麥克風的雜音怎麼來?談談平衡訊號系統吧!

前一陣子有幾個朋友接連問了呆呆翰「為什麼我麥克風錄出來的聲音會有雜音,要怎麼解決?」仔細想想這也真是個好問題,在第一個問我這個問題的朋友問完了之後,剛好呆呆翰也聽了一些專業音響的介紹,剛好介紹了消除長距離雜音的「平號式訊號」,想想乾脆把它寫出來,省的以後回答麻煩吧XDD

雜音什麼的,當然得從麥克風的收音原理開始講起,不過維基百科上關於麥克風的條目已經寫了不少,有興趣者可以去看看各種不同的麥克風,他們是怎麼收音。這裡就簡單地講:微收音器,也就是我們習慣稱呼的麥克風,是一種藉由各種方式,將我們講話、唱歌、或是樂器表演的聲波--也就是振動轉換成電的訊號。

不過既然都是「蒐集空氣的震動」,可想而知這樣的這樣的訊號不會是很強大的訊號,但是偏偏訊號距離常會衰減外,空氣種還有各種「電波」,像是你的手機需要基地台的電波、筆電手機都需要的WiFi無線訊號……等等,而你使用的導線多多少少會接受到這些訊號(是的,只是相當微弱)。在訊號已經很弱很小的下,距離又拉很長--訊號更變得小,偏偏這時候又有空氣種各種訊號--相當明顯的雜音,很可能就這樣出來了!!

你說電波感擾到電線裡面的訊號這太玄嗎?其實你的手機不就在利用類似的功能了!如果你的手機有收音機功能,你應該有看過一個提示吧:「請插入耳機(才能使用收音機)」,為什麼要插入耳機,明明我要開擴音聽收音機啊!沒錯,你的耳機線被手機當成「收音機天線」來使用了,不信的話你可以在手機收音機收訊不良時,調整耳機線的位置看看會不會改善品質;或者是哪天有個壞掉的耳機,把線剪掉只留插頭,插頭插上手機騙手機說「耳機接了」,然後開啟擴音看看能不能收到廣播吧!

當然,除了空氣中的電波外,另一種原因也很會造成雜訊:接觸不良(包含導線斷在裡面等等類似狀況)。不過接觸不良什只要簡單換個線(或是將導線氧化的部分處理掉、斷掉的部分剪掉重接)就解決了,這裡就以上面「電波干擾」作為主要討論的對象吧。

也許你會說:加個磁環、或是買更好的線呢?當然可以,不過效果有限(尤其是長距離的狀態),買高檔線也是很貴的,難道就沒有更好一點的方法嗎?

當然有,這個方案叫做「平衡」(Balanced),這東西是什麼,以下我們把聲波轉換成數字表現給大家看(請注意,所有類比訊號都是連續的訊號,這裡只是為了方便解說將他以數字的方式表達。)。假設你的麥克風收到並送出的訊號是這樣:

 6|10| 2| 4| 8|12| 6|16

 

結果在傳輸過程中,你的導線收到了這樣的雜訊:

 2| 0| 2| 0| 2| 0| 2| 0

 

於是,把它們加總後,你最後接收到的信號長這樣:

 6|10| 2| 4| 8|12| 6|16
+2| 0| 2| 0| 2| 0| 2| 0
-----------------------
 8|10| 4| 4|10|12| 8|16

 

狀況不太妙!!但是更糟糕的是,有時候訊號因為線的距離長,訊號可能變成這樣(這裡直接除以二,請記得除以二只是讓聲音變小聲,但是只要放大就會跟原本的一樣大聲,不會有損失):

 3| 5| 1| 2| 4| 6| 3| 8

 

然後再加上根剛剛一樣的雜訊:

 3| 5| 1| 2| 4| 6| 3| 8
+2| 0| 2| 0| 2| 0| 2| 0
-----------------------
 5| 5| 3| 2| 6| 6| 5| 8

 

為了方便比較,我們再把它放大,並且做比較看看(第一行是原始訊號、第二行是接收到的訊號、第三行是接收到衰弱的訊號後放大):

原 6|10| 2| 4| 8|12| 6|16
收 8|10| 4| 4|10|12| 8|16
收10|10| 6| 4|12|12|10|16

 

也太糟糕?!是啊,不然為什麼雜訊會這麼大聲呢XD,而且隨著距離越來越長,這現象也會更加嚴重……。那怎麼辦,這就是接下來要介紹的「平衡系統」:平衡系統的作法就是在一條導線上,一次傳送兩種訊號,一個是正常的訊號,另一個是反轉的訊號--你可以把它想像成每個數字加個負號。到了接收端後,再將反轉的訊號轉回去讓他抵銷,怎麼抵銷,請看看以下範例:

聲音訊號:
   8| 10|  4|  4|
反轉訊號:
  -8|-10| -4| -4|
送出訊號(A是正常訊號、B是反轉訊號,這兩個訊號會同時送出):
A  8| 10|  4|  4|
B -8|-10| -4| -4|

 

這樣兩組訊號送出去以後,因為是「同一條線」,所以會收到一模一樣的干擾訊號,也就是被加上樣的干擾:

A  8| 10|  4|  4|
B -8|-10| -4| -4|
-----------------
 + 2|  0|  2|  0|
-----------------
A 10| 10|  6|  4|
B -6|-10| -2| -4|

 

最後接收設備(錄音卡、混音機等等)收到訊號後,就會把B訊號反轉回去,並把他跟A訊號加總,你應該會發現:雜訊被抵銷了!!

