Transformer Balanced hay Transformerless: Loại nào tốt hơn?

Định Nghĩa Tín Hiệu Balanced Là Gì?

Mọi microphones Neumann chuyên dụng cho phòng thu đều sử dụng chuẩn ngõ ra balanced (cân bằng). Chuẩn này quy định tín hiệu được truyền qua hai đường dẫn tín hiệu riêng biệt kết hợp với một dây nối đất (ground), thông thường chính là lớp vỏ bọc chống nhiễu của cáp.

Trong khi đó, cổng xuất unbalanced (không cân bằng) trên đàn guitar điện chỉ dùng duy nhất một đường tín hiệu cùng lớp giáp bọc. Về mặt kỹ thuật điện tử, tín hiệu âm thanh luôn cần 2 điểm kết nối để tạo thành mạch kín. Trên guitar, điện áp tín hiệu được so sánh giữa đường truyền duy nhất và lớp vỏ giáp chống nhiễu.

Đối với microphone cũng như các thiết bị âm thanh chuẩn balanced, điện áp âm thanh được đo đạc giữa hai dây tín hiệu với nhau. Nguyên lý thiết kế này mang lại khả năng loại bỏ các nhiễu từ trường bên ngoài cực kỳ hiệu quả, điển hình là tiếng hum hay tiếng buzz.

Ví dụ, khi dây microphone nằm gần dây điện nguồn, dòng điện xoay chiều (AC) có thể gây cảm ứng điện từ làm xuất hiện tạp âm hum (ở tần số 50Hz/60Hz) có cùng biên độ trên cả hai đường tín hiệu. Mặc dù vậy, tạp âm này bị triệt tiêu hoàn toàn nhờ vào bộ khuếch đại differential amplifier tích hợp trong preamp của microphone.

Bộ khuếch đại vi sai này thực hiện nhiệm vụ so sánh và chỉ nhân bản phần điện áp chênh lệch giữa hai dây. Vì tiếng hum xuất hiện giống hệt nhau trên cả hai đường tín hiệu nên chênh lệch điện áp của nó bằng 0. Nhờ đó, preamp chỉ khuếch đại tín hiệu âm thanh thực từ microphone mà hoàn toàn loại bỏ tiếng hum chung.

Cơ Chế Tạo Ngõ Xuất Tín Hiệu Output Balancing

Có nhiều phương án kỹ thuật để triển khai một đầu ra cân bằng (balanced).

Với dòng micro dynamic sử dụng cuộn dây động, cơ chế này vô cùng đơn giản: hai dây tín hiệu nối từ củ micro được đấu thẳng vào chân 2 và 3 của đầu cắm XLR.

Tuy nhiên, thiết kế này không thể dùng cho condenser capsule vì loại capsule này đòi hỏi mạch điện tử để biến đổi tín hiệu từ mức trở kháng rất cao về mức trở kháng thấp. Do đó, đầu ra của mạch hạ trở kháng phải được thiết kế cân bằng theo giải pháp tương ứng.

Theo giải pháp truyền thống, người ta tích hợp một output transformer (biến áp đầu ra). Phương pháp này cực kỳ tối ưu cho các mạch điện tử chạy Bóng đèn hoặc transistor thời kỳ đầu, bởi bản thân biến áp cũng hỗ trợ hoàn tất công đoạn hạ trở kháng.

Tầng đầu tiên được xử lý bởi Bóng đèn hoặc FET, sau đó một biến áp hạ áp (step-down transformer) tiếp quản tầng hạ trở kháng thứ hai. Thiết kế này giúp tối ưu hóa mạch điện với số lượng linh kiện vô cùng gọn nhẹ.

Sự Ra Đời Của Công Nghệ Transformerless

Giai đoạn cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980 ghi nhận sự lên ngôi của thiết kế transformerless (không dùng biến áp) trong giới âm thanh chuyên nghiệp.

Trong cùng thời kỳ này, thương hiệu Neumann đã cho mắt dòng micro TLM — trong đó TLM là viết tắt của transformerless microphone.

