本文翻译整合自“ In The Home ”下关于话放问题的四篇文章。
译者序:
作为一个行业最底层的小学生,每当看到“大师”们抛开一些最有可能影响录音质量的因素,将话放作为独立的议题,甚至谈到了话筒、话放、线缆、声卡之间搭配的时候,总会觉得带上了一丝HIFI发烧友的味道。又由于我才疏学浅,试图指出“大师”们明显的逻辑和技术错误时,总会被怼得“狼狈不堪”。
最近在网上学习查找资料的时候,偶然看到著名话筒厂商有关于话放相关问题较为科学严谨的解释。于是逐字逐句查字典将他们翻译了下来,希望可以帮助到有需要的小伙伴们。但毕竟我才疏学浅,如果有哪些不严谨之处,还请多多指教。
什么是“话筒放大器”
通常我们提到话筒放大器()大致包含这两种意思:
a)任何音频设备内的话筒放大器电路
b)包含这种放大电路的专用外部设备
话筒放大器的作用是将低电平信号放大到线路电平,即处理和记录设备的“标准”工作电平。
麦克风信号通常远低于音频设备的正常工作电平,因此需要大量增益,通常在30-60dB左右,有时甚至更高。吉他和贝司不需要太多的增益,但通常在20-30dB左右。即使是线路信号,如合成器,可能也需要一些放大,以配合不同设备之间的电平。
家用音频和准专业设备的标准(曾经)是-10dbV,而专业设备的工作电压为+4dB;同时值得注意的是,由于参考电压不同(dBV是1V,dBu是0.775v)两者之间的差异不是14dB,而是大约12dB。今天,即使是便宜的家庭录音室设备通常也以+4dBu的电平标准设计,但电子乐器仍然经常工作在-10dBV左右。
所以,你需要一个话筒放大器来接收并匹配任何电平的信号,但并不一定需要外置的话放。大多数音频接口都已经内置了话筒放大器。通常,它们的品质已经足够你完成大多数的工作。不过,值得注意的是,与入门级音频接口相比,价格稍贵的音频接口往往具有更好的话筒放大器。
基本功能和参数
一台话放应具有哪些基本的功能?有哪些可以参考的参数?
大部分话放的麦克风输入接口都是用XLR-3作为输入插口,通常不会使用TRS。
有一部分的音频接口支持线路输入,它们可以是平衡的,也可以是不平衡的。平衡连接具有更强的抗电磁干扰能力。线路输入使用TRS或卡侬插口,通常使用TRS插口。
大多数音频接口和外置话筒放大器还具有一个或多个乐器输入插口,用以插入吉他或贝斯。乐器输入通常使用TRS接口(通常采用不平衡连接)。因此,它们尽管看起来像线路输入,但有一个根本的区别:为了低失真的拾取声音,乐器输入必须具有至少400KΩ的高输入阻抗。实际通常是1兆欧(1000KΩ),这是大多数吉他放大器的输入阻抗。相比之下,线路输入的阻抗要低得多,通常在10KΩ左右。如果你把吉他或贝司插入线输入,它会失去所有的高频,并使声音变得单薄。
这是最重要的功能。正如我们上面提到的,前置放大器的目的是将信号放大(译者注:有的时候也是衰减)到正常工作电平。大多数话放可以提供高达60dB的增益,这可以满足大部分的使用场景。铝带和其他低灵敏度动圈话筒可能需要更高的增益,这就是为什么一些外置话筒放大器可以提供高达80dB增益。电容话筒通常能产生更高的输出电平,因此对话放的增益要求低的多。
廉价的前置放大器往往比更昂贵的产品底噪更大。这在低增益时可能不明显,但在使用需要大量增益的低灵敏度麦克风时可能会成为一个问题。为了获得最佳的动圈话筒的效果,特别是铝带话筒70分贝的声音有多大,您应该投资一台高品质的麦克风前置放大器。
(译者注:实际上现在音频接口的话放已经很不错了,我认为家庭工作室的大部分使用场景没有必要单独购买外置的话筒放大器)
动圈话筒通常不需要外部供电。而电容话筒的内部阻抗变换电路和电容音头需要外部供电,在多支电容话筒的使用场景下,电源线和信号线的交错会带来很大的麻烦,解决这一困境的办法是幻象供电,这是的发明。它允许电容话筒由一条XLR-3线缆同时传输音频信号和供电,无需额外电缆,同时不影响动圈话筒的使用。这就是为什么它被称为幻象电源:对于动圈话筒来说,它是“看不见的”,因为两条信号线之间没有电压差。
正确设置话放
麦克风的动态范围非常大,因此,根据录音情况,它们可以产生非常低或相当高的输出电平。麦克风前置放大器最基本的任务是将麦克风的输出转换为线路电平。
