Loa và Crossover 1

• Ngày đăng: 06-10-2017, 10:36 am
• Lượt xem: 1007

Loa có khả năng cung cấp âm thanh rõ và mạnh đã xuất hiện trên thị trường ít nhất vài thập kỷ cũng như bài viết này, độ phát triển vẫn tiếp tục tiến lên phía trước. Trong hệ thống, loa là cái cần thảo luận cuối cùng, dĩ nhiên loa cũng chịu trách nhiệm cho ra những âm thanh output sẽ đạt được mô hình (lý tưởng) cho phần lớn hay tất cả khán giả với chất lượng hợp lý nhất. Chỉ trong những năm gần đây, với sự ra đời của máy tính mạnh, nên có thể dễ thiết kế những thiết bị có tần số mid-range và high, có thể làm điều này với độ chính xác qua phần lớn hay tất cả giải tần của nó. Sẽ thảo luận sau trong chương này, những thiết kế mới này có rất nhiều hỗ trợ những mục tiêu của âm thanh pro-sound.

Bài 1 - Thiết kế cơ bản

Có thể phân loại thiết bị loa theo hai thiết kế cơ bản: tiếp cận hướng xạ trực tiếp (approaches-direct radiator) và horn (chóa, còi) cổ điển, hay kết hợp cả hai. Mặc dù thiết kế loa có thể đảm nhận rất nhiều hình thức, có thể mô tả gần như tất cả như là sử dụng một, hay cả hai, trong những phương pháp cơ bản này.

Tất cả thiết bị loa đều liên quan đến driver (cái loa rời, không thùng), có thể dẫn truyền tín hiệu điện thành sóng âm thanh thực tế. Loa hướng xạ trực tiếp (direct-radiator) sử dụng phần từ dao động tương đối lớn thường tác động như một piston thông thường, lắp ráp thành cone/voice coil (vành loa và cuộn dây) của loa (như trong hình 9.1). Bao bọc phía sau driver là thùng kín hay hở, đóng một phần vai trò trong việc phát triển sóng âm thanh thích hợp.

Horn/driver liên quan đến việc sử dụng driver với phần tử rung tương đối nhỏ, hoạt động song song với thiết kế horn thích hợp, như mô tả trong hình 3. (Trong khi trò chuyện ngoài lĩnh vực này, kết cấu như vậy thường gọi đơn giản là horn, giả định nó cũng đã bao gồm cả driver). Những ưu điểm của horn bao gồm việc tăng hiệu suất chuyển đổi từ điện năng thành năng lượng âm thanh, và kiểm soát tiềm năng những đặc điểm định hướng của âm thanh output cho tốt hơn.

Hình 1

Thùng loa hai way nhỏ gọn điển hình có loa hướng xạ trực tiếp và horn tần số cao.

Là thiết bị thiết kế tốt loại cơ bản, có thể rất hữu ích trong việc tăng cường tiếng nói và nhạc cụ (không bao gồm bass và trống kick) với ít khán giả, cũng như cho nhiều ứng dụng (sidefill stage-monitor). Tần số crossover tối ưu cho những thiết bị như vậy sẽ phụ thuộc nhiều vào thiết kế driver cũng như vài yếu tố khác sẽ thảo luận trong chương này, có thể thấp là 500Hz và cao là 4kHz.

Ở cả thiết kế horn và thùng loa (enclosure) đều có sự quan hệ cơ bản giữa driver và horn hay thùng của nó, dựa trên nguyên tắc tải (loading) âm thanh. (Hiện nay, về mặt kỹ thuật, việc sử dụng phổ biến thuật ngữ “loading”, cũng như “unload speaker cabinet” hay “cabinet loaded with Brand X speaker” là sai lầm phổ biến mặc dù có thể dễ hiểu). Thông thường, trong khoảng dưới hai phần ba giải tần số đã ấn định cho driver, cone hay màng loa đòi hỏi một lượng phụ trở kháng âm (hay tải) để kiểm soát chuyển động của nó. Thiết kế thùng (chóa, còi) hướng xạ trực tiếp cân đối những đặc tính cơ học của loa với khối lượng không khí trong thùng, tạo ra đường đáp tần suôn sẻ hợp lý trong giải tần của nó. Thiết kế kết cấu horn/driver tốt cung cấp trở kháng âm thanh cân bằng tương tự cho màng loa trong khắp giải tần đã ấn định. Horn này cũng cho mở rộng đúng sóng, sẽ giải thích tiếp trong những phần “Basic Horns” và “Mid/High Horn Design”.

Thực hành thiết kế loa liên quan đến việc cần vài thỏa hiệp giữa vài yếu tố: sự phát tán và kiểm soát mô hình, giải tần số của thiết bị, kích cỡ, độ nhuyễn của đáp tuyến tần số, output tối đa, hiệu quả, và dĩ nhiên là giá thành. Thí dụ, thiết bị có yêu cầu xử lý băng thông rộng hơn, càng có nhiều đáp tần qua mẫu thiết kế của nó sẽ có khuynh hướng phát triển bất thường, và thành ra khó duy trì mô hình định hướng phù hợp hơn. Thí dụ thứ hai, một thiết bị nhỏ hơn cũng cần như vậy, nhiều đáp tần thấp và sự kiểm soát mô hình hướng của nó sẽ có khuynh hướng bị giảm giá trị. Một thí dụ khác có lẽ, kết hợp horn/driver rõ, mạnh hơn và phát tán output thích hợp, có khuynh hướng tốn kém tài chính.

