Loa và Crossover 2

• Ngày đăng: 06-10-2017, 10:41 am
• Lượt xem: 811
• • Share

Bài 2 - Loa horn cơ bản (Basic Horns)

Horn hữu ích với hai lý do cơ bản: (1) Nó thường hướng xạ trực tiếp hiệu quả hơn, và (2) nó đủ khả năng kiểm soát mô hình định hướng của những âm thanh output tốt hơn, đặc biệt trong giải mid và high.

Chức năng cơ bản của horn là cho phép những phần tử dao động (màng hay cone loa) sẽ nhỏ đi nhiều và di chuyển trong một khoảng nhỏ hơn, cho phép sao chép dạng sóng chính xác hơn, trong khi vẫn cung cấp công suất đáng kể. Horn thiết kế tốt cung cấp dạng thức bằng cộng hưởng rộng (broad- band resonance) (thuật ngữ thông thường là kéo dài hơn -greatly stretch), do đó khuếch đại âm thanh trên giải tần số rộng.

Hình 2

Cổng (ống thông) của thùng loa.

Trong nửa bát độ (octave) hay hơn, chung quanh tần số cộng hưởng của thùng loa, quay trở lại để tăng cường hướng xạ mặt trước trong một thiết bị loa thiết kế tốt. Ở đây, sự cộng hưởng được dùng để bù đắp cho sự giảm đáp ứng tần số thấp. Vì chuyển động của cone loa ở tần số cộng hưởng là tương đối nhẹ so với đầu thoát ra của cổng, và vì có sự chậm trễ rất nhỏ trong những đầu thoát của cổng, nên không xảy ra sự triệt tiêu phase. Dưới tần số cộng hưởng, mặc dù, cone loa và cổng thoát đang bị nghịch phase ít nhiều, nên nó có khuynh hướng triệt tiêu và giảm hoàn toàn đáp ứng hướng xạ, cùng với sự nguy hiểm vì cone loa bị lệch quá nhiều (over excursion). (Không nên cố gắng bù đắp cho chuyện này bằng EQ. Với bất kỳ thiết kế cổng thoát nào, không nên yêu cầu loa tái tạo bất kỳ lượng âm thanh nào dưới điểm những đáp ứng giảm đi. Nếu dùng EQ để tăng đáp tần thấp, cần phải đẩy mạnh lên chỉ bằng hay cao hơn cộng hưởng của cổng thoát. Tần số cộng hưởng cổng thoát dưới đây thường phải được cắt bằng EQ hay, lý tưởng, là filter high-pass (nói cách khác, low-cut))

Dưới: những đáp tuyến tiêu biểu cho thùng loa kín và thùng loa có cổng thoát hơi kích thước tương đương.

Horn cung cấp một hình thức phù hợp trở kháng (impedance matching). Nó được thiết kế để bày ra một trở kháng âm thanh tương đối cao cho driver. Horn dùng để phát triển sóng có áp lực khá cao, chuyển động hạt không khí thấp (tương đương với high voltage/low current) vào sóng âm lượng lớn hơn ở miệng của horn, nơi nó gặp trở kháng âm thanh bình thường ngoài trời (open air). Điều này có thể so sánh với những cái mà máy biến thế điện đã thực hiện. (Nói cách khác, bằng cách so sánh với driver horn-loaded, bộ hướng xạ trực tiếp phải di chuyển nhiều hơn. Nói cách khác, trong phạm vi lớn, để cho ra một âm lượng nhất định. Để làm điều đó, driver horn-loaded di chuyển ít hơn, nhưng đẩy và kéo mạnh hơn. Horn thực hiện việc chuyển đổi tính chất hoàn toàn).

Yếu tố cụ thể như kích cỡ driver, kích cỡ họng (throat), kích cỡ miệng (mouth) và tỷ lệ mở rộng (tỷ lệ loe ra -flare) sẽ xác định những đặc tính liên quan tới tần số cơ bản của horn. Chắc chắn là driver ít có ảnh hưởng quan trọng đến âm thanh so với horn, khi nó làm việc cùng nhau. Có nhiều yếu tố khác, sẽ thảo luận sau.

Hình 8-B minh họa một thiết kế horn điển hình để sử dụng trong giải mid. Vài mẫu thiết kế midrange horn sử dụng cone driver, trong khi những mẫu thiết kế khác dùng midrange compression driver.

Hình 3

Horn tần số cao điển hình: (mặt cắt): Mục đích chính của horn là cho phép phần tử dao động của driver (màng loa) di chuyển trên một khoảng cách nhỏ (excursion), cho phép tăng hiệu suất và độ chính xác của sự phát ra âm thanh. Một lý do quan trọng đối với việc sử dụng horn là nó có thể thiết kế để kiểm soát mô hình định hướng output âm thanh rất hiệu quả hơn bất kỳ sự sắp xếp nào về hướng xạ trực tiếp.

