Cân pha giữa loa subwoofer và loa mid by Phạm Thanh Sơn

Cân pha giữa loa subwoofer và loa mid-high By: Phạm Thanh Sơn (Sonkeyboard)

Phần 1

Một ví dụ đơn giản để chúng ta thấy hiệu quả của việc cân pha: khi tăng gấp đôi công suất vào loa thì thông thường chúng ta tăng thêm 3dB áp lực. Nhưng vẫn ở công suất đó ta thực hiện cân pha thì áp lực âm thanh sẽ tăng thêm 3dB nữa. Nghĩa là khi 2 nguồn âm cùng pha thì áp lực âm thanh tăng 6dB thay vì tăng 3dB như lúc chưa cân pha! Tăng 6dB tương đương với 2 lần tăng gấp đôi công suất. Một con số vô cùng ấn tượng. Nếu hệ thống của bạn có cả subwoofer thì việc cân pha lại càng đòi hỏi phải thực hiện hơn bao giờ hết. Chắc hẳn bạn đôi lúc cũng tự phàn nàn rằng vẫn hệ thống như thế, vẫn bấy nhiêu thiết bị như thế, vẫn những nghệ sĩ biểu diễn như thế… vậy mà bạn lắp âm thanh ở hội trường A thì nghe ổn nhưng sang hội trường B thì lại rất dở. Có rất nhiều nguyên nhân gây ra điều này, một trong số đó là hệ thống của bạn bị lệch pha quá nhiều. Các nguồn âm bị triệt tiêu nhau ở nhiều tần số trong đó đặc biệt tập trung tại khu vực giao thoa tần số giữa loa subwoofer và loa mid-high. Giả sử bạn chia tần số cho loa subwoofer từ khoảng 30Hz đến 85Hz (highpass 30Hz, lowpass 85Hz); midhigh bạn lấy từ 50Hz đến 20kHz. Như vậy khoảng giao thoa sẽ là 50Hz – 85Hz. Nếu khoảng giao thoa này bị lệch pha thì sẽ bị triệt tiêu, âm trầm không có lực mà việc lệch pha thì thường xuyên xảy ra nếu bạn không thực hiện cân pha. Bằng tai thường thì ta cũng chỉ cảm nhận hệ thống “không mạnh”; “không có lực”, hoặc “nghe không hay” chứ rất khó để xác định loa nào lệch với loa nào và lệch bao nhiêu độ…

ProVietnam.vn trân trọng giới thiệu đến bạn đọc kỹ thuật cân pha thông qua bài viết của Kỹ sư Âm thanh hàng đầu thế giới Joan La Roda, hiện đang làm việc cho hãng D.A.S. Audio, trụ sở tại Valencia, Tây Ban Nha. CÂN PHA GIỮA LOA SUBWOOFER VÀ LOA MID-HIGH Giới thiệu FFT dựa trên trường hệ thống đo lường đã giúp chúng tôi thực hiện việc cân pha cho các hệ thống cài đặt cố định cũng như các sự kiện trực tiếp, nơi mà mỗi địa điểm lại đòi hỏi cách tiếp cận khác nhau. Điều này đặc biệt quan trọng, khi các thùng loa mid-high thường treo cao trong khi loa subwoofer vẫn đặt dưới đất, có nghĩa là sự khác biệt về pha tại vị trí người nghe rất đáng kể. Với sự quan tâm đến chủ đề này, và việc nâng cao vượt trội mà nó có thể mang lại cho một hệ thống, nó có vẻ như là một ý tưởng hay để viết một bài mô tả về quá trình đo đạc từng bước. Tuy nhiên, trước khi làm điều đó chúng ta hãy lướt qua các khái niệm về pha. Cực và pha Cực chỉ có hai giá trị: dương và âm. Cực không thay đổi với tần số và có thể vô tình bị đảo cực khi dây loa kết nối sai cách, hoặc khi dây tín hiệu bị sửa chữa và nhầm lẫn giữa chân 2 và chân 3, hoặc khi một kênh bị đảo cực do thiết đặt sai trong thiết bị xử lý tín hiệu. Một cách khác về sự đảo cực là bộ lọc phân tần thụ động được sử dụng. Pha có thể có bất cứ giá trị nào tính bằng độ: những giá trị liên tục. Để tìm ra đáp tuyến của pha cho loa, chúng ta cần phải đo. Xuyên suốt bài viết này, chúng ta sẽ thực hiện việc đo bằng phần mềm SATlive. Những đường cong của pha được thể hiện tại phần dưới của giao diện, trong khi cường độ đáp tuyến tần số sẽ hiển thị ở phía trên. Hình 1 cho thấy đáp tuyến pha tiêu chuẩn của subwoofer là màu xanh lam với cực đảo ngược màu xanh lá. Sự thay đổi 180 độ có thể được nhìn thấy rõ nét ở tất cả các tần số.

