2013年9月8日 星期日

平衡作用(Balancing Act) ( 搬家文 move from yahoo blog , Day 5 )

(本文譯自 dplay Balancing Actby Jay RoseClio and Emmy winning sound designer, industry journalist, Cinema Audio Society member, and former officer of the Audio Engineering Society.

你如何連接麥克風和其他設備,對所錄製音軌的品質,可以產生大的差異。

為什麼有雜音

如果你的音軌為雜音和低頻哼聲所困擾,它很可能是接線產生問題。解決方法不難也不貴,而且也行之百年了。音訊平衡式連接,是電話公司所採用的第一個方法,能以低品質電線把電話傳送數百哩之遙,而且還沒什麼雜音。到今天也是基於同樣理由,被很多專業音響所採用。

問題是,電線同時也是天線。當你把麥克風插進攝影機,或者 DAT player 連上 NLE Non-linear editing system),得到的不是只有你所想要的聲音而已。任何附近的電場也都會被收進線裡,增加了一點電壓,而機器無法判斷它跟你想要的聲音有何區別。你也無法迴避這些電場,它們是由其他任何一條帶電的線產生出來的,包括視訊、timecode data cable,都會在音軌加上各種高頻嘰喳聲響。

廠商在信號線上覆蓋一層遮蔽網,藉以減少這種天線效應,通常是用銅編或者金屬箔片製作。遮蔽網連到 ground,在干擾到達信號線中心導體之前把它旁路掉。這是為什麼 phonoBNC TV cable 插頭,都有一個中心針(pin)和金屬的外殼:pin 接信號,外殼與遮蔽網相連。


~ 哼聲

當然,很多地方最大的電流,還是在供給電燈和插座的電線裡,它們的輻射非常多。Cable 遮蔽網對電線所發出來的 60 Hz 干擾,不是很有效。還好,要拾取這種干擾所需的天線,比撿拾從視訊或 tomecode 而來的高頻干擾要長得多。在使用短線連接的小型剪輯設備,拾取的 60 Hz 干擾的量,相對於音訊電平非常小,干擾影響也很小。不過,拍攝中使用長麥克風 cable,或者複雜的後製系統(我的攝影棚有大約 3500 呎的類比接線),哼聲就會變成很大的問題。此外,同樣用來防止高頻干擾的遮蔽網,也有促成哼聲的可能。


關於 ground loops

人們因為不瞭解語意而發出「嗯」的聲音。音響迴路發出哼聲,因為不知道「無聲」該像什麼聲音?開始錄音之前突然提高攝影機的音量,或者在你剪輯的組曲中發出穿梭來回的聲音,敏感的電路需要一個它們能確定為零伏特的參考準位。它們會將輸入信號與參考準位比較後,來決定放大或處理這個差異,隨後也會以參考準位為基準輸出一個電壓。設計者在一件器材中指定一個點(通常連接到基座 (chassis) 電源插頭的 grounding pin),然後稱它做「ground」:器材中所有的電壓,全部都以它為測量基準。

這在單一器材來說是可以的,但是當你把兩件器材連接在一起時,兩個都必須同意該參考準位。既然 cable 兩端至少有一必須連接到 ground,通常的設計是用它將兩裝置的參考點連接起來。系統簡單是行得通的。

但是記住,遮蔽網是會從建築配線拾取到哼聲的。 如果遮蔽網攜帶電流 而它又是音響路徑一部分,那不可避免的 它會有一些小電位降。這兩項因素都意味著,兩裝置將會有些微的「參考」差異,並且不斷地變化著。輸入電路無法分辨這種變化不是信號的一部分,所以也將之放大了。又一次,對使用短線連接的簡單 NLE來說,這個干擾還可以忍受,但在一個複雜的攝影棚中,它就變成哼聲雜音了。

所謂「60 Hz 哼聲」並不是剛好 60 Hz。當電力線頻率導入音訊迴路時,它們會產生諧振。60 Hz 基礎的信號同時也會讓 120 Hz240 Hz 產生哼聲,在頻帶中向上發展。這也是為什麼濾波器無法移除哼聲的原因你得在源頭就搞定它。

複雜組合還有其他的問題。如果其中有多個 ground 路徑,它們將形成一個很有效率的,60 Hz 雜訊捕捉天線迴路。這些「ground loops」幾乎無法預測,因為你不知道器材內部的細節,即使很簡單的組合也可能突然發生特別是兩台音響器材,透過電源插頭的 grounding pin,而共用了 ground 連結的時候。在實際的攝影棚中,情況更嚴重:非音頻 cable – RS232RS422 controlvideo wires,甚至 cable TV – 都有它們自己的 ground


平衡式接線 Balanced Wiring

專業器材用緊密相鄰兩導體加以絞繞的方式解決這個問題。音訊在這些線裡面,一個以正的方向流動,同時另一個以負的方向流動,互相平衡。機器只看線彼此間的電位差,其他的都忽略掉。仍然存有一個 ground 遮蔽網,用來防止高頻干擾,而它有可能形成「哼聲捕捉天線」-- 特別當還有其他 ground 連結存在時。不過既然 ground 非屬於音訊路徑的一部分,就沒人理它了。


大部分現在的電路內部不使用平衡式接線。內部接線或印刷電路很短,沒有雜訊拾取的困擾。不過他們會在信號離開前加以平衡,而不平衡任何進來的。這很容易用 OP transformer 達成。

平衡線也消除其他非從 ground loop 來的雜訊。兩導線緊密相連絞繞,所以任何輻射到此 cable 的干擾,都會被兩導線平均拾取。但是記住:機器只尋找兩導線間的電位差。而雜訊在兩線中是一樣的,所以機器聽不到它。


