ในขั้นตอนที่เราเสียบสายแจ็คเข้าที่ Input ของ Soundcard เพื่อบันทึกเสียงนั้น มีใครรู้บ้างมั้ยว่าจริงๆแล้วที่มาของสัญญาณเสียงต่างๆนั้นเป็นยังไง ลองศึกษาบทความนี้เพื่อช่วยเพิ่มคุณภาพวิธีการบันทึกเสียงให้เข้าขั้นมืออาชีพได้มากขึ้น
ในวิชาวิศวกรรมระบบจะเรียนรู้เกี่ยวกับการเชื่อมต่อ (Interfaces) ให้วิทยาการและศิลปะนั้นทำงานด้วยกันได้ บางครั้งมันก็เป็นเรื่องธรรมดา แต่เมื่ออุปกรณ์ที่สร้างมาจากคนละโรงงานด้วยคุณสมบัติการเชื่อมต่อที่ต่างกัน
การทำความเข้าใจให้ถึงหัวใจเรื่องระดับของสัญญาณทำงาน (Operating Levels), ค่าอิมพีแดนซ์อินพุทเอาท์พุทของอุปกรณ์ (Impedance), การเชื่อมต่อสัญญาณแบบบาลานซ์ (Balanced) กับอันบาลานซ์ (UnBalanced) และรู้จักหัวต่อ (Connector) ทุกชนิดกับวิธีใช้ ก็จะช่วยให้เราเลือกอุปกรณ์ที่เข้ากันได้แน่ๆสำหรับระบบของเรา และรู้ว่าอะไรที่สามารถทำได้และทำไม่ได้เมื่อจะต่อข้ามชนิดอุปกรณ์
ก่อนอื่นมารู้จักกับระดับการทำงานของสัญญาณพวกไมโครโฟน, ไลน์, และอินสทรูเมนท์ ที่มักจะเจอบ่อยๆ
Operating Levels – Microphone, Line, and Instrument
สัญญาณเสียงทั้งหมดที่เข้าออกซาวน์การ์ดที่เราใช้ในตอนนี้นั้น จริงๆแล้วคือแรงดันไฟฟ้า(Voltage) สำหรับช่อง Input นั้นจะมีระดับแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมกับมันที่สุด ถ้าแรงดันไฟฟ้ามากไปก็อาจจะเกิดการผิดเพี้ยน (Distortion) และ Overloading ได้
Microphone นั้นให้แรงดันไฟฟ้าได้เพียงเล็กน้อย (นั่นคือเหตุผลว่าทำไมมันถึงชื่อไมโคร) ตั้งแต่ช่วง 2-3 มิลลิโวลท์ไปถึงแถวๆ100มิลลิโวลท์นี้เราเรียกว่าสัญญาณระดับไมค์ (Mic Level)
พวกคีย์บอร์ดอิเลคทรอนิคส์ อุปกรณ์พวกคอมเพรสเซอร์, อีควอไลเซอร์, และพวกสตูดิโอเอฟเฟคโปรเซสเซอร์ต่างๆนั้น ต้องการแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า และผลิตแรงดันไฟฟ้าที่ Out Put มากกว่า 100มิลลิโวลท์ ไปจนถึง 12โวลท์ แถวนี้เราเรียกว่าสัญญาณระดับไลน์ (Live Level)
สุดท้ายพวกปิ๊คอัพกีตาร์ไฟฟ้าหรือเบสไฟฟ้านั้นให้แรงดันไฟฟ้าในช่วงระหว่างไมโครโฟนกับไลน์ เราเรียกว่าสัญญาณระดับอินสทรูเมนท์ (Instrument Level) แม้ผู้ผลิตจะไม่ได้ระบุไว้ว่าเท่าไหร่ เพียงแต่บอกว่ามันต้องใช้ต่อร่วมกับอุปกรณ์ที่มีค่า Input Impedance สูง เช่น (แน่นอน) ตู้แอมป์กีตาร์ หรืออุปกรณ์พวก DI box หรือบน Mic Preamp ออกแบบโดยเฉพาะ เอฟเฟคก้อนก็ทำงานอยู่ที่สัญญาณระดับนี้
