Đi tìm lời giải cho sự ấm áp của ampli đèn

Đi tìm lời giải cho sự ấm áp của ampli đèn

Saturday 24/11/2018 2:51 pm GMT +7

Xem thêm:

Quan điểm ngày nay cho rằng nhiễu là một phần tác động tiêu cực đến âm thanh, thế nhưng không phải ai cũng biết nhiễu là yếu tố quan trọng làm nên chất âm ấm áp của ampli đèn

Đối với các hệ thống âm thanh hi-end, nhiễu ồn thường bị xem là yếu tố phải loại bỏ. Thế nhưng, tái tạo nhiễu chuẩn lại là chìa khóa làm nên chất âm hấp dẫn của ampli đèn. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu tại sao nhiễu lại đóng vai trò quan trọng trong việc làm nên chất âm đèn đặc trưng
Để hiểu được đặc điểm của nhiễu ồn, trước hết chúng ta cần hiểu điều gì làm nên hiện tượng này. Nhiễu ồn trong lĩnh vực âm thanh bị tác động bởi ba yếu tố. Thay vì gọi chung là nhiễu ồn, các yếu tố này rất khác nhau với những đặc điểm riêng biệt, nhưng đều góp phần làm nên đặc điểm của cái gọi là nhiễu ồn.
Yếu tố đầu tiên được gọi là can nhiễu (Interference). Từ Interference có nghĩa là giao thoa hoặc can thiệp, cho thấy bản thân loại nhiễu này vốn không được sinh ra từ ampli đèn mà là từ bên ngoài tác động vào. Can nhiễu có thể xuất hiện từ nhiều nguồn khác nhau, dưới nhiều hình thức khác nhau. Trong cuộc sống hiện đại, thiết bị âm thanh thường bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi các loại can nhiễu như EMI (nhiễu điện từ) và RFI (nhiễu tần số vô tuyến). Nguồn can nhiễu rất đa dạng, từ các thiết bị điện tử, máy móc cho đến hệ thống liên lạc vô tuyến. Tất cả đều sinh ra can nhiễu, ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của hệ thống âm thanh. Để giảm thiểu tác động của can nhiễu, nhà sản xuất sẽ áp dụng những biện pháp ngăn ngừa cho thiết bị, biện pháp ấy có thể nằm trong thiết kế, có thể là vật liệu được sử dụng, hoặc phối hợp giữa cả hai. 
Yếu tố thứ hai là méo tiếng (distortion). Méo tiếng là sản phẩm phụ của hiện tượng phi tuyến tính trong quá trình thiết bị hoạt động, được gán trực tiếp vào tín hiệu âm thanh. Méo tiếng có thể là méo hài tự nhiên, chẳng hạn như bội âm (overtone) của một đoạn âm thanh chuẩn, hoặc hiệu ứng biến điệu (intermodulation effect) – tức nhiều tông âm hòa trộn vào nhau, xen lẫn vào đoạn âm thanh chuẩn. Méo tiếng cũng có thể là méo phi hài, chẳng hạn như hiện tượng xén ngọn (clipping). Hiện tượng clipping chỉ xuất hiện khi ampli không đủ công suất để tái tạo đầy đủ nội dung chi tiết của đoạn nhạc và do đó không thể tái tạo được biên độ âm thanh đúng như mong muốn. Các thiết bị âm thành đều có vùng hoạt động tuyến tính và phi tuyến tính. Nhiệm vụ của kỹ sư thiết kế là mở rộng vùng hoạt động tuyến tính, thiết kế chung quanh khoảng nghe cả về mặt tần số cũng như biên độ, từ đó giảm thiểu tác nhân gây ra méo tiếng.
Yếu tố thứ ba, cũng đồng thời là trọng tâm của bài viết này, gọi là nhiễu nhiệt (thermal noise). Nhiễu nhiệt là một hiện tượng tự nhiên, trong đó nhiệt độ xung quanh làm các hạt electron trong dây dẫn dao động, từ đó gây ra nhiễu điện. Trong thiết kế ampli, nhiễu nhiệt là yếu tố xuất hiện ngay từ ban đầu và được khuếch đại, sau đó được thêm vào trong quá trình khuếch đại tín hiệu. Về bản chất, nhiễu ồn là một biên độ có giá trị rất thấp, các thiết bị có hệ số khuếch đại lớn như phono dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu nhiệt hơn. Nhiễu nhiệt được thể hiện bằng tần số và biên độ, đồng thời là một đặc trưng trong băng thông của ampli. Các ampli cho audiophile có xu hướng băng thông rất rộng, do đó khuếch đại một lượng đáng kể nhiễu nhiệt, tới mức nó có thể ảnh hưởng đến các mức nghe nếu không được điều chỉnh lại thông qua thiết kế của ampli.
Phương trình của nhiễu nhiệt được thể hiện như sau: 

phep tinh

Trong đó V được gọi là điện áp nhiễu (noise voltage), k là hằng số Boltzmann, T là nhiệt độ theo thang Kelvin, B là băng thông theo đơn vị Hz, R là trở kháng ampli.
Nếu như công thức trên dùng để tính nhiễu nhiệt theo điện áp thì công thức tính nhiễu nhiệt theo năng lượng sẽ như sau:

phep tinh 2

Trong đó P được tính bằng đơn vị dBm.

