Micro, đặc tính kỹ thuật, phân loại, sử dụng và bảo quản micro

Micro là thiết bị điện thanh nhằm biến các dao động âm thanh (dao động cơ học) thành các dao động điện (điện năng), các dao động này có biên độ điện áp rất nhỏ và cần được khuếch đại lớn lên để cung cấp ra loa. Trong kỹ thuật điện thanh, sử dụng rộng rãi hơn cả là loại micro điện động và điện dung.

Tìm hiểu về ampli – khuếch đại âm thanh

Đặc tính kỹ thuật của micro

Hệ số méo trường âm

Khi có micro với kích thước nhất định đặt trong trường âm thanh thì trường âm sẽ bị méo. Nguyên nhân do môi trường truyền âm bị ảnh hưởng bởi sự phản xạ, hấp thụ… từ micro. Mức độ méo được đặc trưng bởi hệ số méo Y và được đo bằng tỷ số giữa thanh áp p, tại một điểm nào đó khi có micro và thanh áp p khi không có mic: Y=p,/p. Hệ số Y chủ yếu phụ thuộc vào hình dạng, quan hệ giữa kích thước của mic d và bước sóng λ.

Ngoài ra Y cũng phụ thuộc vào góc tới của sóng âm thanh, đồ thị biểu diễn mối quan hệ

Độ nhạy

Độ nhậy của micro N là tỉ số giữa điện áp ở đầu ra lớn nhất không bị méo có thể đạt được của micro U (đo bằng mV) và thanh áp p cần thiết tác động vào (đo bằng N/m2) khi sóng âm thanh lan truyền theo hướng trục của micro:

Trong đó: p – thanh áp tác động vào; U – điện áp đo ở đầu ra ở chế độ hở hay có tải. (có thể sử dụng tỷ số mW để thay thế Mv). Trong thực tế người ta thường dùng đơn vị dB, với 0dB = 1mW/1pascan.

Đặc tuyến tần số

Đặc tuyến tần số là sự phụ thuộc độ nhạy của micro vào tần số. Đặc tuyến tần số yêu cầu phải bằng phẳng trong suốt dải tần số âm thanh, nhưng thực tế đặc tuyến chỉ bằng phẳng ở đoạn tần số trung bình, còn ở đoạn tần số thấp và tần số cao độ nhạy bị suy giảm. Nếu độ nhạy được đo với thanh áp không đổi p=const, thì khi tần số thay đổi độ nhạy cũng thay đổi theo. Đo với nhiều tần số trong cả dải tần sẽ xây dựng được đặc tuyến tần số như hình vẽ. Đặc tuyến tần số thường được đánh giá bằng độ nhạy tương đối tính theo dB ở một tần số nào đó (thấp, trung bình, cao) so với tần số trung bình và ký hiệu là M(dB), M(dB)=20lg(Nf/Ntb). Nhìn vào đặc tuyến tần số của micro có thể đánh giá sơ bộ được dải tần và chất lượng kỹ thuật

Đặc tuyến hướng Nếu độ nhạy N không thay đổi đối với tất cả các góc tới khác nhau của sóng âm thanh thì micro đó không có hướng hay vô hướng. Còn nếu độ nhạy thay đổi theo góc tới của sóng âm thanh thì micro đó là loại có hướng. Đặc tuyến hướng H của micro là tỉ số giữa độ nhạy N của mic dưới một góc θ nào đó và độ nhạy trục mic N0: H=N/N. Đặc tuyến hướng của mic là một thông số rất quan trọng trong việc sử dụng nó để thu thanh. Yêu cầu cơ bản với mic là đặc tuyến hướng phải ổn định trong cả dải tần.

Kiểu búp hướng một hướng gồm H1 ,H2, H3

1. H1 búp hướng hình tim (Cardioid) chỉ có hướng nhận sóng âm ở phía trước, có góc bao phủ rộng 131° và giảm thiểu các sóng âm ở hai bên và phía sau, thường được ứng dụng trong các chương trình ca nhạc vì chống feedback tốt. Tuy nhiên khi nguồn phát âm không nằm ngay trục chính mà bị lệch sang hai bên âm sắc có thể bị thay đổi. H1 cũng thường được chọn trong các phòng thu âm khi các kỹ thuật viên không muốn có những âm thanh khác ở hai bên xen lẫn vào, tuy nhiên chúng cũng có khả năng dễ bị ảnh hưởng bởi hơi thở mạnh hoặc gió.