การบอกค่าระดับสัญญาณทำงานมักจะเลือกเอาค่า Nominal ก็คือ ค่าเฉลี่ยตรงกลางของช่วงของสัญญาณทำงานนั้นๆในหน่วยเดซิเบล (dBu) อย่างสัญญาณระดับไลน์แบบมืออาชีพที่ใช้กันทุกวันนี้นั้นก็จะทำงานอยู่ที่ +4dBu ซึ่งก็จะเท่ากับ ~1.23Volts
แต่สัญญาณระดับไลน์ของเครื่องเสียงตามบ้านทั่วไป (Consumer) จะทำงานอยู่ที่ -10dBu ซึ่งก็จะประมาณ 0.32Volts
สัญญาณระคับไมโครโฟนไม่ใช้เลือกค่าตรงกลางมาใช้ (จากที่วัดก็จะอยู่ประมาณ -40dBu) ส่วนสัญญาณระดับอินสทรูเมนท์ก็จะอยู่ที่ -20 dBu
ซาวน์การ์ดออนบอร์ด(ที่มากับคอมพิวเตอร์เลย) นั้นก็ออกแบบมาทำงานกับอุปกรณ์เครื่องเสียงบ้าน ช่อง line in ของมันจึงต้องทำงานที่ -10 dBu เช่นกัน ส่วนพวกซาวน์การ์ดแบบมืออาชีพหรือที่เรียก Audio Interface ที่เราใช้ทำเพลงกัน Input ของมันจะทำงานที่ +4dBu จึงมืออาชีพมากกว่า และบางรุ่นยังสวิตท์เปลี่ยนไปทำงานที่ -10dBu ก็ได้ด้วย
Nominal Levels VS. Headroom VS. Dynamic Range
จากที่เล่ามาระดับสัญญาณเสียงต่างๆทั้งหมดอยู่ในช่วงที่กว้างๆอยู่ แต่เราควรจะตั้งเป้าหมายการบันทึกเสียงไว้ที่ระดับไหนดี ผู้ผลิตอุปกรณ์จึงต้องบอกสเปกความสามารถของอุปกรณ์ด้วยค่า Nominal Levels, Headroom, และ Dynamic Range
ที่ช่องอินพุทของซาวน์การ์ดมักเขียนบอกว่าทำงานที่ระดับ +4dBu นั่นก็คือ “โนมิน่อลเลเว่ล” (Nominal Level) จริงๆแล้วเราสามารถป้อนแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าโนมิน่อลเลเว่ลนี้ก็ได้ แต่เราจะรู้มั้ยว่ามากกว่าได้มากแค่ไหน จึงนับช่วงตั้งแต่ +4dBu นี้ไปจนถึงระดับก่อนที่จะเกิดการ Distort นั้น (สมมติว่าซัก +22dBu) กำหนดเรียกว่า “เฮดรูม” (Headroom) กลับไปพิจารณาระดับสัญญาณที่ต่ำที่สุดที่คุณตัดสินว่าไม่ใช่เสียงดนตรี ซึ่งมักจะเป็นเสียงน๊อยส์ที่เกิดจากตัวซาวน์การ์ดเอง (สมมติว่า –85dBu) เราเรียกว่า “น๊อยส์ฟลอร์” (Noise Floor) ที่เอาท์พุทของซาวน์การ์ดจะมีน๊อยฟลอร์ออกไปตั้งแต่ระดับนี้ไปจนถึงระดับสัญญาณสูงสุดที่เอาท์พุทสามารถผลิตได้ก่อนที่จะ Distortion เราเรียกว่า “ไดนามิคเรนจ์” (Dynamic Range)