Loa horn tần số thấp (Low-Frequency Horns)

Horn tần số thấp lý tưởng cần phải rất lớn, cân nhắc rất thực tế thường đòi hỏi vài loại thỏa hiệp để phát ra mức độ cao ở tầng âm phổ dưới thấp. Horn có thể được, và thường được, gấp lại để phù hợp với chiều dài của horn đề đặt vào không gian nhỏ hơn. Hiệu ứng giải tần số cao (mid-bass) của thiết bị sẽ tổn hại do như vậy. Đối với horn gấp tần số thấp, thỏa hiệp này không là khuyết điểm nghiêm trọng, khi horn gấp có khuynh hướng dùng trong giải tần tương đối hẹp bình thường lên đến khoảng 2 bát độ (thí dụ, so với một horn lõm vào truyền thống, không được dùng trong giải rộng lên cao hơn trong âm phổ, vì sẽ không có chất lượng âm thanh tốt).

Horn gấp (folded) thể hiện trong nhiều dạng thức khác nhau trong hình 4. Ba trong số thiết kế đang thấy thường gọi là thùng loa hình chữ W (W-bins). Ngoài giải tần số bị hạn chế, có một thỏa hiệp với horn gấp, thường có khuynh hướng đáp tần êm ái hơi bị tổn hại (trong công bố thông số kỹ thuật, đường đáp tuyến thường vuốt thẳng những nét gấp răng cưa). Nó thường chấp nhận là đồng giá, cho dù để có được kích cỡ nhỏ gọn tương đối mà cấu hình W bins cho phép.

Ỷ tưởng về horn gấp tiến bước xa hơn với hiệu quả tốt hơn và đáp tuyến nhuyễn hơn bằng cách dùng bề mặt cong trong phần loe ra của horn bass. Điều này loại bỏ sự chuyển tiếp của horn gấp thông thường, mà còn tốn chi phí sản xuất nhiều hơn nữa.

Trong horn tần số thấp cũng dùng nhiều phương pháp tiếp cận khác để đạt sự rắn chắc tương đối hay đáp tần thấp hơn.

Horn tần số thấp, cả hai loại thẳng và gấp, thường bổ sung bằng một hay nhiều cổng thoát hơi, hay nhiều đường thông khác để hướng xạ hậu của driver thoát từng phần, để mở rộng đáp tần thấp cho nó. Tương tự như cổng thoát hơi của thùng loa, mở rộng đáp tần thấp đi kèm với giá phải trả là suy giảm nghiêm trọng những đáp ứng thấp hơn tần số cộng hưởng của khối không khí quay nhào trong thùng loa.

Hình 5 cho thấy ba thiết kế cơ bản liên quan đến thùng loa cố cả một horn và một hay nhiều lỗ thông hơi. Loại thùng loa này thường đưa vào sử dụng làm thiết bị tần số thấp cho một hệ thống hai way, low-mid, hay thiết bị mid-bass của một hệ thống bốn way. Thiết kế trong hình 5-A đôi khi gọi là thùng loa horn/reflex, đề cập đến ý tưởng dùng hướng xạ phía sau của driver để mở rộng đáp tần thấp của một horn tương đối ngắn. Cách tiếp cận này (trong 5-A) cung cấp nhiều năng lượng, trong khu vực bass hơi cao hơn một chút so với thiết kế thể hiện trong hình 5-B và 5-C (điều này sẽ thảo luận nhanh trong chương này). Như với bất kỳ thùng loa nào, khi trong thiết kế bao gồm một hay nhiều cổng thoát, năng lượng sẽ tăng lên trên giải tần số cộng hưởng, nhưng dưới giải tần này, khả năng công suất giảm đi rất triệt để và driver tăng sự dao động đột ngột.

Hai thiết kế phổ biến đều gọi chung là scoop (cái xẻng) đi trên hai hình thức hơi khác nhau. Cái khác là thùng loa hướng xạ trực tiếp mà cặp hướng xạ phía sau có horn xếp khá dài trong thùng nhỏ gọn (tương đối) như trong hình 4-D.

