Hướng tính – Từ lý thuyết đến tầm quan trọng (phần 1)

Hướng tính – Từ lý thuyết đến tầm quan trọng (phần 1)

Monday 20/05/2019 2:44 pm GMT +7

Xem thêm:

Ống dẫn sóng đóng vai trò khá lớn lao trong thiết kế loa. Từ những họng kèn cho đến thấu kính âm học, tất cả đều là ống dẫn sóng, cho thấy tầm quan trọng của chi tiết này.

Trong lịch sử của home audio, kể từ khi Acoustic Research cho ra mắt mẫu loa AR-3 cho đến nay, có một thiết kế đã trở thành chủ đạo cho đến tận ngày nay. Đó là những chiếc loa với thùng loa hình hộp, có mặt trước phẳng, sử dụng driver midwoofer màng nón (hoặc tách ra thành hai driver riêng, một driver xử lý dải trung trong khi driver còn lại xử lý dải trầm) cùng với driver tweeter màng vòm. Hệ treo âm học của thùng loa là một phát minh vĩ đại bởi nó có thể giúp mở rộng các dải trầm với âm thanh cực kỳ chi tiết, rõ ràng, trong khi thùng loa có kích thước khá nhỏ. Khả năng này sẽ còn cao cấp hơn nếu sử dụng đúng loại driver phù hợp.
Từ đó đến nay, phần lớn thiết kế loa đều có chung công thức này – một loạt các driver không đồng trục được xếp trên cùng một bề mặt. Bề mặt này (thường là dọc, đôi khi nghiêng đổ về một phía) được gọi là mặt trước loa. Loạt bài viết này sẽ nghiên cứu về một trong những vấn đề thường xuất hiện ở thiết kế loa này, bất kể dù loa có ở phân khúc giá nào, vì sao vấn đề đó lại làm ảnh hưởng đến chất âm và một vài cách được áp dụng để xử lý hiện tượng.

Yếu tố mà chúng ta cần nghiên cứu ở đây là “hướng tính”. Trong âm thanh, hướng tính có thể hiểu là các đặc tính về hướng của âm thanh từ loa, chẳng hạn như góc toả âm thanh của loa rộng hay hẹp, về những hướng nào đối với một dải tần số nhất định.
Khi hiểu về định nghĩa đó, người đọc cũng ngầm hiểu rằng hướng tính của loa là thước đo góc toả âm của loa dựa trên dải tần số. Ở những cặp loa có mặt trước (mặt lắp driver) phẳng, đặc điểm hướng tính thường bị tác động từ nhiều yếu tố, đặc biệt là ở quanh vị trí điểm phân tần giữa các driver.
Về cơ bản, chúng ta có thể đo được âm thanh phát ra từ loa ở một góc nhất định. Một bản đồ phân cực (polar map) sẽ thể hiện đồ thị của âm thanh phát ra trong một phạm vi các góc nhất định (thường là trong mặt phẳng ngang vì lỗi hướng tính theo phương ngang sẽ dễ nghe thấy hơn) và được đánh dấu bằng những mã màu riêng. Mỗi màu liên quan đến một độ lệch khác nhau ở âm thanh đầu ra, có thể là từ tín hiệu nguồn (chênh lệch tuyệt đối trong năng lượng âm) hoặc được chuẩn hóa thành âm thanh đầu ra ở một góc nhất định (chênh lệch tương đối trong năng lượng âm).