Hình 1 – So sánh đường cong của 2 pha với 1 pha đảo cực Chạy một pha trong hệ thống của bạn và lưu lại để tham chiếu và có thể hữu ích cho sự kiểm tra cực đúng cho việc căn chỉnh sau này. Khi chúng ta chỉ tìm một sự so sánh thì bất cứ vị trí đo nào mà có thể lặp lại được dễ dàng là đủ. Ví dụ, microphone có thể được đặt trực tiếp phía trước loa, ở trung tâm, rất gần lưới.

Điều này cung cấp một vị trí đo lường dễ dàng lặp lại và là một vị trí đo sạch mà không bị ảnh hưởng bởi tạp âm từ môi trường. Điều gì làm cho pha khác nhau? Bất kỳ sự thay đổi về biên độ đáp tuyến tần số của một hệ thống sẽ ảnh hưởng đến đáp tuyến của pha. Ví dụ, các đường cong của pha thay đổi khi sự cân bằng được thêm vào. Hình 2 cho thấy kết quả của việc thêm một bộ lọc dạng chuông tại 5.04kHz, với độ rộng 0.42 Oct và tăng gain lên +10dB đưa vào dải tần số cao trong thiết bị xử lý. Pha tăng lên ngay trước khi tần số trung tâm và giảm ngay sau đó.

Hình 2, đường màu xanh lá cho biết ảnh hưởng của bộ lọc dạng chuông lên đáp tuyến của pha a) Khi việc cân bằng làm ảnh hưởng đến đáp tuyến của pha, các đường ra sẽ không bao giờ nên thêm EQ khi pha đã được cân xong, đặc biệt là xung quanh tần số giao thoa. Nếu không chúng ta sẽ thay đổi pha của đường ra đã được cân bằng, do đó ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa các đáp tuyến của pha, đó là những gì chúng ta đang cố gắng điều chỉnh bằng cách thêm các giá trị delay. Thêm EQ đường vào (trong thiết bị xử lý hoặc trên Graphic EQ hoặc trên bàn trộn) sẽ không ảnh hưởng đến việc cân pha, khi nó diễn ra trước crossover. b) Thêm delay cho một băng tần, hoặc về mặt vật lý di dời nó ngược trở lại (chẳng hạn việc di chuyển loa subwoofer ra khỏi micro đo) sẽ có hiệu quả tương tự đối với đáp tuyến của pha. Hình 3 cho thấy đáp tuyến của pha ảnh hưởng bằng cách thêm delay vào thùng loa mid-high. Đường màu xanh lam tương ứng với loa mid-high trước khi được thêm delay, trong khi đường màu xanh lá là kết quả của của việc thêm vào 0.0313ms (Δτφ= 0.0313ms). Pha tăng (Δφº) có thể được tính toán từ phương trình Δφº = 360f * Δτφ. Có thể nhìn thấy một cách rõ ràng sự thay đổi các pha khác nhau với tần số và như là một chức năng của số lượng delay đã được thêm vào. Khi delay được thêm vào tất cả băng tần, pha tăng lên sẽ làm cho các tần số càng cao càng lớn hơn, nói cách khác là so với chu kỳ của tần số thấp hơn. Hình 3 cho thấy rằng pha khác nhau giữa các nét chụp sẽ trở nên lớn hơn khi tần số tăng lên.

Hình 3. Khi thêm delay vào một băng tần, ảnh hưởng trên đáp tuyến pha sẽ lớn hơn ở các tần số cao hơn, khu vực delay được thêm sẽ thể hiện cho tỉ lệ phần trăm lớn hơn của chu kỳ so với các tần số thấp. Vấn đề tương tự diễn ra với subwoofer, đường xanh lam trong Hình 4 thể hiện cho đáp tuyến pha của một subwoofer kép 18″, trong khi màu xanh lá cho thấy ảnh hưởng của việc dịch chuyển lùi lại 1.7 m về mặt vật lý. Delay (trong trường hợp này là vật lý) làm tăng độ dốc đường cong của pha thông qua băng tần. Một lần nữa, hiệu ứng tăng lên với tần số.