在大多数情况下,麦克风的输出电平远低于线路信号电平,因此你必须使用一定的放大增益。但需要多少增益?Well, it . 显然,使用同一支麦克风录制一个摇滚乐手的尖叫的增益一定远小于录制古典吉他的增益。同时录音距离也有很大会有很大影响:近距离拾音所需的增益比远距离拾音所需的增益小。当然,不同型号话筒之间的灵敏度本身也会有所不同。电容话筒通常更容易得到合适的输出电平,而电动式话筒,包括铝带话筒,由于其低灵敏度,通常需要更多的增益。
所以有三个变量:声源的响度,麦克风的距离和麦克风的灵敏度。理论就只有这么多!在实践中,最好仅仅依靠你的录音软件(DAW)中的电平表来设置话放的增益。尽管你的前置放大器可能也有一个VU表,但大多数硬件仪表速度太慢,无法捕捉到瞬态信号的峰值电平。最可靠的仪表是您的录音软件中的仪表,因为它直接监测音频接口的AD转换器。
一些外置话放有多个旋钮来设置电平。它们可能被叫做增益(Gain)控制和电平(Level)控制。它的具体功能因型号而异,所以最好看看说明书。许多高质量的话筒放大器都有一个步进增益控制加上一个连续微调电位器来实现增益的精确设置。
在其他话筒放大器型号上,您可能会发现增益控制(步进或连续)加上输出电平电位器,其作用类似于音量控制器(即,逆时针转动到头时,它会使输出信号完全静音)。这允许你产生模拟失真/饱和效果,如果你愿意的话:只需将增益控制比实际需要的更大,这样前置放大器的输入级就可以过度驱动前置放大器的输出级。然后使用输出电平控制衰减信号,以避免音频接口的AD转换器产生数字失真。这是在数字时代实现模拟音色的一种方法。相反,如果你想要的是一个原始的、未失真的声音,调高输出电平旋钮,使用适当的输入增益,以避免在话放内部失真。
在极少数情况下,麦克风会产生太高的输出电平,这时你必须衰减信号,以避免在你的AD转换器产生数字失真。然而,人们经常错误地或在错误的阶段使用垫整开关。
例如,如果将高灵敏度电容话筒(如 TLM 102)放入底鼓,则可能会听到失真。但是过载是从哪里开始的呢?麦克风有可能会过载,但在这种情况下,可能性非常小: TLM 102可以承受高达144dB声压级且而没有声音失真。但其他麦克风的音量可能会低得多。更可能的是,失真来源于后面的电路,包括话放和AD转换部分。
如果你听到不必要的失真,你应该这样做(按此顺序):
确保你话放的增益没有使得AD转换芯片过载。降低话放的增益量。
如果你仍然听到失真,确保你的前置放大器没有过载。打开话放的pad开关,在信号进入话放的输入级之前衰减信号。
如果你确定AD转换芯片和话放都没有失真,请打开麦克风上的pad开关。麦克风上的垫整会在信号到达麦克风电路之前衰减话筒音头后面的信号,尽管这会恶化噪声性能并可能影响音质,因此麦克风垫整开关应始终是你的最后选择。如今大多数高质量的录音棚话筒都能处理非常高的声压级,而且通常不需要垫整开关。
与垫整开关不同的是,无论是使用麦克风上的低切还是前置放大器上的低切,都没有多大区别。你甚至可以在你的录音软件中使用低切功能来达到同样的效果。如果隆隆声会破坏你的录音,那么在录音阶段使用低切(即在你的麦克风或前置放大器上)是有意义的。如果低频噪声太大,以至于歌手或音乐家很难正确地监听自己,那么Low cut也是有帮助的。在其他情况下,通常最好是避免任何硬件低切滤波器和在录音软件切除多余的低音。
低切频通常有多种频率可供选择:
最常见的错误是录得太“满”。在模拟磁带时代,工程师们为了克服磁带发出的嘶嘶声,尽可能“满”地进行录音。此外,过度驱动磁带带来的音色也十分流行,因为饱和磁带产生了一种独特的压缩类型,特别是在鼓和吉他上听起来非常好。
但数字录音是不同的。既没有磁带压缩也没有磁带嘶嘶声。用满电平录制没有任何额外的益处。数字媒体在任何级别上的声音都一样----只要你没有使得AD/DA转换器失真。数字时代不存在渐变失真;当数字转换器过载时,它们会从原始声音变为严重失真。数字失真听起来很糟糕,因此应该永远避免。
由于失真的特性不同,模拟和数字设备上的电平表使用不同的响应特性和刻度。在模拟仪表上,标准工作电平标记为0 dB VU,随着失真的逐渐增加,额外的余量约为20 dB。所以刻度从负无穷大到大约+20dB VU。
与此相比录音软件中的数字电平表没有高于0分贝的余量:它从负无穷到0 dBFS(FS表示满标度)。由于在0 dBFS以上没有余量,所以要人为地为意外峰值留有安全余量。设置适当增益的最简单方法就是在录音前做好测试。
外置话放的意义?