อะไรจะเกิดขึ้นถ้าคุณต่ออุปกรณ์ที่ไม่เหมือนกัน เช่น ต่อเอาท์พุทจากซาวน์การ์ดออนบอร์ดที่ทำงานที่โนมิน่อลเลเว่ล -10dBu ไปยังช่อง +4dBu Line Input ของ DJ Mixer คุณจะต้องเพิ่ม Gain Input ที่มิกเซอร์มากผิดปกติเพื่อที่จะได้ระดับสัญญาณที่โชว์ที่มิเตอร์ไฟสูงอย่างเคย มันจะไม่ผิดปกติถ้าคุณรู้จักจับคู่เชื่อมต่อให้เหมาะกัน มาดูที่ไมโครโฟนที่ผลิตสัญญาณได้น้อยจึงต้องการไมโครโฟนปรีแอมป์เพื่อขยายให้เพิ่มได้ถึง 20-60 dB เพื่อทำให้สัญญาณระดับไมค์กลายเป็นสัญญาณระดับไลน์ จากนั้นเราควรที่จะทำงานที่ระดับสัญญาณนี้ต่อไปในระบบ ปรีแอมป์นี้อาจจะเป็นอุปกรณ์เพิ่มต่างหากหรือบางครั้งก็ติดมากับซาวน์การ์ดบางรุ่น
อิมพีแดนซ์ Impedance
ค่าอิมพีแดนซ์นั้นคล้ายๆกับค่าความต้านทานทางไฟฟ้าและก็ใช้หน่วยเดียวกัน คือ “โอห์ม” (Ohm) บางครั้งที่อุปกรณ์ก็ไม่ได้ระบุเป็นตัวเลขแต่บอกไว้แค่ว่า “high” หรือ “low” เท่านั้นเอง ซึ่งอุปกรณ์จะส่งต่อสัญญาณทำงานได้สมบูรณ์เมื่อค่าเอาท์พุทอิมพีแดนซ์ของอุปกรณ์ต้นทางกับอินพุทอิมพีแดนซ์ของอุปกรณ์ปลายทางมีค่าใกล้เคียงกันที่สุด
ในบรรดาไมโครโฟนแบบมืออาชีพแทบทั้งหมดจะมีค่าอิมพีแดนซ์ต่ำ (low) 50-300 โอห์ม แต่ก็ทำงานได้ดีกับช่องอินพุทระดับไมค์(บนมิกเซอร์ทั่วไป)ที่มีอิมพีแดนซ์อินพุทที่ 1000-3000โอห์ม
ในอุปกรณ์ระดับไลน์สมัยใหม่มีเอาท์พุทอิมพีแดนซ์อยู่ที่ประมาณ 100โอห์ม และมีอินพุทอิมพีแดนซ์ที่ 5,000-20,000โอห์ม พวกอินสทรูเมนท์ปิ๊คอัพ(เบส,กีตาร์ไฟฟ้า)นั้นสามารถเข้าใกล้สัญญาณระดับไลน์ได้ แต่เสียงจะไม่ดีเลยถ้าไม่ต่อกับอุปกรณ์ที่มีอิมพีแดนซ์อินพุท ตั้งแต่ 100,000 โอห์มขึ้นไป
และพวกดอกลำโพงนั้นมีอิมพีแดนซ์ต่ำเพียงแค่ 4-16โอห์มเท่านั้น แต่ถ้าเป็นพวกพาวเวอร์สปีกเกอร์ที่มีแอมปริไฟล์อยู่ในตัวก็จะนับเป็นเหมือนกับอุปกรณ์ระดับไลน์อื่นๆ
สิ่งสำคัญที่ควรเข้าใจเกี่ยวกับค่าอิมพีแดนซ์คือการจับคู่เอาท์พุทและอินพุทอิมพีแดนซ์ให้เป็น
Balanced / Unbalanced
