Phân tần thụ động – Bí mật ẩn bên trong thùng loa (phần 2)

Trong phần này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về pha cũng như ảnh hưởng của thời gian và độ trễ pha đến thiết kế cho phân tần.

Giải thích thuật ngữ

Đồ hình dưới đây sẽ mô tả một phân tần thụ động hai đường tiếng.

phan tan thu dong

– Lọc thông thấp (đường màu cam – xanh dương – nâu) mô tả các tần số do woofer đảm nhiệm.
– Lọc thông cao (đường màu xanh lá cây) mô tả các dải tần số do tweeter đảm nhiệm.
– Lọc thông dải (đường màu cam) mô tả các dải tần số mà phân tần không can thiệp vào mà để chúng tự do đi qua. Mặc dù không xuất hiện trong đồ hình nhưng trên thực tế vẫn còn một đường lọc thông dải nữa ở bên phía các dải tần số cao.
– Đường suy hao (đường màu xanh dương) mô tả điểm mà hiệu ứng của phân tần bắt đầu phát huy tác dụng. Các dải tần số bắt đầu suy hao từ vị trí này. Hệ số Q đóng vai trò quyết định hình dạng của đường suy hao. Đường suy hao có thể chạy mượt như ở hình trên hoặc có thể tạo thành đỉnh nhỏ nếu Q=1.
– Điểm phân tần (điểm màu vàng): Điểm mà dải tần số cao gặp dải tần số thấp. Lấy ví dụ cụ thể, nếu điểm phân tần là 500Hz thì woofer sẽ xử lý các tần số từ 20Hz đến 500Hz, tweeter xử lý các tần số từ 500Hz đến 20kHz.
– Quãng tám: là khoảng tần số mà điểm kết thúc cao gấp đôi điểm bắt đầu. Chẳng hạn 20Hz – 40Hz là một quãng tám, 40Hz – 80 Hz là một quãng tám….
– Dốc suy hao (đường màu nâu): lượng suy hao ở mỗi quãng tám, bắt đầu từ điểm phân tần. Trong ví dụ của đồ hình, cứ mỗi quãng tám tăng lên thì âm lượng của quãng tám yếu hơn 12dB so với quãng tám trước đó. Chẳng hạn, điểm phân tần là 350Hz. Giả sử woofer có âm lượng 90dB ở tần số 350Hz, do dốc suy hao là 12dB/quãng tám nên ở tần số 700Hz, âm lượng là 78dB, ở tần số 1400Hz giảm còn 66dB.

Điểm phân tần

Đến đây, có thể nhiều người sẽ có thắc mắc về đồ hình trên vì đáp tuyến tần số có vẻ như không phẳng khi xuất hiện đáy ở điểm phân tần. Nhưng trên thực tế, đáp tuyến tần số vẫn sẽ phẳng nếu phân tần được thiết kế chuẩn.
Giả sử woofer có mức âm lượng 90 dB ở tần số 20Hz, tweeter cũng có âm lượng 90dB nhưng ở tần số 4kHz. Tại điểm phân tần 350Hz, woofer sẽ chơi với âm lượng 84dB và tweeter cũng chơi với âm lượng 84dB. Tuy nhiên, mấu chốt nằm ở chỗ cả 2 đều chơi cùng lúc.
Khi hai nguồn âm đều phát ra âm thanh giống nhau, cùng lúc và đồng pha với nhau, âm thanh từ hai nguồn này sẽ kết hợp với nhau và tăng thêm +6dB. Như vậy woofer và tweeter hỗ trợ cho nhau để tạo ra đáp tuyến tần số phẳng tại điểm phân tần. Để chọn đúng dải tần số làm điểm phân tần, pha là yếu tố đóng vai trò quyết định.

Pha

Pha là một yếu tố quan trọng vì khi tăng âm lượng cho driver, chúng sẽ có những phản ứng khác nhau tuỳ thuộc vào pha. Nếu hai driver cùng phát ra âm thanh giống nhau và đồng pha với nhau, chúng sẽ tăng âm lượng thêm +6dB. Thế nhưng chuyện gì sẽ xảy ra nếu các driver này bị lệnh pha?
Âm lượng từ 2 driver sẽ thay đổi dựa vào pha như sau (giả sử cả 2 driver tweeter và woofer đều tạo ra âm thanh 90dB):