Trong số những thiết kế horn tần số thấp hiệu quả và nhỏ gọn hơn sử dụng một driver cone/voice cone, đã sản xuất như trong giáo trình này, phần nào giống với thiết kế thể hiện trong hình 7 chào bán đầu tiên trên thị trường với tên thương mại “Turbobass.” Đây là thiết kế tần số thấp có horn cong được cân bằng trở kháng âm của cả horn lẫn khối lượng không khí bao bọc phía sau nó. Ưu điểm của phương pháp này là cho phép thùng loa tương đối nhỏ, trong khi vẫn cho ra đáp tần thấp tuyệt vời mà không bị khuyết điểm sụt giảm đáp ứng đó quá nhanh do cổng thoát hơi gây ra.

Một phương pháp tiếp cận có hiệu ứng cao cấp và nhỏ gọn và lần đầu tiên có trên thị trường với tên thương mại “Manifold Technology” sử dụng đường dẫn dài gấp trong thùng loa, kết hợp với hướng xạ mặt trước. Thiết kế này sử dụng bốn driver, nó đòi hỏi số lượng power amplifier đáng kể để phát huy tiềm năng của nó tối đa. Khen thưởng, vì nó cho ra tần số cuối thấp (low end) rất lớn trong kích thước tương đối nhỏ.

Chắc chắn hầu hết thiết kế W bins và loa thùng kín đương đại đều có tần số rất thấp hiệu quả nhất, sử dụng tương đối chuẩn, horn tần số thấp được thiết kế tốt, thích nghi với một driver servo-driven độc nhất.

Hình 4

Vài mẫu thiết kế horn gấp tần số thấp cổ điển.Thí dụ A, B, và C thường gọi là W-bins, mặc dù chỉ có B và C thật sự phù hợp với tên chính thức. Thí dụ D, thường gọi là scoop, kết hợp nguyên tắc của horn gấp dài (đối với đáp ứng tần số rất thấp) với một bộ hướng xạ trực tiếp (đối với đáp ứng mở rộng trên 125Hz hay hơn).

Hình 5

Vài thiết kế horn tần số thấp cổ điển.

(A) Altec 816 (mini-voice của nhà hát), kể từ thập niên 1960 và vẫn thường gặp phải trong lĩnh vực này.

(B) JBL 4560, được gọi là loa Bin Perkins;

(C) Forsythe (EAW) 15”

Hình 6

Hai thí dụ về horn double-driver low/low-mid.

(A) Forsythe 15” đôi. Lọai này là một trong những horn LF hai driver di động đầu tiên, có rộng rãi trên thị trường vào đầu thập niên 1970. Trước đó, thiết kế này lớn hơn nhiều (chẳng hạn như Altec A-4 và 815, và JBL 4550) phù hợp cho lắp đặt cố định hơn, và những dạng lớn tương tự như vậy vẫn còn bán trên thị trường hiện nay.

(B) Thiết bị Community Boxer series low-frequency. Thiết bị này đặc biệt thích ứng cho driver 15” hay 18”. Thùng loa kết hợp một horn bằng sợi thủy tinh bên trong vỏ bọc bằng gỗ. Bản thân horn này dần dần thu hẹp từ một họng quanh miệng hình chữ nhật, kết quả là loại thiết kế này gia tăng hiệu suất đáng kể. Độ sâu lớn hơn và độ loe mở rộng hơn đáp ứng với tần số thấp hơn một chút so với thiết kế khác về loại này (xem thêm hình 11).

Hình 7

Horn cong tần số thấp.

(Hình trái) Mặt cắt của horn cong tương tự như thiết kế Turbo-bass ®. (Phải) Một thiết kế cơ bản khác đôi khi còn gọi là xẻng (scoop), có một horn ngắn hơn so với thiết kế thể hiện trong 4-D

Hình 8

Phasing plug (chắn sự định phase)

Loại phasing plug cung cấp sự gắn kết trong sự phát triển mặt sóng ở những tần số cao của giải tần ấn định hoạt động của horn tốt hơn và driver chịu tải tốt hơn.

Horn Mid-range với phasing plug (12”/300mm, 10”/250mm, và 8”/200mm thường sử dụng nhiều kích cỡ driver). Một tiềm năng thương mại khi sử dụng như minh họa ở đây là phát tán ở những tần số cao hơi hẹp của giải tần hoạt động . (B) Hai driver low/low-mid với thiết bị VHF trong phasing plug. Thiết bị high-mid trong hình minh hoạ thường được bao gồm trong thùng loa full-range. Loại thùng loa này sẽ bắt buộc có loa siêu trầm (sub-woofer) để cải tiến mức thấp dưới tầm ảnh hưởng của nó. Những loa siêu trầm nói chung tiếp quản bên dưới điểm crossover 80-160Hz, tùy thuộc vào thiết kế. Một thí dụ tuyệt vời về phương pháp này là loa Community RS-220/660/880 (hơi khác với driver hiển thị ở đây).