Khái niệm các hệ thống cơ bản
- Ngày đăng: 22-09-2017, 10:39 am
- Lượt xem: 1799
Bài 3: Khái niệm các hệ thống cơ bản
Equalizers
Thuật ngữ equalization vốn được áp dụng cho quy trình bù sự thiếu hụt điện tử trong một thiết bị hay hệ thống để tái tạo âm thanh hay tín hiệu âm thanh thật chính xác. Nói chung, thuật ngữ này (viết tắt là EQ) áp dụng cho bất kỳ sự thay đổi đáp tần có chú ý nào, bao gồm sự kiểm soát âm sắc, cho dù lý do là thực tế hay sáng tạo.
Như đã đề cập, mixer cung cấp khả năng cân bằng những channel độc lập (gọi là onboard EQ), EQ onboard thương cho phép kiểm soát 2 - 4 giải âm sắc trong toàn bộ giải tần nghe được. Thí dụ, EQ 3 band sẽ cho phép tăng hay giảm tần số bass, tần số mid và tần số treble. Phổ biến hơn, mixer cung cấp EQ switchable, cho phép người điều khiển lựa chọn giữa hai hay nhiều giải tần số cố định trên một nút vặn (knob) nào đó, hay sweepable cho phép người điều khiển (operator) chọn giải tần số bị ảnh hưởng dần dần. Mixer đa năng có EQ tham số (parametric), cho phép kiểm soát ba tham số quan trọng của quy trình này.
Hệ thống công suất cao (high-power) hay chất lượng cao (high-quality) bắt buộc phải điều chỉnh nhiều giải âm sắc bị chia nhỏ (divided tonal ranges), còn gọi là band cho thật chính xác. Dạng thức EQ rời ngoài (outboard) phổ biến nhất là EQ graphic, cho dù sử dụng nhiều loại khác cũng vẫn khá tốt. Hiện tại, EQ đang sản xuất có thể điều chỉnh riêng biệt hơn 45 khoảng chia âm thanh trong giải tần con người nghe được (vài thiết bị cao cấp có thể chia ra nhiều hơn).
Những loại khác cho phép người vận hành nhắm chính xác vào những âm tần tương đối cần thiết cho một ứng dụng cụ thể. Ứng dụng thực tế của loại EQ chia nhỏ này có thể để bù đắp cho những bất thường của micro, loa và âm thanh trong nhà, dùng óc sáng tạo để thay đổi âm thanh, giọng hát (vocal) hay nhạc cụ, hay giúp loại bỏ những tiếng hú (feedback) khó chịu cho người biểu diễn và diễn giả.
Amplifiers
Chức năng cơ bản của bộ khuếch đại (amplifier), là tạo ra bản sao của tín hiệu. Không giống như micro (trong đó đáp tần khác nhau là ưu điểm rõ ràng) và bộ EQ (cho phép thay đổi đáp tần), nhiệm vụ của bộ khuếch đại là làm ra một tín hiệu sao chép sự thay đổi tốt nhất của tín hiệu in-put thật chính xác. Công suất của tín hiệu có thể tăng lên, nhưng tốt nhất là không thay đổi điểm thiết yếu (âm thanh của nó).
Amplifier thường dùng trong thiết kế của những hệ thống và thiết bị (component) âm thanh ở mọi tiếp giáp quan trọng trong vô số những mạch điện của nó. Trong nhiều thiết bị như mixer và thiết bị xử lý tín hiệu khác, amplifier mức độ thấp (low level) có nhiệm vụ cô lập mạch điện với một mạch khác do đó cho phép có mạch điện thực hiện chức năng xử lý tín hiệu nội bộ riêng. Amplifier cũng bù đắp khoản hao hụt cường độ của tín hiệu trong mạch. Thường gọi là line amplifers hay line drivers. Mỗi thiết bị xử lý tín hiệu đều có một bộ line amplifers nối với jack out-put, tạo ra những tín hiệu output cung cấp dữ liệu in-put cho những thiết bị ampli kế tiếp qua hai dây nối. Cũng dùng những loại mạch khuếch đại ở mức thấp (low level amplifier) để kết hợp những bộ khuếch đại (combining amplifier), thực tế nó thực hiện chức năng mix trong một mixer (xem hình 1.5). Tín hiệu âm thanh đã tạo ra để có thể đi vào in-put của một thiết bị, tùy thuộc vào thiết kế của thiết bị đó, được xử lý qua bộ khuếch đại vi sai (differential amplifìer). Nói chung, chúng ta không cần quan tâm đến việc này, ngoại trừ để biết nó đã tồn tại, và nó phải có khả năng sinh ra một tín hiệu chính xác, hợp lý, đầy đủ năng lượng, và những in-put, out-put đều phải tương thích với những thiết bị khác trong hệ thống. (Khá dễ quản lý khả năng tương thích trong hầu hết trường hợp, nhưng sẽ bị giới hạn công suất tối đa, đặc biệt với những thiết bị rẻ tiền).
