thu các bộ trống cơ. Tuy nhiên, như vừa phân tích, đó chưa chắc đã là dạng distortion mà người làm nhạc mong muốn.
Ngoài ra, mức độ distortion của biến áp chịu ảnh hưởng lớn bởi tần số. Ở dải tần trầm, biến áp bị méo tiếng ở mức áp suất âm thanh thấp hơn nhiều so với dải tần cao.
Hiện có rất ít dòng micro transformer balanced đáp ứng tốt cho trống kick drum. Một thiết kế kinh điển hiếm hoi chính là Neumann U 47 fet – chiếc micro được trang bị cục biến áp có kích thước cực kỳ lớn.
Phân Biệt Transformer Balanced Và Transformerless Có Dễ Dàng?
Nếu hai mẫu micro cùng tích hợp chung một cấu trúc capsule, việc nhận biết sự khác biệt âm thanh giữa chuẩn transformer balanced và transformerless không phải lúc nào cũng đơn giản.
Yếu tố này chứng minh rằng việc đánh giá hai giải pháp công nghệ không nên chỉ nhìn vào sự có mặt của biến áp, mà cần phân tích tổng thể toàn bộ thiết kế của micro.
Nên Chọn Transformer Balanced Hay Transformerless?
Góc nhìn về vấn đề này sẽ tùy thuộc vào trải nghiệm của từng kỹ sư âm thanh.
Trên thực tế, thị trường có rất ít dòng micro được nhà sản xuất phát hành song song cả hai phiên bản transformer balanced lẫn transformerless. TỪ đó, người dùng thường đưa ra kết luận dựa trên trải nghiệm cá nhân với các mẫu micro khác nhau của từng công nghệ.
Rất nhiều dòng micro transformer balanced danh tiếng, ví dụ như Neumann U 87, sở hữu nền tảng thiết kế từ những năm 1960 và 1970 – giai đoạn mà gu âm thanh chung thiên về độ ấm và sự êm dịu.
Trái lại, các mẫu micro transformerless như Neumann TLM 103 lại phổ biến muộn hơn vào thập niên 1980 và 1990 – thời điểm người thu âm tìm kiếm chất âm sáng rõ và có tính hiện đại hơn.
Do đó, sự khác biệt về chất âm giữa các micro này không đơn thuần bắt nguồn từ sự thay đổi công nghệ mạch, mà phần lớn đến từ xu hướng thẩm mỹ âm thanh thay đổi qua từng thời đại.
Biến áp âm thanh đúng là có mang lại một mức độ biến đổi màu âm nhất định, nhưng biên độ tác động ít hơn nhiều so với những nhận định cảm tính.
Dòng micro transformer balanced có xu hướng mang lại dải trầm dày dặn hơn đôi chút cùng dải cao thoáng đãng hơn. Cảm giác không gian âm thanh cũng bớt độ trực diện hơn.
Trong khi đó, micro mạch điện tử transformerless lại sở hữu năng lực chịu đựng mức áp suất âm thanh (SPL) rất cao, ngay cả ở những dải tần siêu trầm.
Nếu bạn hướng tới chất âm có độ nảy (punch) tốt và cảm giác tiếng ra trực tiếp, giải pháp transformerless sẽ là sự lựa chọn tối ưu.
Xét về khía cạnh kinh tế, mạch cân bằng điện tử có chi phí tối ưu hơn hẳn việc chế tạo một biến áp âm thanh chất lượng cao. Do đó, nếu cần chất âm chuẩn mực trong một tầm giá hợp lý, bạn có thể cân nhắc các dòng micro transformerless như Neumann TLM 102 hay TLM 103.
Cuối cùng, hãy luôn ghi nhớ nguyên tắc cốt lõi: có tới 90% đặc tính âm thanh của micro được quyết định bởi bộ capsule.
Đánh Giá Thực Tế Micro Trong Môi Trường Phòng Thu
Sự khác biệt giữa công nghệ transformer balanced và transformerless đại diện cho các trường phái thiết kế nhằm tạo nên màu sắc âm thanh riêng biệt. Việc nắm rõ các nguyên lý này sẽ cung cấp cho bạn cơ sở khoa học để đánh giá và lựa chọn chiếc micro đáp ứng chính xác nhu cầu công việc.
Tại Hoàng Bảo Khoa, hệ thống phòng Neumann Studio được xây dựng chuẩn mực để khách hàng có thể trực tiếp trải nghiệm các dòng sản phẩm Neumann, qua đó tự mình cảm nhận sự khác biệt thực tế giữa từng công nghệ và đưa ra quyết định đầu tư phù hợp nhất.