2. H2 búp hướng siêu hình tim (Super-Cardioid): có hướng tính gom tụ hơn H1 với góc tiếp nhận âm thanh khoảng 115° có đặc điểm khác với H1 là có một búp hướng nhỏ ở phía sau. Được sử dụng trong tình huống cần loại bỏ các âm thanh không mong muốn ở hai bên trục của mic, tuy nhiên cũng phải chấp nhận đôi chút các sóng âm ở phía sau. H2 có khả năng tiếp nhận sóng âm phía trước với khoảng cách xa hơn H1.

3. H3 búp hướng Hyper-Cardioid: có tính chất tương tự như H2 nhưng hướng tính phía trước rất hẹp khoảng 105° đồng thời búp hướng phía sau cũng gia tăng, góc tiếp nhận sóng âm cũng thu hẹp do đó có thể gia tăng độ nhạy khi nguồn âm có khoảng cách xa.

4. Kiểu búp hướng hai hướng H4 (Bidirectional): Nhận sóng âm ở cả hai hướng trước và sau cách nhau 90° thường sử dụng trong những chương trình bình luận hay các chương trình phỏng vấn có sự tham gia của biên tập.

5. Kiểu búp hướng vô hướng H5 (Omnidirectional): Có búp hướng nhận sóng âm ở khắp mọi hướng, khu vực tiếp nhận sóng âm bao trùm 360° nên không được ứng dụng trong các chương trình biểu diễn ca nhạc vì dễ bị feedback. Tuy nhiên loại micro này có đáp tuyến tần số rất tốt ở dãy tần số thấp, không bị ảnh hưởng khi có hơi thở mạnh hoặc gió nên đôi khi cũng có giá trị sử dụng tốt hơn các loại mic có hướng tính cao nhưng lại rẻ tiền.

Một điều thật lý thú là khi các Super-Cardioid và Hyper Cardioid được sử dụng với khoảng cách rất gần ở các diễn viên, các búp hướng ở phía sau không phải là không có ý nghĩa, chúng hầu như có nhiều điểm thuận lợi với một số tần số (thường là trên vùng midrange và treble) điều này xảy ra là chắc chắn do ảnh hưởng bởi khuôn mặt của diễn viên ở rất gần và khi các loa monitor phát ra cho diễn viên có thể bị phản dội lại bởi khuôn mặt và gây feedback. Với Super-Cardioid và Hyper Cardioid chúng có một búp hướng nhỏ ở phía sau và cũng vì chúng nằm ở vị trí 180° do đó có tác dụng triệt phase các sóng âm dội lại từ khuôn mặt diễn viên và loại bỏ feedback.

Trở kháng: Có hai loại trở kháng; Micro trở kháng thấp có trở kháng vài chục ohm, 200Ω, 250Ω, 600Ω như phần lớn các micro cuộn dây của liên xô. Micro trở kháng cao có trở kháng hàng chục ki-lô ôm trở lên như các micro tinh thể, một số micro cuộn dây của trung quốc. Một số micro có hai mức trở kháng gánh cao và thấp được sử dụng bằng một chuyển mạch. Trở kháng (tổng trở) của mic có thể từ vài chục Ohm đến vài trăm Ohm hoặc hàng chục kilo Ohm. Để phối hợp với ngõ vào của Mixer và máy tăng âm thì những micro có trở kháng thấp (tổng trở thấp) cần qua biến áp để tăng trở kháng lên. Tạp âm nội bộ: Có nhiều loại tạp âm sinh ra trong micro như: tạp âm nhiệt, tạp âm của các phần tử điện, tạp âm do áp suất không khí biến thiên ngẫu nhiên…nên ngay cả trường hợp hoàn toàn không có dao động âm thanh tác động vào thì ở đầu ra của micro vẫn có điện áp và gọi là tạp âm Nta. Mức tạp âm đó được xác định theo biểu thức gọi là hệ số tạp âm: Nta=20lg(U0/Uta)dB; Trong đó U0 là điện áp hiệu dụng do micro tạo ra khi tác động vào mic một thanh áp hiệu dụng p=1Pascal.