Thời điểm đó, biến áp âm thanh bị xem là linh kiện làm ảnh hưởng đến độ trung thực và mộc mạc của âm thanh. Lý do là bởi biến áp không chỉ có trong micro mà xuất hiện ở hầu hết mọi công đoạn trong chuỗi thiết bị âm thanh.

Một bàn trộn phát thanh tiêu chuẩn thời kỳ đó có thể chứa tới hàng chục, thậm chí hàng trăm biến áp. Việc cắt giảm những biến áp không cần thiết và thay bằng mạch cân bằng điện tử được coi là bước tiến công nghệ tất yếu.

Giải pháp này không chỉ làm giảm hiện tượng méo màu âm thanh mà còn tối ưu chi phí. Trong khi các linh kiện bán dẫn như op-amp hay transistor ngày càng rẻ, những biến áp chất lượng cao vẫn duy trì mức giá rất đắt.

Tác Động Của Transformer Đến Màu Sắc Âm Thanh

Khi biến áp có mặt ở mọi mắt xích truyền dẫn, sự thay đổi màu âm do nó tạo ra từng bị xem là một nhược điểm không mong muốn.

Hiện nay, hầu hết thiết bị thu âm hiện đại đều chuyển sang thiết kế transformerless giúp âm thanh đạt độ trong suốt cao hơn. Hầu hết các kỹ sư thu âm đều cảm thấy hài lòng với sự chân thực này.

Dù vậy, một số kỹ sư âm thanh — đặc biệt là trong dòng nhạc pop, rock và hip-hop — lại cho rằng chất âm quá sạch đôi khi gây cảm giác đơn điệu và muốn bổ sung chút sắc thái ấm áp cổ điển. Chính vì thế, các thiết bị sử dụng biến áp transformer balanced đã quay trở lại mạnh mẽ.

Transformer Có Thực Sự Làm Sai Lệch Âm Thanh?

Biến áp âm thanh quả thực có tác động đến chất âm, nhưng biên độ thay đổi không quá lớn như những lời truyền miệng, nhất là khi ứng dụng trên microphone.

microphone dùng biến áp balanced thường được mô tả là cho dải cao êm hơn và dải trầm sâu hơn. Dù vậy, một biến áp được chế tạo tốt hoàn toàn có thể truyền tải dải tần vượt xa ngưỡng nghe của con người. Do đó, biến áp không hề làm suy giảm hay cắt gọt dải treble một cách rõ rệt.

Trên thực tế, biến áp hay có điểm cộng hưởng nhẹ ở vùng tần số trên 20 kHz, đem lại cho dải cao cảm giác tơi xốp và thoáng tơi (“air”).

Ngoài ra, biến áp cũng có thể tạo ra điểm cộng hưởng nhẹ ở dải tần số thấp, giúp tiếng bass nghe có vẻ dày dặn hơn.

Ưu Điểm Của Thiết Kế Transformerless Là Gì?

microphone thiết kế transformerless sở hữu khả năng mở rộng đáp tuyến tần số tốt hơn ở cả hai dải cao và trầm.

Đặc biệt hơn, micro transformerless có chịu được ngưỡng áp lực âm thanh (SPL) lớn hơn rất nhiều trước khi bị méo tiếng.

Nhiều người cho rằng hiện tượng méo tiếng (Distortion) từ biến áp đem lại chất âm dễ chịu. Mặc dù vậy, điều này không hoàn toàn đúng. Hiện tượng Distortion của biến áp chủ yếu tạo ra các bội âm không đồng đều và gia tăng rất nhanh.

Khi lõi từ biến áp chạm ngưỡng bão hòa, mức độ Distortion sẽ vọt lên rất gắt, gây khó chịu hoặc khiến bản thu không thể sử dụng.

Cũng cần lưu ý rằng tín hiệu đầu ra của micro trong hầu hết trường hợp là rất nhỏ, nên hiện tượng biến áp bị distortion hầu như không xảy ra khi thu vocal hay guitar.

Hiện tượng méo tiếng chỉ dễ xuất hiện khi thu âm bộ trống. Tuy nhiên như đã phân tích, đó chưa chắc là dạng distortion mà bạn mong muốn.