平衡式接線的其他好處

如果單導體有遮蔽的 cable 會像一個天線,為什麼兩導體平衡式接線不會變成兩倍天線作用?
答:確實會。從視訊或電腦 cable 來的雜訊,會被每一個導體拾取。但是記住,平衡式輸入只管兩線間的電位差。干擾平均輻射到每一條線上,它們在線彼此間沒有造成電位差!平衡輸入甚至看不到干擾的存在。

或者我們用下表來呈現

Conductor                 Audio Signal         Noise          Total on wire
    Black                            +1 v                +1 v                  +2 v
    White                             -1 v                +1 v                    0 v
Transmitted difference      2 v
Received difference           2 v

平衡式接線的雜訊免疫力,是它也被高速電腦網路採用的原因。Category-5 cable 包含有四對緊密絞繞的絞線對。事實上,如果你的平衡式輸入/輸出電路夠好,你可以用 Cat-5 cable 做專業音響連接!

Star Quad」是四導體遮蔽平衡式 cable。四個導體形成一個比兩導體更緊密,更結實的組裝,因而也能抵擋更多的雜訊干擾。如果你使用「Star Quad」,必須在每一端,將兩對類似顏色的導線分別捆綁在一起,讓它變成兩導體 cable。不要嘗試將它用作兩對平衡式絞線對,連接不同信號: 這樣一點都不會帶來抑制雜訊的好處。


你無法用接頭判斷一條線

平衡式接線有時稱作 XLR 接線,因為它經常使用一種 3-pin 的接頭。但是把 XLR 插頭或插座假設是平衡式的,是很危險的一件事。雖然大部分廠商把這種接頭用在平衡電路,還是有些例外的,好好查看機器的規格。

把別種接頭當作非平衡式的,同樣可能為你帶來麻煩。有些廠商基於省錢或省空間,以三導體的 phone jack 處理平衡信號。 從機器前面板看,這些看起來跟兩導體非平衡插座是一樣的。 不過如果你連接一個三導體 phone 插頭 -- 也稱作 Tip-Ring-Sleeve,或 TRS -- 它是可以攜載平衡信號的。再一次,檢視規格。

平衡式連接只有兩端都是平衡的時候才有平衡作用。 如果 Cable 內部有一條線的一端短路到 ground,整個就變成非平衡的了。這很容易發生,只要:

l          將一端插進非平衡電路
l          使用 XLR-to-Phone -RCA 的轉換接頭
l          Cable 損壞了

所以別做這些事。

TRS 插座(很多小型 mixer 可見)一定要做平衡式接線嗎?
最糟糕的是,以立體 Y 分歧 cable,將信號分為兩 channel。你可以在 Y 的每一端聽到信號,不過信號是極性相反的。之後如果聽 mono,它們將彼此抵銷,聲音不見了。
 

連接平衡式和非平衡式設備

如上面所提到的,只要有線的一端做了非平衡式連接,整件事就變成非平衡了。所以為了達到最大的雜訊免疫力,你應該使用平衡轉接器。

如果要連接平衡式麥克風到 prosumer camera,從 BeachTek Studio 1 用一個小的 transformer adapter,或者靠近 camera 的地方放一台 mixer(當然是要有平衡輸入的)。這是要 run 長距離麥克風線,又避免拾取雜訊的唯一方法。

非平衡消費性輸出連到平衡專業輸入--例如,從音效卡連到專業 VTR --就有點複雜了,因為電壓準位也不一樣。這種情況下,最好的對策是為電腦找一個平衡式介面。這是一種小盒子,有一個 -10dBV 的非平衡輸入(通常是一個 RCA插座), 和一個 +4dBm 的平衡輸出(一個XLR 母座)。從 source 端以很短的線連到 RCA 插座,另外以平衡 XLR cable 連到專業器材,需要多長就多長。類似的介面也可以用來連接平衡訊源到非平衡器材。費用大約每 channel $50 - $75

如果你不需要平衡式連接,也不 care 準位,那麼從下面方案開始。 它們適用在最現代的器材 不過有一點古怪。

* - Some balanced phone-plug inputs are designed so that you can plug an unbalanced two-conductor plug directly into them.

* - If the source has a transformer output (some high-end gear and most of the classic stuff), connect this to ground as well.

如果你要連接一個 +4dBm 專業平輸入,到 -10dBV 非平衡 prosumer 設備,而你不 care 平衡與否,但卻想調整準位。用一些電阻:


* - You'll need this jumper if the source has a transformer output. It may cause problems with transformerless devices.

(編按: 以下小段落為討論讀者對此計算的疑義,結論是兩者都對。 此處省略,有興趣讀者請自行點閱原文。)


非平衡式接線的撇步

如果你的設備都是非平衡式的,而且接線都很短,將沒有地方可以使用平衡轉換器。如果願意做一點焊接,還是可以減少哼聲的:

1.          使用與平衡式接線相同的,兩導體有遮蔽的 cable
2.          每一端連接「hot」導體 -- 通常白色的 -- phono phone 插頭的中心 pin
3.          另一導體連到插頭的 sleeve
4.          現在是撇步了,連接 cable 的編織或箔片遮蔽網,到只有一端 sleeve。用熱縮套或膠布,確實防止遮蔽網接觸到另一端的任何東西。

5.          遮蔽網的同一端連線維持一致 … 一個方法是,遮蔽網的一端始終連接在接線排或者 mixer 上,另一端保持不連接狀態。









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