Một số loại micro

Micro điện động (dynamic)

Cấu tạo micro điện động tương tự như chiếc loa, nó gồm có một màng rung cực mỏng được gắn với một cuộn dây đồng rất mảnh, cuộn dây đồng được đặt vào một khe từ trường (gap) của một khối nam châm. Khi nhận sóng âm thanh từ bên ngoài, màng rung sẽ rung động dễ dàng theo tác động của âm thanh nhờ có mạng nhện. Màng rung rung động làm cho cuộn dây di chuyển trong khe từ, do cuộn dây đặt trong từ trường của nam châm vĩnh cửu, cuộn dây rung động làm cho từ trường qua cuộn dây thay đổi và tạo nên sức điện động âm tần (một dòng điện biến thiên) ở hai đầu cuộn dây và được khuếch đại lên bởi mixer và power amplifier. Điện áp âm tần lấy ra ở hai đầu cuộn dây có tần số trùng với tần số dao động âm thanh đầu vào, có biên độ tỷ lệ với mức thanh áp tác động lên màng micro. Micro điện động có đáp tuyến tần số ít bằng phẳng nhưng hoàn toàn có thể dùng tốt. Độ nhạy không cao lắm, chịu được nhiệt độ, độ ẩm và va chạm tốt hơn các loại khác, chịu được áp suất âm thanh cao. Dùng cho trống, đàn, các máy ghi âm các máy tăng âm dùng trong trang âm hay trong truyền thanh thường hay dùng micro điện động.

Cuộn dây đồng có điện trở nội khoảng từ 10ohm đến vài trăm ohm được gọi là tổng trở của chiếc micro. Nếu cấu tạo của cuộn dây có tổng trở rất thấp (vài chục ohm), nó cần có một biến áp để tăng số ohm lên khoảng 600ohm để có thể cân bằng với tổng trở vào của mixer và tăng âm. Nếu cuộn dây có điện trở DC khoảng 200-400ohm (do được quấn bằng các cỡ dây rất mảnh) nó sẽ có tổng trở xuất AC khoảng 600 ohm và như vậy có thể được nối thẳng đến ngõ vào của mixer mà không cần phải qua biến áp phối hợp trở kháng. Đôi khi có những chiếc micro điện động dùng cho các thiết bị khuếch đại có tổng trở vào rất cao như các thiết bị dùng bóng chân không (đèn điện tử), nó phải được nâng trở kháng lên thật cao khoảng 20-50kiloOhm bằng các biến áp đặc biệt. Những loại có trở kháng rất cao này không thích hợp cho các mixer bán dẫn (có tổng trở vào thấp). Trong trường hợp không có sự phối hợp trở kháng giữa mic và các thiết bị khác ta phải dùng bộ phối hợp trở kháng như sau:

Micro tụ điện

Condenser là loại micro cũng rất phổ thông dựa trên tính chất thay đổi điện dung của tụ điện khi có sóng âm tác động vào tạo ra tín hiệu âm thanh. Micro tụ điện có cấu tạo gồm hai bản cực (plate) đặt cách nhau bởi một lớp không khí, một điện áp một chiều DC được đặt vào hai bản cực này, khi có sóng âm tác động, khoảng cách giữa hai bản cực sẽ thay đổi theo nhịp biến thiên của sóng âm thanh làm thay đổi dòng điện một chiều đã được phân cực, kết quả tạo ra tín hiệu âm tần xoay chiều và sẽ được đưa vào mixer để khuyếch đại. Do phải có nguồn điện áp phân cực, các micro tụ điện luôn cần được cung cấp một nguồn điện riêng để hoạt động thường được gọi là “remotepower” hay “phantompower”. Nguồn điện “phantom” này có hiệu điện thế từ 9V đến 48V được lấy ngay trên mixer khi nút “phantom” trên mixer bật ở vị trí on. Có nhiều loại mixer được thiết kế khác nhau tùy nơi sản xuất đối với nút “phantom” nghĩa là: Khi nút“ phantom” được bật on, có loại mixer sẽ cung cấp nguồn điện 48V cho tất cả các vị trí “mic input” trên mixer, nhưng cũng có loại nguồn “phantom” được cung cấp riêng biệt cho từng ngõ cắm “mic input” bởi các chuyển mạch “switch” độc lập. Cần nhớ kỹ điều này khi sử dụng micro điện dung condenser chung với các loại điện động khác.