Bên cạnh đó, méo tiếng trên biến áp phụ thuộc nhiều vào tần số. Ở dải tần trầm, biến áp bị distortion ở mức tín hiệu thấp hơn nhiều so với dải tần cao.

Có rất ít dòng micro transformer balanced chịu được áp lực của tiếng trống kick drum. Một biểu tượng hiếm hoi làm được điều này là chiếc Neumann U 47 fet, nhờ được trang bị một biến áp kích thước rất lớn.

Phân Biệt Transformer Balanced Và Transformerless Có Khó Không?

Nếu hai chiếc microphone trang bị cùng một loại củ capsule, người nghe rất khó phân biệt sự khác biệt về âm thanh giữa bản transformer balanced và transformerless.

Điều này chứng tỏ việc so sánh hai chuẩn thiết kế không nên chỉ tập trung vào biến áp mà phải đánh giá dựa trên tổng thể thiết kế mạch của cả chiếc micro.

Transformer Balanced Hay Transformerless: Lựa Chọn Nào Tốt Hơn?

Lời giải đáp sẽ khác nhau tùy thuộc vào góc nhìn của từng kỹ sư âm thanh.

Trên thực tế, hầu như không có mẫu micro nào được bán đồng thời cả hai bản transformer balanced và transformerless. Do đó, mọi người thường nhận xét dựa trên kinh nghiệm thực tế với các dòng micro khác nhau.

Nhiều huyền thoại micro transformer balanced như Neumann U 87 ra đời từ thập niên 1960 - 1970, giai đoạn mà số đông ưa chuộng màu âm êm dịu, mượt mà.

Trái lại, các mẫu micro transformerless như Neumann TLM 103 lại phát triển mạnh ở thập niên 1980 - 1990, thời điểm thị trường chuộng chất âm hiện đại, sáng rõ và sắc nét.

Chính vì vậy, nếu các micro này có âm thanh khác nhau, nguyên nhân không chỉ nằm ở công nghệ biến áp mà còn đến từ sự thay đổi gu thẩm mỹ âm thanh qua các thời kỳ.

Biến áp audio thực sự có tạo nên sự thay đổi về màu âm, nhưng mức độ ít hơn nhiều so với những nhận định cảm tính.

Microphone transformer balanced có xu hướng mang lại dải trầm dày dặn hơn và dải cao tơi hơn, với không gian âm thanh có độ lùi nhẹ.

Trong khi đó, microphone transformerless sử dụng mạch cân bằng điện tử chịu được mức áp suất âm thanh (SPL) cực cao, ngay cả ở các dải tần cực thấp.

Nếu mục tiêu của bạn là âm thanh có lực, tốc độ phản hồi nhanh và trực diện, transformerless là sự lựa chọn rất hoàn hảo.

Ngoài ra, mạch cân bằng điện tử còn tiết kiệm chi phí hơn rất nhiều so với một biến áp cao cấp. Do đó, để đầu tư chất lượng âm thanh cao với ngân sách hợp lý, bạn nên chọn các mẫu micro transformerless như Neumann TLM 102 hoặc TLM 103.

Cuối cùng, hãy ghi nhớ một thực tế: có tới hơn 90% chất âm của chiếc microphone được quyết định bởi củ capsule.

Trải Nghiệm Thực Tế Microphone Neumann Trong Phòng Thu

Sự khác biệt giữa thiết kế transformer balanced và transformerless là yếu tố cốt lõi định hình đặc tính âm thanh của microphone. Việc hiểu rõ các nguyên lý kỹ thuật này sẽ giúp bạn dễ dàng chọn lựa mẫu micro đáp ứng chính xác nhu cầu thu âm.

Tại Hoàng Bảo Khoa, không gian Neumann Studio được đầu tư hiện đại giúp khách hàng trực tiếp trải nghiệm và so sánh chất âm các dòng thiết bị Neumann trong môi trường thu âm chuyên nghiệp, từ đó đưa ra lựa chọn đầu tư hiệu quả nhất.