Quay trở lại với nhiễu ồn, đây là một yếu tố quan trọng bởi nó luôn xuất hiện trong quá trình tái tạo âm thanh. Nhiễu ồn là thứ âm thanh ta nghe được giữa các nốt nhạc, là một phần của nền âm thanh. Ampli đèn có một điểm rất đặc biệt, đó là tạo ra thứ nhiễu mà các audiophile hay gọi là sự ấm áp. Người ta cũng thường miêu tả những khoảng cách giữa các nốt nhạc là có nền âm tối và đặc điểm này chính là đặc trưng của quá trình ampli đèn khuếch đại tín hiệu âm thanh cũng như nhiễu.
Nhiễu vốn được sinh ra từ phản ứng nhiệt của các hạt electron bên trong các loại dây dẫn của thiết bị, do đó nó còn là một hiệu ứng điện nhiệt (thermionic) sinh ra điện áp nhiễu (noise voltage) với cường độ rất thấp, gần như không thể đo được. Để đạt được cái gọi là nền âm tối, loại nhiễu này cần phải được tái tạo đúng như cách mà nó được sinh ra. Và ở mặt này, ampli đèn hoạt động rất khác so với ampli bán dẫn.
Bóng đèn  điện tử có khả năng khuếch đại tín hiệu vì nó có tính năng kiểm soát điện nhiệt. Trong quá trình khuếch địa, bóng đèn sẽ điều chỉnh dòng electron chảy từ cathode (dây tóc) đến đĩa đèn (anode) bằng cách áp đặt điện áp kiểm soát lên lưới đèn (cực G). Lưới đèn là một lưới thép nhỏ được đặt giữa dây tóc và đĩa đèn, có nhiệm vụ phản ứng với điện áp áp đặt (impressed voltage), đồng thời không hút dòng điện từ nguồn đầu vào. Như vậy, dòng điện dương cực (plate current) là một đặc trưng của điện áp lưới vì lưới đèn không cần dòng điện từ thiết bị nguồn.
Trên thực tế, một phono preamp với hệ số khuếch đại 65dB sẽ khuếch đại tín hiệu cùng với nhiễu nhiệt mà không làm thay đổi các đặc điểm của nhiễu. Do lưới đèn không hút dòng từ thiết bị nguồn nên nhiễu nhiệt sẽ được tái tạo đúng theo cách mà nó được tạo ra, chuẩn cả về biên độ cũng như tần số. Do đó chúng ta sẽ có được băng thông đầy đủ của nhiễu tự nhiên. Nói một cách ngắn gọn, vì bóng đèn là một thiết bị điện nhiệt và nhiễu là một hiệu ứng điện nhiệt, cho nên ampli đèn sẽ khuếch đại nhiễu theo đúng cách mà nhiễu nhiệt sinh ra.
Đối với ampli bán dẫn, quá trình khuếch đại được thể hiện qua dòng điện truyền giữa emitter (cực phát) và collector (cực thu). Dòng truyền giữa emitter và collector lại bị kiểm soát bởi dòng chuyển tiếp bán dẫn (semiconductor junction current). Sự kiểm soát này vốn không phải là hiệu ứng điện nhiệt mà là hiệu ứng chuyển tiếp (junction effect), kiểm soát bởi dòng điện chứ không phải điện áp. Cần nhớ rằng với hai công thức nêu ở trên trên, nhiễu nhiệt liên quan đến điện áp chứ không phải dòng điện. Trong khi đó, khác biệt giữa ampli bán dẫn và ampli đèn là ampli bán dẫn yêu cầu dòng điện chứ không phải điện áp để tạo nên sự khuếch đại. Vì thế, khi transistor khuếch đại nhiễu, nó sẽ yêu cầu nhiễu tạo ra dòng chuyển tiếp (junction current) trước khi được khuếch đại, từ đó bản chất nhiễu được khuếch đại không còn giữ nguyên về mặt tần số và biên độ nữa. Vì một vài yếu tố của nhiễu tự nhiên bị thay đổi trước khi khuếch đại nên nhiễu sau khuếch đại sẽ khác so với nhiễu gốc ban đầu.
Giải thích như vậy không phải để khẳng định ampli đèn nghe hay hơn bán dẫn hay không, mà là ampli đèn nghe rất khác so với ampli bán dẫn. Sự khác biệt ở đây chính là sự ấm áp – thứ âm thanh xuất hiện giữa các nốt nhạc – hay thực chất chính là nhiễu ồn.
Các đặc tính của nhiễu trong ampli được quyết định bởi các tầng mạch đầu tiên trong chuỗi khuếch đại, vì nhiễu có mức rất thấp và bị tác động bởi hệ số khuếch đại của tầng khuếch đại. Do đó nếu sự ấm áp cũng như nền âm tối của ampli đèn là đặc tính mong muốn thì trong quá trình khuếch đại, nên sử dụng đèn điện tử để khuếch đại đầu tiên. Do đó, có không ít người tin rằng đặc tính của preamp có ảnh hưởng đến chất âm nhiều hơn so với đặc tính của power-amp.
Tổng kết lại, ampli đèn có chất âm khác với ampli bán dẫn vì cách tạo ra nhiễu ở nền âm khác hoàn toàn. Sự ấm áp và âm nền tối xuất hiện là vì đèn khuếch đại vốn là một thiết bị điện nhiệt và có khả năng tạo nhiễu ở nền âm đáng tin cậy hơn so với bán dẫn. Dù mong muốn của nhiều người là tạo ra thiết bị càng gây ít nhiễu càng tốt, nhiễu thực chất vẫn luôn xuất hiện và ảnh hưởng đến âm thanh mà chúng ta nghe được, đồng thời cũng hình thành nên âm thanh giữa các nốt, một nền âm tối, tạo ra một cảm giác ấm áp rất dễ nghe.

Các bạn có thể tham khảo các thông tin khác tại đây

Review Ampli tích hợp Primaluna Prologue Classic

Nguyễn Hào

Từ khóa:

Ampli đèn