Năng lượng hao hụt liên quan đến cả hai: bộ chuyển đổi in-put lẫn out-put, cũng như trong từng giai đoạn xử lý tín hiệu, được bù đắp bằng bộ khuếch đại bổ sung, âm thanh sẽ tăng lên ở giai đoạn out- put ra loa. Amplifier dùng cách phục vụ khác cho những mạch điện nội bộ của thiết bị.
Kết hợp nhiều bộ khuếch đại cho ra tổng hợp những tín hiệu độc lập.
Bộ khuếch đại vi sai (differential amplifier hay op-amp) dùng ở tầng in-put của nhiều thiết kế thiết bị. (trong nhiều thiết kế khác, sử dụng biến thế (transformer) nhỏ làm in-put, theo sau là line ampli).
Tiền khuếch đại (viết tắt pre-amp) dùng để tăng mức tín hiệu trước khi khuếch đại, tạo ra một tín hiệu vừa đủ mạnh để đáp ứng cho ngã vào của bộ khuếch đại công suất (power-amplifier), đưa đến cho nó mức tín hiệu mà nó có khả năng tiếp nhận. Thông thường, thiết bị pre-amplifier chỉ dùng cho ứng dụng stereo dân dụng. Nói chung, thiết kế thiết bị pro-sound đều có cường độ dòng out-put đủ mạnh, không cần bổ sung pre-amp. Có lẽ chúng ta sẽ gặp trắc trở khi tiếp cận những cái jack (connector) của ampli nhạc cụ. Trong trường hợp này, chúng ta có thể thừa nhận nó ám chỉ đến line level. Sẽ cần thiết kế bộ tăng từ low-level micro lên high-level micro hay đến line-level. Ampli công suất (power amplifiers) dùng để cho ra tín hiệu output đủ mạnh để tải loa. Như đã đề cập trước, vài hay tất cả nhiệm vụ khuếch đại được mô tả trong phần này có thể thực hiện nằm trong một thùng máy. Trường hợp đặc biệt là mixer có graphic EQ và loa ở out-put, trong đó tất cả quy trình điện tử cơ bản đều thực hiện bằng một thiết bị duy nhất. Trong những hệ thống được thiết kế theo yêu cầu, thông thường sử dụng giá đựng ampli công suất (rack-mountable power-amplifier) chỉ để thực hiện giai đoạn cuối của sự khuếch đại.
Speaker (Loa)
Thiết bị loa, trong việc triển khai bước cuối cùng, từ lĩnh vực điện vào lĩnh vực âm thanh, chịu trách nhiệm không những tạo ra sóng âm thanh có nguồn gốc từ tín hiệu điện, mà còn điều khiển âm thanh cho thích hợp với ứng dụng. Trong nhiều năm qua, điều này đã là thách thức lớn cho những hãng thiết kế loa.
Ở cấp độ cơ bản nhất, một trong những chuyển đổi toàn giải (full-range) có thể có khả năng tái tạo giải tần con người nghe được ít nhiều (như trong tai nghe (head-phone) hay loa âm thanh stereo dân dụng rẻ tiền). Tuy nhiên, cách hoạt động của âm thanh không cho phép thiết bị loa kiểm soát mô hình định hướng một cách đủ tương thích để hầu hết ứng dụng pro-sound đều có hiệu quả rõ ràng. (Hạn chế với những loại loa stereo dân dụng rẻ tiền, đơn giản hơn, chỉ di chuyển dần từ bên này sang bên kia và ghi nhận chất lượng âm sắc thay đổi ra sao khi di chuyển, ở vị trí trực tiếp phía trước loa như vậy, nghe tiếng treble cao rất dễ, trong khi giải âm sắc thấp có khuynh hướng nổi bật hơn, nếu so sánh). Ngoài ra, ít quan trọng hơn, âm thanh mức độ cao (high sound level), nếu chỉ dùng một loại loa để xử lý toàn giải tần số rộng, từ âm bass rất thấp đến âm treble rất cao, sẽ không khả thi.
Hình 1.6 Một loại thiết bị loa đơn đã bị biến đổi hướng loa, và cũng không thể cho ra những giải âm sắc rộng ở mức cao mà không bị biến dạng (distortion) đáng kể.
Đây là lý do, tại sao phải dùng nhiều thiết bị trong hệ thống prosound hiện đại.
Với phần lớn - nhưng không phải tất cả - những ứng dụng cơ bản, nhiệm vụ của loa là phân chia giữa hai hay nhiều thiết bị, (lý tưởng, ít nhất) là mỗi một trong số đó đều tái tạo những tần số trong giải tần dự định thích hợp nhất. Hệ thống tiêu biểu kéo theo hai, ba hay bốn, đôi khi là năm giải tần số, mỗi loại xử lý bằng loại thiết bị khác nhau, (có thể nhiều hơn nhưng không cần). Thông thường, trong hầu hết bộ stereo dân dụng, có nhiều hệ thống tích hợp vào một tủ kệ, mặc dù trong ứng dụng pro-sound, thiết kế của những thiết bị thường khác với bộ stereo dân dụng tiêu biểu rất nhiều. Mỗi phương pháp thiết kế cơ bản đều có mặt ưu điểm và khuyết điểm riêng.