Chú ý: Điện áp “phantom” +48V được lấy từ bộ phận nguồn bên trong mixer cấp vào ngõ cắm “mic input” qua hai điện trở 6,8kΩ vào hai chân 2 và 3 của jack cannon input, đường điện quay về theo đường bọc giáp “shield” về mát. Như vậy chân 2 và 3 cùng được cấp một điện thế dương giống nhau. Dođó, nếu cắm nhầm một micro loại điện động vào jack cannon input có điện áp phantom 48V sẽ không có ảnh hưởng gì cho chiếc micro điện động, nếu chiếc micro này đang sử dụng là loại đối xứng “balance”. Tuy nhiên, nếu cắm một micro không đối xứng “un balance” vào jack input của mixer đang có nguồn phantom bật on, chiếc micro loại un balance có thể bị hư hỏng vĩnh viễn vì nguồn điện 48V chạy trực tiếp qua cuộn dây (voicecoil).

Các micro condenser thường cho đáp tuyến tần số rộng và bằng phẳng. Độ nhạy rất cao, do các thành phần rung động cảm nhận sóng âm rất mỏng và nhẹ nhàng, chúng không bị ảnh hưởng bởi khối lượng của cuộn dây (voice coil) nên phù hợp với các nhạc cụ thiên về treble, được sử dụng rộng rãi trong các phòng thu âm. Kích thước nhỏ gọn, tuy nhiên do tính chất khá mong manh và dễ nhạy cảm với độ ẩm của môi trường, micro condenser ít được sử dụng trong sân khấu ca nhạc.

Electret condenser: Micro điện dung electret condenser là một dạng biến đổi của condenser, cấu tạo tương tự condenser. Electret condenser có một màng plastic (chất dẻo) mỏng tiếp nhận sóng âm vừa có tác dụng như một điện cực tĩnh, kế đến có một điện cực thứ hai bằng kim loại mỏng hoạt động như một bản cực cảm ứng tĩnh điện, bản cực này kết nối với một chân linh kiện bán dẫn dạng trường điện từ (FET transistor). Khi có một thay đổi trường điện từ tác động vào chân linh kiện (cửa) này còn gọi là Gate. Linh kiện FET sẽ dẫn điện nhiều hay ít tuỳ theo mức độ tác động vào cổng và tạo ra tín hiệu âm tần, nếu sự biến đổi được tạo bởi sóng âm bên ngoài. Do cấu tạo như thế, electret cũng cần có nguồn điện DC cung cấp để hoạt động. Nguồn điện có thể thay đổi từ 1,5V đến 9V và thường được lắp sẵn vào micro. Do có cấu tạo rất gọn nhẹ và độ trung thực tốt, electret được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều phòng thu âm, sử dụng trong các loại cài áo và đôi khi trong các sân khấu chuyên nghiệp, trong điện thoại không dây.

Micro băng (Ribbon microphone)

Ribbon có cấu tạo tương tự như micro điện động, thay vì ở điện động có một màng rung mỏng nối liền với cuộn dây, ở đây màng rung chính là thay thế cuộn dây động. Đó là một phiến kim loại (bằng nhôm) cỡ 0,01mm rất mỏng và nhẹ nhàng đặt trong một khe từ trường rất mạnh. Khi phiến kim loại nhận tác động của âm thanh thì sẽ rung lên trong khe từ trường và phát ra dòng điện xoay chiều có dạng tương tự như sóng âm ở hai đầu bằng nhôm. Tuy nhiên, màng rung này có điện trở nội rất thấp do đó cần có một biến áp riêng để phối hợp trở kháng thí chứng với ngõ vào (input) của mixer. Micro ribbon thường có búp hướng hình số 8 nhưng cũng có một số là loại một hướng. Micro ribbon có hình dáng thanh nhã, cho đáp tuyến tần số rộng và khá đồng đều tốt hơn micro cuộn dây nên thu ca nhạc khá trung thực. Được ứng dụng nhiều trong các phòng thu âm vì được lắp đặt cố định, chúng cho các âm thanh trầm và các tần số cao rất tốt có độ nhiễu ồn rất thấp khi so sánh với các loại khác. Nhưng micro ribbon không chịu được va chạm, nếu sử dụng không nhẹ nhàng, cẩn thận thì dễ bị hỏng. Vì vậy, thường chỉ dùng khi yêu cầu chất lượng cao.