Hình 4. Di chuyển một nguồn âm về phía sau vị trí ban đầu sẽ có hiệu ứng tương tự như việc thêm delay. Đường màu xanh lam tương ứng với vị trí ban đầu, trong khi đường màu xanh lá thể hiện đường cong pha của một subwoofer khi được chuyển lùi lại phía sau 1.7 m. c) Nếu kiểu bộ lọc crossover được thay đổi, pha cũng sẽ thay đổi theo, khi các kiểu bộ lọc khác nhau, độ dốc tương ứng của chúng cũng khác nhau, sẽ có ảnh hưởng riêng lên pha. Hình 5 cho biết đáp tuyến của bộ lọc thông trầm Linkwitz-Riley 24dB/oct cũng như một Bessel với tần số cut-off giống hệt nhau.

Hình 5. Nếu kiểu bộ lọc thay đổi trong bộ xử lý, biên độ cũng như đáp tuyến tần số pha cũng thay đổi. Hình trên cho thấy ảnh hưởng của bộ lọc thông trầm L-R 24dB/oct (đường màu xanh lam) và bộ lọc Bessel 24dB/oct, cả hai có cùng tần số cut-off (1410 Hz). Phần 2 Việc cân pha nghĩa là gì? Những gì sau khi cộng hưởng giữa loa subwoofer và loa mid-high là kết quả có thể đạt được tối đa về mức áp lực âm thanh, nghĩa là không bị triệt tiêu (một phần hoặc hoàn toàn) tại khu vực giao nhau. Để thực hiện được mục tiêu đó chúng ta cần phải có được dấu vết của pha chồng lên nhau. Thỉnh thoảng chúng ta đạt được sự chồng chéo hoàn chỉnh, trong khi lúc khác chúng ta sẽ không, như chúng ta sẽ thấy trong các ví dụ, nhưng thông thường sẽ là một sự cải thiện khi so sánh với hệ thống mà không được cân pha. Một biên độ đáp tuyến tần số đo đạc cuối cùng sẽ luôn luôn được yêu cầu sau khi delay được áp dụng, do đó sự cải thiện có thể được đối chiếu lại đường cong của hệ thống chưa có delay. Khi việc khớp các đường cong không hoàn thành với việc chỉ sử dụng bằng delay, chúng ta có thể cải thiện kết quả nếu bộ xử lý của chúng ta cung cấp các bộ lọc pha. Để đơn giản hóa sự hiểu biết về kỹ thuật này, tuy nhiên, các ví dụ sẽ chỉ sử dụng delay. Đường cong gắn kết Đường cong gắn kết dựa trên hệ thống đo lường FFT (Fast Fourier Transform – một thuật toán phức tạp, một phép biến đổi nhanh của nhà toán học, vật lý người Pháp, Fourier) cung cấp chỉ ra xác suất của phép đo lường là đáng tin cậy. Nó rất phổ biến để tìm ra đường cong gắn kết (trong dải từ 0 đến 1 hoặc từ 0% đến 100%), phụ thuộc vào hệ thống đo lường) với giá trị thấp trong một phần của phổ. Chúng ta không nên tin tưởng vào cường độ hay các đáp tuyến tần số pha cho từng băng tần cho mỗi hệ thống đo lường của chúng ta cho thấy sự gắn kết thấp. Có hai lý do chính cho việc gắn kết nghèo nàn: 1/ Tín hiệu tham chiếu đồng bộ với tín hiệu đo một cách tồi tệ. Chúng ta có thể kiểm tra điều này một cách dễ dàng nếu chúng ta bắt đầu một phép đo mà không có tín hiệu đo đồng bộ đầu tiên bằng cách sử dụng chức năng “Delay Finder” trên SATLive hoặc chức năng tương

đương trong các hệ thống khác. Trong trường hợp này nó sẽ được nhìn thấy rằng sự gắn kết cho các tần số cao là rất thấp, như trong hình 6.