– Lệch pha 90°: Khi hai nguồn âm thanh lệch pha 90°, âm thanh mà chúng tạo ra sẽ đem đến cảm giác như hai âm thanh khác nhau. Chúng kết hợp với nhau và tăng thêm +3dB, như vậy tổng cộng là 93dB. Hãy thử tưởng tượng hai người đứng gần nhau và cùng nói với một mức âm lượng, nhưng lại nói hai điều khác nhau, ta sẽ thấy tiếng của họ trở nên lớn hơn bình thường.
– Lệch pha 180°: Khi hai nguồn âm thanh lệch pha 180°, chúng sẽ tự chặn lẫn nhau, như vậy tổng âm lượng sẽ là 0dB. Nếu đảo cực của một driver bị lệch pha, chúng sẽ đồng pha trở lại và lúc này âm lượng tăng +6dB, nâng tổng mức âm lượng lên 96dB.
– Lệch pha 360°: Trường hợp lệch pha 360° cũng giống như đồng pha, lúc này tổng mức âm lượng sẽ tăng +6dB.
Quan hệ giữa pha và loại phân tần

Vì sao quan hệ giữa pha và phân tần lại quan trọng? Vì việc sử dụng loại phân tần khác nhau sẽ dẫn đến quan hệ về pha giữa các driver khác nhau. Chẳng hạn, nếu như driver lệch pha 90°, điểm phân tần cần giảm 3dB. Khi driver woofer và tweeter kết hợp với nhau, chúng sẽ tạo ra đáp tuyến tần số phẳng. Với các pha khác, cách tính toán cũng tương tự như vậy.

Hệ số Q khác nhau và độ dốc suy hao khác nhau cũng dẫn đến đặc tính pha khác nhau:

– Đối với phân tần Butterworth bậc 1 và bậc 3, driver woofer và tweeter cần lệch pha 90°
– Đối với phân tần Linkwitz – Riley, Bessel, Butterworth và Chebyshev bậc 2, driver woofer và tweeter cần lệch pha 180°
– Đối với phân tần Linkwitz – Riley, Bessel, Butterworth và Chebyshev bậc 4, driver woofer và tweeter cần lệch pha 360°

Thời gian và trễ pha

Những thông tin mà chúng ta nói đến ở trên chưa đề cập đến vị trí của driver. Hãy giả sử các driver cùng phát ra âm thanh từ cùng một vị trí. Trường hợp này thực ra xảy ra đối với driver đồng trục bởi tweeter được đặt chính giữa tâm woofer. Với cách này, âm thanh từ hai driver sẽ có cùng trọng tâm âm học (acoustic center). Nhưng trên thực tế, hầu hết woofer sẽ tách rời với tweeter, thông thường sẽ ở trên và woofer ở dưới, giữa hai loa này có một khoảng trống.

Xếp theo chiều dọc

Việc xếp driver theo chiều dọc phát sinh một vài vấn đề. Ở điểm phân tần, đáp tuyến tần số của woofer sẽ chồng lấn lên đáp tuyến tần số của tweeter, từ đó gây ra độ trễ thời gian và méo pha. Để hạn chế vấn đề, cách đơn giản nhất là đặt driver woofer càng gần với tweeter càng tốt. Tuy nhiên, một khi đã biết tần số cắt là gì, bạn sẽ thấy nó có quan hệ rất gắn bó với bước sóng ở dải tần số đó. Hãy đảm bảo khoảng cách giữa hai driver không lớn hơn độ dài của bước sóng.

phan tan thu dong hay

Xếp theo chiều ngang

Một vấn đề khác mà chúng ta cần quan tâm là việc tách driver theo chiều ngang. Trọng tâm âm học của mỗi driver thường được cho là ở giữa cuộn voice coi. Cuộn voice coil được đặt ngay chỗ lắp nam châm. Hãy thử tưởng tượng tweeter nông như thế nào và woofer sâu ra sau, quan trọng nhất là giữa chúng vẫn có khoảng lệch, từ đó tạo ra sự phân tách giữa trọng tâm âm học của woofer với trọng tâm âm học của tweeter. Mặc dù tweeter và woofer cùng được đặt ở vách mặt trước của loa, tweeter trên thực tế vẫn ở phía trước trong khi woofer ở đằng sau. Để giải quyết vấn đề, có thể sử dụng thùng loa mặt bất đối xứng để đặt tweeter hơi lùi ra đằng sau, như vậy cuộn voice coil của tweeter cũng ở trên cùng một mặt phẳng với voice coil của woofer.

phan tan thu dong chat

Khi thiết kế phân tần, vị trí và cách xếp driver cần được tính toán vì chúng có tác động không nhỏ đến phân tần. Hay nói cách khác, người thiết kế không nên bỏ qua các yếu tố vị trí driver và ảnh hưởng của pha của chúng.

(Hết phần 2)

Xem:

Phân tần thụ động – Bí mật ẩn bên trong thùng loa (phần 1)

Phân tần thụ động – Bí mật ẩn bên trong thùng loa (phần 2)

Các bạn có thể tham khảo các sản phẩm khác tại đây

Top 6 đầu đĩa than hiend đáng mua nhất do tạp chí Whathifi bình chọn

Nguyễn Hào