huong tinh

Bảng màu ở trên là bản đồ phân cực của driver SEAS Loki. Driver này thực chất là driver đồng trục, không gặp phải vấn đề lệch hướng tính thường gặp ở loa có mặt trước phẳng, sử dụng nhiều driver không đồng trục. Tuy nhiên, bản đồ phân cực ở trên lại có hình dạng giống như hướng tính bị lệch (hướng tính lệch sẽ có hình dạng giống đồng hồ cát) bởi phân cực âm thanh đầu ra ở đây được tính trong điều kiện chênh lệch tuyệt đối chứ không phải tương đối, do đó sẽ có một đáy rất sâu hiện ra ở điểm phân tần. Nếu như bản đồ này được vẽ với điều kiện chênh lệch tương đối, hình dáng đồng hồ cát sẽ biến mất vì đáy sẽ bị kéo dãn (chính xác hơn, được thể hiện) trên một khoảng góc rộng vì lệch góc toả âm ít hơn.
Nguyên nhân của hiện tượng lệch hướng tính (directivity mismatch) là sự tạo tia (beaming). Chúng ta đều biết rằng bước sóng càng dài thì tần số càng thấp và ngược lại. Khi một driver phải tái tạo âm thanh ở tần số có độ dài bước sóng lớn hơn đường kính màng loa, driver sẽ phát ra âm thanh một cách dễ dàng và lan toả âm thanh với một góc khá rộng. Nhưng nếu phải tái tạo âm thanh với bước sóng ngắn hơn đường kính driver, driver sẽ không còn di chuyển theo quỹ đạo hình piston nữa mà bắt đầu bị uốn cong để tạo ra các âm thanh tần số cao. Hơn nữa, ở những điểm khác nhau trên driver, độ dài của quỹ đạo âm thanh phát đi cũng sẽ khác nhau. Trong trường hợp driver bị uốn cong như vậy, sự khác biệt này sẽ có ảnh hưởng quan trọng đến bước sóng, đồng thời, khi đủ số lượng đảo pha, hiện tượng chặn âm cũng sẽ xuất hiện.

Đường kính driverGiới hạn tần số trước khi
xuất hiện sự tạo tia
18"903
15"1052
12"1335
10"1658
8"2105
6.5"2672
5"3316
4"4224
3"5381
2"6840
1"13680

Góc toả âm ở tần số cao sẽ bị thu hẹp vì driver khi bị uốn cong sẽ khiến âm thanh đầu ra ở các góc cạnh rìa driver suy hao nghiêm trọng do tín hiệu bị lệch pha và chặn lẫn nhau (cũng cần lưu ý rằng một vài chỗ trên màng nón sẽ uốn vào trong, trong khi những chỗ khác uốn ra ngoài).
Điều quan trọng cần lưu ý ở đây là góc toả âm đã bị thu hẹp lại.
Từ bảng trên có thể thấy để một driver có thể đánh toàn bộ dải âm mà không làm biến dạng driver là điều bất khả thi. Giải pháp ở đây là phân cách dải tần số để một driver nhỏ hơn xử lý các dải âm cao vì hiện tượng tạo tia ở driver đó sẽ thấp hơn do đường kính ngắn hơn. Thực ra, driver đó vẫn sẽ phát âm thanh dưới dạng chùm tia, nhưng hiện tượng đó chỉ có ở những dải tần số cao hơn nhiều, có hàm lượng nội dung ít hơn và tai người nghe cũng kém nhạy cảm hơn. Tuy nhiên, sự chênh lệch lớn về kích thước của hai driver cho thấy các driver midrange / woofer đã xuất hiện hiện tượng tạo tia do chơi một dải tần số khá cao trước khi driver tweeter chính thức đảm nhận dải tần số đó.

huong tinh chat

Nếu nhìn trên biểu đồ phân tần, có thể thấy có sự chồng lấn dải âm của các driver với nhau, dù rằng sự chồng lấn ấy vẫn có suy hao khá rõ ràng
Vậy, lệch hướng tính có ý nghĩa như thế nào? Điều đó có nghĩa là loa có thể có âm thanh mang tính chính xác cao, mượt mà, dễ nghe khi chúng ta ngồi đúng hướng đối diện với loa, nhưng nếu lệch sang một bên, một vài tần số âm thanh mà ta nghe được sẽ xuất hiện “đáy” (quá nhỏ) hoặc “đỉnh” (quá to) so với âm thanh nghe từ hướng chính diện.

(Hết kỳ 1)

Xem:

Hướng tính – Từ lý thuyết đến tầm quan trọng (phần 1)

Hướng tính – Từ lý thuyết đến tầm quan trọng (phần 2)

Nguyễn Hào

Từ khóa:

Tin liên quan