นี่เป็นเรื่องที่หลายคนยังคงสับสนอยู่ดี(แม้จะอ่านบทความนี้จบแล้วก็ตาม) ลองสังเกตุภายในสายนำสัญญาณเสียงหรือไมโครโฟนเคเบิลต่างๆ เมื่อผ่าออกมาดูถ้าเราจะพบสายไฟสองเส้นอยู่ภายในชีลด์ นี่เป็นสายแบบบาลานซ์ หากมีเส้นเดียวก็จะเป็นสายแบบอันบาลานซ์ ในการเชื่อมต่อแบบบาลานซ์นั้นสายไฟทั้งสองเส้นภายในจะส่งผ่านสัญญาณเสียงเหมือนกันแต่มีขั้วตรงข้ามกัน ส่วนที่เป็นชีลด์ห่อหุ้มจะต่อกับกราวด์ ไม่ได้นำส่งสัญญาณแต่ทำการปกป้องการรบกวนจากรอบข้าง การรบกวนของจากรอบข้างนั้นได้แก่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่างๆนั่นเอง ด้วยลักษณะของสายไฟนั้นแท้ที่จริงก็คือสายอากาศรับคลื่นดีๆนี่เอง จึงคอยรับคลื่นวิทยุหรือสิ่งรบกวนได้ง่าย นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมสายนำสัญญาณราคาถูกจึงมีเสียงจี่มากกว่า (สายยาวๆจะสังเกตได้ชัดเจน)
การเชื่อมต่อแบบบาลานซ์จึงป้องกันการรบกวนได้ดีกว่าเพราะวงจรบาลานซ์นั้นสามารถหักล้างการรบกวนต่างๆไปตลอดทางที่สายไมโครโฟนทอดยาวไป การออกแบบวงจรบาลานซ์จึงเกิดขึ้น
ในยุคแรกๆมีการใช้ทรานฟอร์มเมอร์สร้างวงจรบาลานซ์ได้ผลที่ดีมาก ขดลวดฝั่งเซคันดารี่ของทรานฟอร์มเมอร์สามารถแบ่งสัญญาณออกเป็นสองทางอย่างสมบูรณ์ ทำให้ค่าอิมพีแดนซ์ของสายนำสัญญาณทั้งสองเทียบกับกราวด์นั้นสมดุลกัน แต่ทรานฟอร์มเมอร์ก็มีราคาสูงมาก
มีการออกแบบง่ายๆคือสายนำสัญญาณอีกเส้นนั้นไม่ต้องต่อกับสัญญาณเลย เพียงแต่ต่อกับตัวต้านทานที่มีค่าเท่ากับอิมพีแดนซ์เอาท์พุทของสายนำสัญญาณเส้นจริง แล้วก็ต่อกับกราวด์เป็นอันเสร็จ วิธีนี้จึงทำให้เกิดการสมดุลของอิมพีแดนซ์ของสายนำสัญญาณทั้งสองได้ใกล้เคียงแม้จะไม่สมบูรณ์เท่าทรานฟอร์มเมอร์
ยังมีการออกแบบวงจรที่ใช้มากกว่าตัวต้านทานตัวเดียวซึ่งก็จะแพงขึ้นมา ดังนั้นวิธีการที่จะเชื่อมต่อสัญญาณตอนนี้จึงได้แก่ ทรานฟอร์มเมอร์บาลานซ์, อิเล็คทรอนิคส์บาลานซ์, อิมพีแดนซ์บาลานซ์, และอันบาลานซ์
การเชื่อมต่อแบบบาลานซ์จึงอยู่ในอุปกรณ์แบบมืออาชีพส่วนใหญ่และเป็นส่วนที่คนใช้ตัดสินว่าโปรฯหรือไม่แต่ในปัจจุบันด้วยคุณภาพของอุปกรณ์ปรีแอมป์ต่างๆ อุปกรณ์แบบอันบาลานซ์ก็สามารถนำมาใช้ได้ไม่มีปัญหา
แต่สายไมโครโฟนที่มีสายนำสัญญาณเสียง 2เส้นภายในนั้น อาจนำไปใช้เชื่อมต่อในกรณีอื่น เช่น เชื่อมต่อสัญญาณเสียงสเตอริโอ, ทำเป็นสาย Inserts (Send Return) เป็นต้น ซึ่งการใช้แบบนี้คือการต่อแบบอันบาลานซ์บนสายแบบบาลานซ์ เพราะสายข้างในแต่ละเส้นนั้นนำสัญญาณเสียงคนละอย่างกัน
