Trong kỳ này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về những gì xảy ra với ampli trong hai trường hợp xén ngọn tín hiệu: xén ngọn nhẹ và xén ngọn mức trung bình.
Trước hết, chúng ta sẽ cùng xem lại đồ thị về dạng sóng ví dụ ở kỳ trước, khi đầu vào của ampli được thiết lập sao cho xuất hiện biên điện áp (voltage swing) tối đa, nhưng không gây xén ngọn tín hiệu. Điện áp đầu ra của ampli đo được là 11.2V RMS, tương quan mức điện áp đỉnh – trung bình là 8.56dB. Độ khuếch đại tăng thêm 6dB để xuất hiện “xén ngọn nhẹ” và thêm 6dB nữa (tổng cộng 12dB) để xuất hiện “xén ngọn mức trung bình”
Xén ngọn tín hiệu nhẹ
So sánh với đồ thị dạng sóng ví dụ ở kỳ trước, từ đồ thị ở hình trên, có thể thấy xén ngọn tín hiệu diễn ra tương đối nhẹ, đồng thời đỉnh biên độ cũng đã tăng lên. Phổ tổng quát cho thấy mức năng lượng nền (chẳng hạn như tần số vốn không thuộc về tín hiệu đầu vào) đã tăng lên từ 10mV cho đến mức trung bình khoảng 100mV trong phạm vi dưới 20kHz. Điều này không thực sự quan trọng, nhưng cần lưu ý rằng mức đỉnh của tín hiệu đầu vào cao hơn hẳn so với ví dụ trong kỳ trước.
Cụ thể hơn, ta cần chú ý đến các tần số thấp hơn tần số cắt (3kHz) – các đỉnh 400Hz, 1kHz và 2kHz cao hơn nhiều so với ví dụ ở kỳ trước. Mức điện áp đi vào tweeter đã tăng từ 3.7V lên đến 6.4V.
Đồ thị trên thể hiện phổ của tweeter khi xén ngọn tín hiệu nhẹ. Phổ tổng quát cho thấy mức trung bình của tín hiệu và các hài âm cũng có sự tăng nhẹ. Ở mức độ này, chất lượng âm thanh có phần suy giảm một chút, nhưng nếu chỉ nghe qua thì sẽ khó phát hiện.
Điện áp ở tweeter hiện tại là 6.4V RMS, và tổng điện áp của tín hiệu toàn dải là 19.3V. Như vậy, tín hiệu nói chung đã tăng 4.7dB, và đối với tweeter là 4.76dB.
Xén ngọn tín hiệu mức trung bình
Khi độ khuếch đại tăng thêm 6dB nữa, lúc này dạng sóng sẽ bị méo rất rõ, và nếu nhìn vào đường màu xanh (tweeter), có thể thấy có những đoạn tụt đáy rất sâu. Khi tín hiệu nói chung bị xén ngọn, vùng tín hiệu tần số cao sẽ bị mất và thay vào đó là hài âm của dạng sóng bị xén ngọn. Những hài âm đó không thay thế cho các tần số bị mất do xén ngọn tín hiệu.
Biên độ tương ứng của tín hiệu tweeter và tín hiệu toàn dải cho thấy điện áp của tweeter đã lên đến 8.9V, còn điện áp tín hiệu toàn dải là 24.7V. Điều này đồng nghĩa với các dải treble tăng thêm 7.6dB, trong khi tín hiệu toàn dải tăng 6.9dB so với tín hiệu khi chưa bị xén ngọn.
Mức năng lượng giờ đã tăng lên đến mức đáng báo động xuyên suốt toàn dải. Không chỉ các tần số mong muốn có độ khuếch đại lớn hơn mà cả các hài âm của những tần số thấp hơn cũng vậy. Tuy nhiên, nhiễu ồn âm nền của hài âm vẫn thấp hơn mức đỉnh ít nhất 10dB, do đó tác động của hài âm không thực sự quá lớn.
Điều mà chúng ta cần quan tâm là mức tín hiệu của tweeter, khi xén ngọn tín hiệu mức trung bình diễn ra đã tăng thêm 7.6dB. Điều này đồng nghĩa với việc mức năng lượng trung bình mà tweeter đang nhận cao gấp 5 lần so với bình thường. Giả sử tweeter có thể chịu mức năng lượng đỉnh là 15 watt và nhận mức năng lượng trung bình 5 watt từ 1 ampli 100 watt, tăng thêm 7dB sẽ dẫn đến việc mức năng lượng trung bình lên tới 25 watt. Bất cứ tweeter nào cũng sẽ bị cháy khi phải nhận mức năng lượng nói trên.
Ở trong ví dụ này, độ khuếch đại đã tăng lên tổng cộng 12dB từ điều kiện chưa xuất hiện xén ngọn cho đến khi xén ngọn mức trung bình. Độ khuếch đại càng tăng cao, hiện tượng nén năng lượng sẽ càng tệ hơn. Nhìn chung, năng lượng thêm vào cho hài âm không bao giờ vượt quá -7dB, chỉ trừ khi ampli bị quá tải đến độ sóng sine tở thành sóng vuông hoàn toàn. Điều đó đồng nghĩa với việc lúc này độ khuếch đại tăng lên tới 20dB.
Khi âm lượng vượt qua mức 12dB kể từ khi xén ngọn tín hiệu bắt đầu xuất hiện, công suất trung bình đã quá ngưỡng gây nguy hiểm. Lúc này méo tiếng sẽ nghe rất rõ nhưng không đến mức quá bất thường. Ở nhiều buổi tiệc hay trong các buổi phát thanh, rất nhiều hệ thống loa hay công cộng với công suất lớn (10kW hoặc hơn) cũng phải chịu méo, vỡ tiếng đến mức này.
Không nhiều có thể tồn tại được lâu khi phải chịu mức năng lượng chỉ xuất hiện lúc ampli bị quá tải – chúng không được thiết kế để làm điều đó. Driver midrange và woofer ở trong điều kiện này cũng sẽ buộc phải hoạt động vượt quá ngưỡng giới hạn này. Cũng cần lưu ý rằng không chỉ mức năng lượng của các tín hiệu trong giới hạn driver tăng mà các tín hiệu ngoài giới hạn cũng vậy. Tweeter cũng phải chịu mức công suất của các tần số thấp hơn tần số cắt và chỉ riêng điều này cũng có thể làm hỏng tweeter chứ chưa cần phải chờ đến lúc ampli bị quá tải.
Liệu điều này có hư cấu không? Chắc chắn là không. Khi một hệ thống bị quá tải đến mức ngay cả người nghe ít kinh nghiệm cũng nhận ra méo tín hiệu, đó là dấu hiệu cho thấy tín hiệu bị xén ngọn gần với dạng sóng vuông. Lúc này ampli 100 watt sẽ phải tạo ra công suất 200 watt, và driver khi tiếp nhận tín hiệu xén ngọn nặng như vậy cũng rất dễ phải chịu công suất liên tục vượt quá 100 watt.
(Hết kỳ 3)
Đi tìm nguyên nhân cháy loa tweeter (kỳ 1)
Đi tìm nguyên nhân cháy loa tweeter (kỳ 2)
Đi tìm nguyên nhân cháy loa tweeter (kỳ 4)
Các bạn có thể tham khảo các sản phẩm khác tại đây
Nuda – Nối tiếp sự ấn tượng của Viva Master Horn
Nguyễn Hào