更好的话放噪声更低?
首先,我们不得不承认的是:噪声无处不在。
噪声是来自宇宙的声音,事实上生活中充满了噪声:你的电脑里有风扇的声音,当你打开窗户时,有交通噪音,还有远处人们走路说话、咳嗽和呼吸的声音。
噪音甚至以热噪音的形式存在于无生命物体中。热噪声有点像城市噪声:只是不是人在动,而是小分子在动。温度越高,分子运动越剧烈,产生的噪音就越多。
以一个200Ω的电阻为例。在室温下,其热噪声约为-。非常非常低。但是,如果你把它连接到麦克风前置放大器的输入端并调高增益,你就可以听到他的噪声。在60dB增益下,热噪声被放大到–70dB。这已经可闻了。
而这正是使用动圈话筒时所发生的情况。大多数动圈话筒的输出阻抗约为200Ω,其产生的热噪声与上述200Ω姆电阻器的热噪声大致相同。
在上述的例子中,我们假设前置放大器不会产生任何额外的噪声。然而,一个现实世界的前置放大器会。问题是,会产生多少?事实上,在大多数情况下比你想象的要少。通常的录音棚级别的话筒放大器会增加大约3-6dB的噪音。但也有一些超低噪音的前置放大器,增加不到1dB的额外噪音。
话筒放大器参数信息很少向你展示噪声系数(即增加的噪声量)。通常,话筒放大器噪声被表示为为“等效输入噪声”(EIN),可能是因为得到的数字看起来更令人印象深刻。但是,如果在输入端用200Ω(或150Ω)的电阻测量EIN值,我们就可以很方便的测量话筒放大器的噪声增加量,通过简单的计算,就可以得到“等效输入噪声”(EIN)了。
例如,一个典型话放的EIN是–127 dBu。如我们所知,200Ω电阻(用以替代动圈话筒)的热噪声约为–130 dBu,因此此前置放大器增加了3 dB的噪声。
那么,好的话放声音会更好吗?
虽然可以客观地测量技术特性(如噪声),但声音毕竟是一个主观的概念,因此更难以捉摸。人们倾向于从频率响应的角度来考虑声音,但往往没有那么容易。即使增益高达50dB左右,几乎所有的话放仍然在20Hz到20KHz的频率范围内是基本平坦的。在更高的增益设置下,非线性失真开始增大;在60dB或更高的增益设置下,可能会有相当于几dB的轻微高频和低频衰减。这就是为什么便宜的前置放大器在高增益设置下听起来有点“乏味”,尽管在低增益设置下听起来很不错。
除了频率响应之外,还有其他因素会导致话放具有“声染色”。最主要的是话放的电路结构70分贝的声音有多大,即其电路的设计方法。前置放大器的电路结构和元件的质量决定了它听起来是平滑还是“刺耳、厚薄、中性还是冷暖、透明还是颗粒状”等等。注意这些都是主观属性。我们可以测量失真和频率响应,但没有参数可以准确的表达这些主观的音色区别。
常见的疑点——
芯片一定比分立元件差吗?
大多数音频接口($400及以上,换算¥3000元及以上)都配有品质还不错的的话放。它们通常是使用专门的麦克风前置放大器芯片制造的,只有少数芯片制造商生产。这就是为什么大多数音频接口上的前置放大器听起来很相似的原因。
芯片前置放大器通常有非常低的噪音,低失真和高达约50dB的增益且声染色相当透明。在最大增益(通常为60dB)时,它们往往会失去一些冲击力和高频。但它们比人们通常认为的要好。从技术上讲,它们甚至可能超过一些令人垂涎的老式话筒放大器。许多价格更便宜的外置话筒放大器并不比音频接口中的前置放大器好多少。事实上,它们中的许多都也使用相同的前置放大器芯片,并且如果使用不得当,反而还会引入更多的失真和噪声。