การเชื่อมต่อแบบบาลานซ์จึงคล้ายวงจรคู่ขนานที่ของสายนำสัญญาณทั้ง 2เส้นจะมีอิมพีแดนซ์เทียบกับกราวด์เท่ากัน
หัวต่อ, แจ๊คแบบต่างๆ (Connector)
ไมโครโฟนส่วนใหญ่จะใช้หัวต่อแบบ XLR ตัวผู้ ซึ่งเป็นหัวต่อแบบบาลานซ์เสมอ เพราะสัญญาณไมค์นั้นต่ำมาก จึงต้องลดการรบกวนต่างๆให้มากที่สุด
“ควอเตอร์อินช์โฟนแจ๊ค” หรือ หัวต่อแจ๊คโฟน ขนาด ¼” น่าจะเป็นหัวต่อที่ใช้ในสตูดิโอมากที่สุด เนื่องจากราคาไม่แพงและทนทาน ที่ถูกเรียกว่าโฟนเพราะว่ามันเคยเป็นมาตรฐานบนเครื่องโทรศัพท์ (Telephone) มีอยู่ 2 แบบคือ แบบบาลานซ์ และ อันบาลานซ์ แต่จะเรียกว่า TRS และ TS ตามลำดับ ซึ่งเรียกตามส่วนประกอบของมันได้แก่ Tip , Ring , Sleeve บางครั้งหัวแจ๊ค TRS ถูกนำไปใช้นำสัญญาณอันบาลานซ์ 2 แชนแน่ล พบในอุปกรณ์ เช่น หูฟัง (Headphones) เลยถูกเรียกว่า “สเตอริโอแจ๊ค” ซะมากกว่า มีการใช้ในวิธีการวิธีการ Insert บนมิกเซอร์ เพื่อนำสัญญาณอันบาลานซ์ส่งออกไป (Send) และย้อนกลับมา (Return) ด้วยหัวต่อแบบ TRS ตัวเดียว
หัวต่อมินิโฟน ขนาด 1/8” ก็เหมือนกับ ¼” เพียงแต่ว่ามันเล็กกว่า ทนทานน้อยกว่า และมักจะใช้ในอุปกรณ์เครื่องเสียงตามบ้านแต่ก็ยังพบบ้างในอุปกรณ์แบบมืออาชีพที่จำกัดขนาด เช่น เครื่องบันทึกเสียงแบบพกพา หัวต่อแบบมินิโฟนจึงมักจะเป็นส่วนที่ชำรุดก่อนเพราะมันถูกใช้บ่อยบนซาวด์การ์ดที่ติดมากับคอมพิวเตอร์ก็มีหัวต่อแบบนี้ เป็นช่องสเตอริโออินพุท หรือ เอาท์พุท
หัวต่อRCA โฟโน (RCA Phono) นั้นเคยถูกใช้เป็นหลักในห้องบันทึกเสียงในยุคแรกๆ เพราะว่ามันถูกกว่าแบบควอเตอร์อินช์ และมีสายแบบสำเร็จขายในราคาไม่แพง แต่เพราะมันเป็นแบบอันบาลานซ์จึงไม่ได้ใช้แล้วในอุปกรณ์สมัยใหม่ นอกจากอุปกรณ์พวกมิกเซอร์ที่ยังพอมีอินพุทหรือเอาธ์พุทแบบ RCA นี้ เพื่อเชื่อมต่อกับอุปกรณ์เครื่องเสียงบ้านได้บ้าง เช่น เครื่องเล่นmp3พกพา บนมาตรฐานการเชื่อมต่อแบบดิจิตอลที่ชื่อ S/PDIF ก็ยังใช้หัวต่อแบบRCA และยังพบเห็นในอุปกรณ์DJ ตลอดในตอนเริ่มแรกคุณอาจจะใช้เพียงซาวด์การ์ดที่ติดมากับคอมพิวเตอร์เพื่อบันทึกเสียง หากคุณสามารถเสียบไมโครโฟนด้วยสายต่อที่ถูกต้อง และเสียบถูกช่องด้วยความเข้าใจ ก็จะได้ผลการบันทึกเสียงที่ดีที่สุดจากอุปกรณ์เท่านั้นแล้ว และเมื่อคุณมีอุปกรณ์เพิ่ม เช่น มิกเซอร์ หรือไมค์ปรีแอมป์ ขอบเขตของคุณภาพงานบันทึกเสียงก็จะเพิ่มขึ้นอีกหลายเท่า ทำความเข้าใจให้ดีเพื่อพร้อมที่จะข้ามสู่ระดับต่อไป