反B  6| 10|  2|  4|
+A 10| 10|  6|  4|
------------------
   16| 20|  8|  8|

 

沒有看出來嗎?沒關係,我們把接收後並且完成處裡(反轉B後AB加總)除以2,並把原本的訊號排再一起,你會發現:

原  8| 10|  4|  4|
收  8| 10|  4|  4|

 

一模一樣的訊號出現了!因為在這樣一來一往的處理中,雜訊就這樣被抵銷--不見了。而且只要是稍微正式一點的麥克風(也就是說非玩具類的麥克風)與訊號接收設備,其實都已經支援平衡的設計了,萬事俱備只差東風:平衡線。

我們一直提到,平衡線會一次傳輸「兩種訊號」、會在一條導線傳輸兩種訊號、會在一條導線傳輸兩種訊號、會在一條導線傳輸兩種訊號(很重要所以要說三次)。也許你已經想到了對吧,沒錯,就像三個接處點的耳機線那樣:
3.5mmTRS的耳機線插頭

你的耳機也只有一條線,但是他卻一口氣傳輸了兩種訊號:「左邊耳機的聲音」與「右邊耳機的聲音」。要傳輸平衡訊號也得有類似這樣的設計,像這種常常被稱為Cannon的XLR接頭/端子(Cannon是發明它的製造商,XLR才是正式名稱),三個接點確實可以傳輸兩種訊號,只要兩邊都是這種街頭就沒問題,當然其中一個也可是等等提到的「三個接點的TS接頭/端子」。另外也許你會發現這種線可以無限地互接延長長度,沒錯!因為採用平衡的方式傳輸,既使傳輸距離再長也不會有嚴重雜訊干擾,所以它的端子在設計的時候就讓你無限延伸長度瞜!!
在學校想讓麥克風線更長,只要麥克風那邊線可以拔掉,都是這種插座,也可以買兩邊都是這種端子(一公一母)的線來延長長度歐!
XLR平衡線插頭,就是圓圓的中間有三根線那種。

還有這種,有三個接觸點,常常被稱為Phone Jack的TS接頭/端子(因為被用在早期的電話上故得Phone Jack這個名子),它也可以一次傳輸兩種訊號沒問題。如果一邊是XLR一邊是三個接點的TS呢?也是可以傳輸平衡訊號歐!
XLR平衡線插頭,就是圓圓的中間有三根線那種。

但是,只要有一邊是這種「兩個接觸點的TS接頭/端子」,就算你的設備都支援平衡的方式傳輸與接收,整個傳輸會馬上被打回非平衡的傳輸模式歐!!什麼,你說看不出差異?仔細看,上面的圖有兩個塑膠絕緣環,所以有三塊金屬的接觸點;但是這個只有一個塑膠環,只有兩塊金屬接觸點,發現了嗎?
XLR平衡線插頭,就是圓圓的中間有三根線那種。

當然,如果你買到黑心線材,看起來有三個接觸點實際上裡面只有兩條線的話……沒錯,也是非平衡的傳輸模式。其實大部分的線材除了一體成形的外,都可以拆開來檢視,只要簡單的檢查一下就可以知道是不是這種黑心線瞜(暫時沒有圖,請自己想像吧XD)

那麼,如果我的樂器不支援平衡輸出,但我想讓他走平衡線好讓我把線拉的遠遠遠怎麼辦?DI-Box就是專門把麥克風以外的「非平衡訊號」轉換成平衡訊號的東西,不過如果你只是想把吉他接上音響,這種短距離的傳輸,其實平衡不平衡到也沒差。不過或許你有發現:難怪非平衡的線(像是吉他用的導線等等)都沒看過超長距離(喇叭線不算)在賣的,當然啦!

蝦,為什麼喇叭線不算?基本上,喇叭線的訊號已經是經過擴大機把訊號放很大很大的訊號了。假如麥克風是剛剛那種數字的訊號,那麼喇叭的訊號大概會是這樣:

 8000|10000| 4000| 4000|

沒錯,就是一般建造與大型建造消耗資源的等級差距,這種強度的訊號,跟這種程度的雜訊,簡直不值得一提啊、也根本不可能發生干擾嘛!當然,如果你的系統是「還沒放大的訊號送到喇叭,喇叭要插電並把訊號放大再推喇叭的振膜」,那還是請用平衡訊號吧,那是會被干擾的!

在〈麥克風的雜音怎麼來?談談平衡訊號系統吧!〉中有 3 則留言

  1. 你好!我是初學音控師~想請問當麥克風的音量顯示超標而聲音還是被樂器們吃掉的話怎麼辦呢?

    1. 我會看狀況,因為如果台上的麥克風,我遇過幾種狀況:

      • 台上監聽太大聲,導致麥克風收了一堆樂器的聲音
      • Vocal的聲音跟其他樂器太接近
      • 破音導致麥克風沒收到特定頻率的聲音

      根據上面不同的狀況,我我用的處理方式也不會一樣,所以還是只能說「看狀況」。

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