Hình 6. Quy mô đường gắn kết của SATLive có thể được nhìn thấy từ phía bên tay phải, dải từ 0 đến 1. Dấu vết sự gắn kết của đường cong đã được lưu lại và được đọc với tiện ích Trace Manager, và được thể hiện như một dấu vết màu xanh lam mỏng hơn. 2/ Những phản xạ Những điều này sẽ gây ra sự gắn kết trong một số băng tần thấp. Chúng ta không nên tin tưởng vào những phép đo tại những băng tần đó. Nếu chúng ta vẫn quan tâm đến việc đo một phần của phổ tần đó mà có sự gắn kết nghèo nàn, chúng ta có thể thay đổi vị trí đặt micro. Khi chuẩn bị điều chỉnh pha, chúng ta nên kiểm tra sự gắn kết để biết những phần nào trong phép đo là tin cậy và những phần bị ô nhiễm bởi các phản xạ, vang dội, v.v… Ví dụ 1: “Thu nhỏ lại các phép đo: subwoofer và mid-high chia sẻ một băng tần” Trước khi thực hiện những điều chỉnh cho lần đầu tiên tại một tình huống thực ngoài đời, nơi mà có thể luôn không đủ thời gian và những điều kiện khác xa so với lý tưởng, thu nhỏ các phép đo có thể thuận tiện để đạt được một số quy trình thực hành. Chúng tôi sẽ giả định rằng bạn đã biết cách sử dụng các chức năng chuyển giao của các phép đo với các hệ thống đo lường mà bạn đang sử dụng, và rằng bạn đã có đủ các thiết bị cần thiết. Để đồng bộ hóa tín hiệu tham chiếu với tín hiệu đo lường, chúng ta cần phải đo đáp ứng xung của hệ thống, mà tốt hơn là thu được từ các băng tần cao, và do đó chúng ta sẽ luôn luôn sử dụng thùng loa mid-high cho việc đồng bộ. Sẽ có đôi lần chúng ta sẽ cần chuyển các loa subwoofer ra phía sau bằng cách thêm delay, và cũng có những lần chúng ta sẽ phải dịch chuyển chúng “về phía trước” với “delay âm”. Khi điều đó không tồn tại, chúng ta sẽ thêm thời gian delay ngay từ đầu như nhau cho tất cả các nhóm, vì vậy chúng ta sẽ có thể thêm hoặc bớt delay từ thời gian delay ban đầu của subwoofer. Đến khi hệ thống đã được diều chỉnh, chúng ta sẽ loại bỏ được delay quá mức, như sẽ thấy trong các ví dụ.

Bây giờ chúng ta sẽ thu nhỏ phép đo của loa subwoofer 18″ và một thùng loa mid-high. Loa subwoofer cắt bỏ các tần số trong hệ thống thực tế sẽ là: HPF LR24dB/Oct, 30Hz LPF LR24dB/Oct, 85Hz Loa mid-high trong thực tế sẽ là: HPF LR24dB/Oct, 50Hz LPF LR24dB/Oct, 20KHz Chúng ta sẽ sử dụng hai loa 4″ để làm các bước thực hành điều chỉnh pha. Vì là loa 4″ cho việc vận hành âm thanh giống thực tế, hệ thống quy mô đầy đủ, chúng ta sẽ cần thu nhỏ việc chia tần số. Để làm điều đó, chúng ta sẽ nhân các tần số cắt của hệ thống thực bằng tỉ lệ thực cho thùng loa thu nhỏ, có nghĩa là, chúng ta sẽ nhân tần số cắt với thương số của phép chia 18”/4” = 4.5. Do đó các tần số cắt cho các phép đo thu nhỏ sẽ được nhập vào thiết bị xử lý cho hệ thống 4″, sẽ là như sau: Tần số cắt thu nhỏ của hệ thống subwoofer sẽ là: HPF LR24dB/Oct, 30Hz x 4.5 = 135Hz LPF LR24dB/Oct, 85Hz x 4.5 = 382Hz Tần số cắt thu nhỏ của hệ thống mid-high sẽ là: HPF LR24dB/Oct, 50Hz x 4.5 = 225Hz LPF LR24dB/Oct, 20KHz Chúng ta sẽ giữ bộ lọc thông cao của hệ thống mid-high là 20kHz. Nếu không chúng ta sẽ có dải tần siêu âm. Chúng ta sẽ sử dụng thùng loa D.A.S. Arco 4 như là subwoofer, đặt nằm ở cạnh của nó. Thùng loa được dùng như mid-high cũng là D.A.S. Arco 4, được đặt lên cao hơn một chút, và khoảng 15 cm (6″) phía sau thùng subwoofer, như thể hiện trong hình 7. Micro được đặt trên mặt đất tại vị trí cách loa subwoofer mô phỏng 90 cm.

Hình 7. Mô phỏng thiết lập hệ thống trong phép đo lường thu nhỏ dùng trong các ví dụ 1 và 2 Để dễ dàng nhận thấy sự khác biệt giữa các pha đã được nắn và chưa được nắn, thiết lập các mức âm của mid-high và subwoofer trong cùng băng tần được chia sẻ, 225Hz đến 382Hz trong các bài tập của chúng ta được khuyến nghị. Có 11 bước để thực hiện việc đo đạc này. Chúng ta sẽ tìm hiểu các bước đó trong Phần 3.