พื้นฐานเรื่องซาวน์การ์ด
คอมพิวเตอร์ออดิโออินเตอร์เฟซ หรือซาวด์การ์ดที่เราเรียกกัน ก็คืออุปกรณ์ ที่สามารถนำสัญญาณเสียงเข้าไปเก็บในคอมพิวเตอร์ได้ ทุกวันนี้ซาวด็การ์ดถูกผลิตขึ้นมาในหลายๆขนาด รูปร่าง และความสามารถต่างๆไป เมื่อติดตั้งให้กับคอมพิวเตอร์ของคุณก็จะสามารถทำงานแทนเครื่องบันทึกเทปได้ โดยใช้ฮาร์ดดิสของคอมพิวเตอร์แทนเทปนั่นเอง สัญญาณเสียงจะถูกแปลงให้อยู่ในรูปแบบดิจิตอลซึ่งเก็บเป็นข้อมูลลงในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ หรือจะเก็บแบบถาวรลงบนดิสค์ ข้อมูลเหล่านี้สามารถอ่านจากดิสค์กลับไปที่ซาวด์การ์ด และแปลงเป็นรูปสัญญาณเสียงที่สามารถขับลำโพงหรือหูฟังให้เกิดเสียงได้
ในภาคอินพุทประกอบไปด้วยไมโครโฟรพรีแอมซึ่งช่วยขยายสัญญาณเล็กๆที่ได้จากไมโครโฟนให้มีระดับที่ตัวแปลงสัญญาณจากอะนาล็อกไปเป็นดิจิตอลหรือ A/D Converter สามารถใช้ได้ สัญญาณเสียงจะถูกแปลงเป็นรูปแบบดิจิตอลที่สามารถเก็บลงบนดิสค์ และเมื่อข้อมูลดิจิตอลจากดิสค์กลับไปที่ตัวแปลงดิจิตอลไปเป็นสัญญาณอะนาล็อกหรือ D/A Converter ก็จะออกมาเป็นเสียง
ในส่วนของ Control Panel ที่แสดงในรูปนั้นก็คือปุ่มและสไลเดอร์ที่ใช้ควบคุม Volume และเลือกที่มาของอินพุทดังที่เห็นบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ เมื่อคุณใช้มันคอมพิวเตอร์ก็จะส่งคำสั่งไปที่ซาวด์การ์ดให้ปรับเสียงตามนั้น
ซาวด์การ์ดที่มี A/D และ D/A Converter ที่ดีกว่า เริ่มถูกผลิตออกมาขายมากขึ้น มันอาจจะมีแค่ภาคอินพุทแบบไลน์ ซึ่งก็ยังต้องการอุปกรณ์พวกพรีแอมภายนอกหรือมิกเซอร์เพื่อให้คุณภาพเสียงที่ดีกว่าซาวด์การ์ดธรรมดา ยังคงมีอีกหลายๆทางที่จะทำให้เสียงดีขึ้นได้ เราจะพูดถึงเครื่องมือต่างๆ เช่น มิกเซอร์ ไมค์พรีแอมป์ อีควอไลเซอร์ คอมเพรสเซอร์ หรือแม้กระทั่งออลอินวันคอมพิวเตอร์อินเตอร์เฟสที่มีทุกอย่างภายในตัวเดียวในครั้งต่อไป
บทความ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น