Khi dùng hai hay nhiều thiết bị theo cách này, tín hiệu chia cho mỗi thiết bị cần phải giới hạn trong giải tần số mà thiết bị có trọng trách phải thực hiện. Thực hiện điều này bằng frequency dividing network (mạng chia tần số), thường gọi đơn giản là crossover.
Hình 1.7 Ứng dụng của crossover trong một hệ thống đơn giản.
(A) Crossover loại passive gắn trong, thường gắn trong một tổ hợp nhiều thiết bị tiêu chuẩn.
(B) Hệ thống ampli đôi đơn giản, hai way, có crossover active.
(C) Hệ thống hai way tiêu chuẩn, có loa siêu trầm (subwoofer).4.
Crossovers
Nhiệm vụ của crossover là phân chia tín hiệu out-put của nó cho nhiều mạch (circiut) riêng biệt, mỗi mạch bao gồm một band khá cụ thể hay là giải tần số. Điều này cho phép mỗi thiết bị loa cho ra giải tần mà nó hoạt động tốt nhất. Đồng thời, crossover giúp bảo vệ những yếu tố loa không bị hư hại do hoạt động ngoài giới hạn giải tần đã ấn định cho nó.
Khi thiết kế hệ thống âm thanh đơn giản cho đến trung bình, có thể cài đặt crossover sau khi qua giai đoạn khuếch đại công suất. Trong hệ thống âm thanh cao cấp hay tốt hơn, sẽ đặt ra việc kiểm soát hoạt động, hệ thống âm thanh sẽ tăng hiệu quả hơn khi chia phổ âm thanh trước khi đến giai đoạn khuếch đại công suất. Loại thiết bi này gọi là crossover chủ động (active crossover) hay crossover điện tử (electronic crossover) và thiết bị cũ gọi là crossover thụ động (passive crossover).
Mỗi cái đều có ưu điểm riêng. Passive crossover dùng ít power amplifier hơn, sẽ ít dây nối giữa thiết bị hơn và nói chung người sử dụng sẽ thuận tiện hơn. Mặt khác, Active crossover, xử lý tổng số power amplifier hiệu quả hơn và cho phép tinh chỉnh chính xác những điểm giao tần (crossover) dễ hơn và cũng có thể kiểm soát vài yếu tố khác liên quan đến việc phân chia giải tần số. Thông thường, cả hai đều sử dụng rất hiệu quả trong cùng một hệ thống, như minh họa trong hình 1.7.
Quan điểm về hệ thống thiết thực
Hiệu quả toàn diện hệ thống chắc chắn không tốt hơn mắt xích yếu nhất của nó. Ngoài ra, chất lượng thiết bị, của những loại dây dẫn và cách hàn nối dây của hệ thống dây điện đóng vai trò cơ bản cho hiệu quả của hệ thống. Cách thức tín hiệu âm thanh dẫn truyền (flow), đi từ giai đoạn này đến giai đoạn khác trong hệ thống (và/hay thiết bị) cũng đóng vai trò cả hai: về chất lượng âm thanh lẫn khía cạnh vận hành thực tế.
Môi trường Âm học (Acoustic Environment)
Lĩnh vực âm học là liên kết đầu tiên và cuối cùng trong chuỗi, từ nguồn âm thanh đến tai người nghe. Trong khi hầu hết những cơ bản thực tế này đều hiển nhiên, những đặc điểm của môi trường âm học thường bị bỏ qua hay do nhiều người vận hành và thiết kế hệ thống âm thanh thiếu kinh nghiệm hiểu sai. Chương 2 sẽ cố gắng giới thiệu quan điểm ban đầu về âm thanh nói chung. Sau đó chương này sẽ cố mở rộng quan điểm này.
Yếu tố con người (Human Factor)
Đôi khi, hệ thống pro-sound được nghĩ đơn giản là điện tử hóa (hay electro-acoustic-âm thanh điện từ) hệ thống. Nhưng thường bỏ quên yếu tố con ngươi ở cả hai điểm cuối cùng của bất kỳ hệ thống nào. Đó là yếu tố con người của nghệ sĩ, người diễn thuyết trước khán giả và công chúng, và những cá nhân khác giữ cho hệ thống tồn tại, nhưng rốt cuộc, hệ thống lại chịu trách nhiệm.
Trong số những trọng tâm này, bản thân tai con người xử lý khác xa việc đo lường điện tử và những loại máy đo. Nhận thức về âm thanh thường thay đổi đáng kể từ người này sang người khác, thay đổi theo cường độ của âm thanh, và cũng có thể thay đổi bởi thời điểm và địa điểm nơi biểu diễn, có vài quan điểm rất thú vị và đôi khi gần như kỳ lạ. Chắc chắn, khả năng mất thính lực dài hạn hay vĩnh viễn cũng có sự liên quan tới những hệ thống cao cấp.
Thêm nữa, sẽ xem xét sự liên quan thực tế về những nhu cầu khác nhau của từng người biểu diễn và diễn thuyết. Chúng ta sẽ cố gắng có những quan điểm thống nhất trong những bài sau.