Micro than (Carbon microphone)

Micro than là tiền thân sớm nhất của phát minh micro và hiện nay vẫn còn sử dụng trong ngành điện thoại hữu tuyến. Tuy đáp tuyến tần số không được tốt như các loại khác nhưng sử dụng rất rộng rãi trong máy điện thoại vì chỉ cần đáp tuyến từ 300Hz-3KHz là đạt yêu cầu tốt trong ngành viễn thông. Micro than có cấu tạo rất đơn giản và hoạt động bền bỉ, chịu được các va đập mạnh mà không sợ hư hỏng. Tuy nhiên nó vẫn cần có nguồn điện áp DC phân cực. Cấu tạo gồm có: Một cái chén nhỏ là một điện cực trong đó có chứa một hỗn hợp bột than là các hạt than đen đường kính cỡ 1mm. Phía trên có một màng rung bằng kim loại rất mỏng và đàn hồi, màng kim loại có một điện cực nhúng vào trong hỗn hợp bột than. Hai điện cực được cấp một nguồn điện DC chạy qua. Khi sóng âm tác động vào màng rung, điện cực gắn trên màng rung sẽ rung động theo sóng âm và làm thay đổi điện trở giữa hai điện cực với nhau. Kết quả dòng điện DC chạy qua hai điện cực cũng liên tục biến đổi theo âm thanh. Để lấy tín hiệu xoay chiều âm tần ra mạch ngoài, người ta mắc nối micro qua một biến áp nhỏ, biến áp này sẽ cách ly dòng điện một chiều của nguồn điện phân cực và chỉ cho dòng điện xoay chiều tín hiệu âm tần chạy qua.

Kỹ thuật sử dụng và bảo quản micro

Kỹ thuật sử dụng

Hiệu ứng gần xa (proximity effect): Khi ở khoảng cách gần micro có xu hướng cho ra nhiều tần số thấp, tạo ra bởi các phụ âm như “b,ph,th”… Khi ở khoảng cách xa, micro có xu hướng giảm nhiều ở tần số thấp. Thuận lợi của proximity effect là giúp cho những trường hợp mà giọng ca, giọng nói hay một nhạc cụ bị thiếu quá nhiều âm vực trầm. Khi đó ta cần giảm khoảng cách từ người đó đến micro càng gần càng tăng được âm vực trầm. Công việc này phải được làm trước khi dùng EQ để tăng âm trầm. Khó khăn gây ra doproximity effect đó là tạo ra những tiếng “phụp…phụp…” khi có các phụ âm như “b,ph,th”… để khắc phục ứng dụng các biện pháp như sau:

1. Nếu thực sự ta đã có dư âm vực trầm và có dư cường độ: đưa khoảng cách micro ra xa.

2. Nếu thực sự ta đã có dư âm khu vực trầm, mà cường độ chỉ mới vừa đủ: dùng lưới chắn hoặc lưới bọc micro để giảm thiểu tiếng “phụp” sau đó dùng các mạch lọc tần số thấp có sẵn trong các channel của mixer.

3. Thay đổi hướng tiếp nhận của micro cũng là một cách tốt nhưng điều này có liên quan đến việc khống chế feedback có tốt hay không.

4. Đối với các nhạc cụ, micro để xa (thường là bằng chiều dài kích thước của nhạc cụ) thường cho ta âm vực cân bằng hơn. Nếu vì yếu tố cường độ hay để giảm thiểu tiếng ồn mà cần phải đặt gần, khi đó ta phải tự hiểu âm vực mất cân đối ở những dãy tần nào để có thể bù đắp bằng những cách khác.