Nói chung, có thể bao phủ hầu hết phổ âm thanh khá tốt, với sự phát tán định hướng phù hợp hợp lý, bởi ba thiết bị đã thiết kế và lựa chọn. Ngày nay, hệ thống bốn way và năm way có khuynh hướng là một nhánh của phương pháp cơ bản. Một thí dụ cho việc này là hệ thống ba way điển hình có một loa subwoofer bổ sung trình bày sau trong chương này. Cách tiếp cận này trong những hệ thống công suất cao hiện đang là tiêu chuẩn trong ngành.

Thùng loa compact hai way và ba way thường định hướng để nó thích hợp cho những ứng dụng cho khu vực gần (near-field) (nói cách khác, tương đối gần - relatively close up).

Thùng loa cơ bản (Basic Enclosures)

Lý do quan trọng nhất để có thùng loa bao quanh mặt sau của một driver (cái loa rời) là trong tất cả tần số cao nhất của giải tác động cụ thể của nó, năng lượng phía sau uốn cong chung quanh loa và chủ yếu triệt tiêu (destructively interferes with - phá hoại cản trở) năng lượng phát ra từ phía trước. (Với các bạn vẫn chưa nắm lý do tại sao xảy ra điều này, lời giải thích trong “Dispersion Pattern Control” của chương này có thể hữu ích). Đây có lẽ là ý tưởng cơ bản nhất liên quan đến thiết kế thùng loa, trong đó thùng loa kín cơ bản được gọi là vách ngăn vô tận (intinity baffle). Ban đầu, trong sự phát triển loa rất sớm, đã tách biệt hướng xạ mặt sau với hướng xạ mặt trước loa bằng việc sử dụng một vách ngăn đơn giản, hay tấm vật liệu, và loa gắn ở trung tâm. Từ quan điểm này, thùng loa phục vụ như một tấm chắn vô cùng cao và rộng, vì không cố phản dội mặt sau vượt qua ranh giới của hộp để can thiệp vào những hướng xạ từ mặt trước, do đó có thuật ngữ vách ngăn vô tận (infinity baffle). Hiện nay, loại hộp này thường gọi đơn giản là thùng loa kín (sealed enclosure).

Ngoài ra, như đã đề cập, kích thước hạn chế của thùng loa cũng để giữ cho sự kiểm soát driver khỏi bị thất bại ở tần số thấp (do số lượng tải (load) âm thanh). Với thùng loa theo cách này, nó sẽ thiết kế cách máy móc nhiều hơn để driver bao gồm giải tần rộng với hiệu suất hợp lý. Dần dần, đã phát triển một phương pháp khá chuẩn để tính toán kích thước thùng loa cần thiết để cho ra đáp tần xuống một giải nhất định, cho một qui cách kích cỡ driver nhất định.

Có thể giảm kích thước thùng loa mà vẫn được đáp tần thấp bằng cách thêm lỗ thông hơi hay cổng (port) vào thùng loa, mặc dù sẽ có sự trao đổi. Bên dưới giải tần số thấp thêm được bởi cổng (hình 9.2), đáp tần thả ra triệt để, và cone loa tăng hiệu suất đáng kể. Khi loa được yêu cầu sản xuất năng lượng thấp hơn tần số cộng hưởng, loa không tải (unload) nữa và bắt đầu có chiều hướng đẩy lệch vượt qua giới hạn bình thường của nó quyết liệt, mà tại đó âm thanh tốt nhất (best) hóa ra dở, và có nguy cơ driver bị thất bại (failure) tồi tệ nhất (nói cách khác, loa đã bị blown-thổi).

Có thể thiết kế cổng (port) để thùng loa có những đáp ứng tốt nhưng bằng cách dùng ống (tube), hay đường ống (duct), làm khối không khí trong thùng loa này cộng hưởng tần số thấp hơn nữa, hiện nay gần như là thủ tục tiêu chuẩn. Vách ngăn nội bộ phức tạp hơn có thể làm tiếp tục giảm kích cỡ của thùng loa, trong khi vẫn cho phép phía sau loa nhìn thấy thùng loa lớn hơn nhiều và hoạt động khá phù hợp.

Vài hệ thống xử lý cao cấp hiện đại có cách tiếp cận khác để đạt được độ rắn chắc tương đối, đền bù cho sự tăng đáp ứng tại giai đoạn xử lý, thật sự là hình thức cân bằng, (đánh đổi (tradeoff) là công suất phải tăng đáng kể hơn cần thiết để sản xuất mức output tương tự như trong tần số thấp nhưng nó cho phép kích cỡ thùng loa giảm rất đáng kể).

Chắc chắn khả năng của driver (sẽ thảo luận sau) là yếu tố quan trọng trong chất lượng và số lượng của âm thanh, cũng như việc cấu tạo thùng loa. Những đặc điểm chính của một thùng loa tốt, qua thiết kế cơ bản là độ vững chắc của nó. Thùng loa chất lượng tốt cần phải chắc chắn, trong thành thùng loa ít hay không có độ cong (flex) hay những khớp nối bị lỏng. Thành thùng loa cong tạo ra cộng hưởng không cần thiết làm giảm hiệu suất và sản lượng tối đa, làm giảm nguyên tắc vách ngăn vô tận (infinity battle), và cũng có thể làm giảm đáp ứng thoáng qua (thùng loa vẫn tiếp tục dao động thời gian ngắn sau khi driver đã ngừng chuyển động).

Còn tiếp...