Hiệu ứng lọc răng lược (combfilter effect):

Đây là một hiện tượng giao thoa sóng âm mà cho ra một đáp tuyến tần số bị thay đổi so với thực tế của micro, kết quả có nhiều điểm triệt tiêu và cộng hưởng, trông giống như cái lược chải tóc. Ví dụ hình vẽ dưới mô tả hiện tượng này:

Ta thấy một người nói trước hai micro, điều đó có nghĩa là hai cái cùng nhận một tín hiệu giống nhau. Nếu người nói luôn giữ được vị trí tuyệt đối cách đều hai micro, thì tín hiệu tiếp nhận tại hai cái là đồng pha (in-phase). Tín hiệu cùng pha của hai micro khi kết hợp với nhau tại mixer sẽ cộng hưởng với nhau để tăng cường độ âm thanh lên 3dB. Trong thực tế, để giữ cho khoảng cách của người nói luôn luôn ở vị trí giữa hai micro là không thể thực hiện được. Vì người nói sẽ luôn luôn cử động hoặc xoay đầu về hướng này hay hướng khác. Điều đó có nghĩa là khỏang cách từ người nói, tại một thời điểm, sẽ ở gần một micro này và xa cái kia. Kết quả là, cả hai micro cùng nhận một tín hiệu nhưng một tín hiệu đến trước (do khoảng cách gần hơn), còn một tín hiệu đến sau (do khoảng cách xa hơn). Thời gian hơn kém được tính bằng đơn vị mili-second(ms). Hai tín hiệu của hai micro lệch pha nhau một khoảng thời gian, khi kết hợp lại với nhau trong mixer sẽ tạo ra hiện tượng lệch pha hai nguồn tín hiệu (tương ứng mixer cho ra một đáp tuyến lệch).

Luật 3-1

Trong bất cứ tình huống nào, để giảm thiểu hiện tượng hiệu ứng lọc răng lược ta cần lắp đặt micro tuân theo luật 3-1. Khi ta lắp đặt một micro thì chắc chắn rằng khoảng cách giữa các micro phải ít nhất là gấp ba lần so với từ mic tới nguồn phát.

Quy ước về số lượng mic cho một chương trình: Trong một chương trình cố gắng “mute” bất kỳ một mic nào không dùng. Trường hợp bất đắc dĩ cần thiết phải dùng nhiều, khi mở thêm gấp đôi số lượng mic, để giữ cho hệ thống không xảy ra feedback thì “Gain” của hệ thống cần giảm đi 3dB:

Chọn vị trí đặt 

Chú ý khoảng cách và hướng của micro và loa, vị trí tốt cho một micro khi dùng để thu một nhạc cụ là khoảng cách từ micro đến nhạc cụ bằng kích thước của nhạc cụ đó. Với khoảng cách này micro sẽ nhận được một âm vực cân bằng từ nhạc cụ. Nếu khoảng cách gần hơn thì ta chỉ nhận được dãy tần cao hay dãy tần thấp của nhạc cụ (tuỳ theo ta hướng micro vào phần phát ra tần số cao hay phát ra tần số thấp của nhạc cụ) mà phải hy sinh dãy tần còn lại.

Cách cầm và sử dụng

Trong thực tế khi sử dụng micro ta cần chú ý trường hợp, nếu như những người sử dụng phạm phải sẽ gây ra feed back cho hệ thống (không được cầm tay chắn hết phần búp hướng của mic) mà phải cầm vào thân của mic. Cẩn thận và chú ý khoảng cách cũng như hướng giữa mic và hướng của loa.

Kỹ thuật bảo quản

Tránh va chạm mạnh vào micro, trừ micro than còn lại các loại khác đều có màng rất mỏng, kết cấu mảnh mai… chỉ va chạm mạnh hoặc đánh rơi cũng có thể làm cho màng bị lệch, rách, khe từ méo mó, micro sẽ bị hỏng. Tránh gió, tránh thổi hoặc gõ vào micro, trừ loại cuộn dây và loại than có thể đặt ngoài trời, còn các loại micro khác chỉ nên dùng trong nhà. Khi thử xem micro có thu tốt không thì ta đếm 1,2,3… hoặc nói thử, tuyệt đối không được gõ hoặc thổi mạnh vào mic. Tránh và không để micro ở những chỗ ẩm thấp, bụi bặm, có nhiệt độ cao, từ trường mạnh. Khi không dùng nên cất vào hộp kín có chất chống ẩm. Những micro có nguồn pin khi không dùng phải tháo pin ra đề phòng pin chảy nước làm hỏng.

>> Tìm hiểu về máy ghi âm tương tự – Máy ghi âm kỹ thuật số