Loa và Crossover 5 - Những điều bạn cần biết

Đáp tuyến và năng lượng đầu ra của tần số Mid-/High

(Mid-/High-Frequency Response Curves and Output Capability)

Driver tần số cao thông dụng nhất có kích có họng (throat) sau đây: 1”, 1.4” và 2”, hay 25mm, 35mm, và 50mm.

Driver nén midrange thường có sẵn nhiều thiết kế có họng 1” (25mm), 1.4” (35mm), 2” (50mm), 2,4” (70mm), 3” (75mm) và 4” (100mm).

Giải tần và đáp tuyến khác nhau rất nhiều trong thiết kế của bất kỳ kích cỡ họng trên. Thí dụ, cho dù có sự khác biệt chính giữa driver 1 “và 2” HF, hầu hết đều có thể đạt được tối đa năng lượng output của nó. Giải tần số và đáp tuyến tần số trong driver cũng được thiết kế cố khuynh hướng chủ yếu là chức năng của vật liệu, trong đó có cấu trúc màng loa (diaphragm), cũng như thiết kế của hệ thống treo màng loa.

Có vài khác biệt về đáp tần của những driver có kích thước khác nhau ở giải high end. Thí dụ, họng driver 2” HF tốt (có màng nhôm hay titan), có thể có đáp tần hữu dụng lên đến 16kHz, trong khi loại 1” giống vậy có thể có đáp tần hữu dụng đến 18kHz. Sự khác biệt chính là ở giải tần số, tuy nhiên nó thường giới hạn tần số thấp, nơi driver lớn thường có khả năng thấp hơn 2/3 octave đến một octave. (Nhiều quan điểm khác có liên quan cũng như việc thảo luận kỹ lưỡng về nó cũng sẽ vượt quá phạm vi của giáo trình này. Để cân đối phần này, chúng ta sẽ bỏ qua họng 1” và 2” với màng phenolic chủ yếu cho upper mid-range và ứng dụng. Loại này thường làm việc tốt ở mid-range, nhưng nói chung bị thiếu output HF sạch đáng kể. Trong ứng dụng chất lượng cao quan trọng, driver thuộc loại này thường đòi hỏi thiết bị VHF vào khoảng đâu đó trên 5kHz.. (Thuật ngữ “phenolic” dùng để chỉ cấu trúc màng bằng tổng hợp sợi bọc nhựa, thường có màu nâu).
Kết hợp driver và horn trên cơ sở tùy chỉnh có thể là vấn đề khá phức tạp, đôi khi sở thích cá nhân được xem là quan trọng nhất. Khi horn và driver hoạt động cùng nhau, đặc điểm của cả hai sẽ ảnh hưởng đến tổng thể âm thanh.

Thí dụ, driver có output mạnh khoảng 1.6kHz - 3kHz có thể có âm thanh khủng khiếp trên horn nào cộng hưởng nêu bật giải khó nghe này, nhưng có lẽ chấp nhận được trên horn nào giảm thiểu nó, và ngược lại. (không hiếm khi horn và driver đều có lực mạnh trong giải đã đề cập, cộng thêm độ nhạy của tai trong giải này. Giảm đáp ứng trong giải như vậy bằng EQ là cách thực hiện thông dụng khi gặp phải vấn đề này).

Những giải tần số hiệu quả của driver nói chung cũng phải phù hợp với khả năng của horn để cung cấp mô hình hướng nào làm việc cho ứng dụng. Thí dụ: horn phát xạ trên 6kHz có thể không hữu dụng với driver cung cấp năng lượng cũng mạnh trên 12kHz (trừ khi nó là phương tiện cho ứng dụng chất lượng thấp, cho loa monitor hướng vào một vị trí micro cố định, hay khi nó vượt qua thiết bị VHF trên cao để thích hợp cho việc phát tán mức độ cao).

Tần số crossover an toàn tuyệt đối thấp nhất hầu như luôn là hàm tần số cắt của loa horn, được xác định bằng tỷ lệ loe ra (flare) của horn (kiểm tra thông số kỹ thuật của hãng sản xuất). Tần số crossover tối thiểu này có thể khá cao nếu driver không thiết kế để dùng với tần số thấp như horn. Nhưng không bao giờ được thấp hơn, vì driver sẽ mất âm thanh đệm và rất dễ vượt quá mức giới hạn hoạt động của nó. Độ dốc của crossover cũng đóng vai trò trong tiến trình này. Hầu hết hãng sản xuất đều đề nghị tần số crossover thấp nhất và độ dốc crossover của tần số đó. Độ dốc nên được ghi ra để bảo đảm không có lượng công suất nào chuyển cho driver trong giải thấp hơn tần số cắt.

Hình 17.

Đồ thị đáp tuyến driver HF.

(A) Họng driver 2” điển hình màng bằng nhôm hay titan, trên horn exponential thẳng (như trong hình 12-A), đo trên trục.

(B) Cùng drivor như A, trên horn định hướng không đổi (như trong hình 14), đo trên trục. Lưu ý, vì horn CD có khuynh hướng thiếu đặc tính beaming của horn exponential thẳng, những giải high lăn đi (roll off). Điều này vì nó phớt tán qua góc độ rộng phù hợp hơn. Điều này thường đòi hỏi bù EQ trên khoảng 5kHz hay 6kHz.

(C) Họng driver 1” điển hình với mảng bằng nhôm hay titan, đặt trên một horn exponential thẳng nhỏ gọn (như trong hình 12-B), đo trên trục.

(D) Cùng driver như C, đo được khi gắn vào một horn định hướng lớn không đổi (như trong hình 14). Lưu ý hai điều ở đây: sự thiếu kết quả HF beaming giải high roll off trên trục, vì nó đang phát tán trên một góc độ nhất quán; và đáp tần cũng hơi mạnh hơn trong giải thấp hơn, vì những dự án horn lớn hơn thì tốt hơn,

Nói chung, khả năng xử lý công suất của driver tăng đáng kể khi chuyển điểm crossover thấp lên tần số trên, lên đến khoảng 2 octave trên giới hạn tần số thấp của driver. Điều này là khi driver ở trong giải tần thấp, hạn chế chính là ứng suất cơ khí của màng treo và giới hạn tối đa của nó. Khi loại trừ được nguy cơ chạm vào đáy hay cuộn dây âm thanh (voice coil) nhảy ra khỏi khe hở, sẽ tăng khả năng xử lý công suất lên.

Ngoài khoảng hai octave trên điểm crossover thấp nhất đề nghị cho một driver điển hình hạn chế chính trong việc xử lý công suất có khuynh hướng biến thành công suất tản nhiệt của cuộn dây (coil) mà tự nó có khả năng chịu đựng được. Trong giới hạn này, có thể tăng công suất của một driver lên bằng cách nâng điểm crossover lên thêm, cho phép công suất có sẵn sử dụng trong một giải hẹp và cao hơn, (vì thế cho phép giải đó sẽ bị kích lên để hoạt động hơi cao, nhưng trên một giải tần số hẹp hơn). Hãy đề cập đến kỹ thuật thu hẹp băng thông cho những driver tần số cao đôi khi hữu ích nếu hệ thống cần hơi kéo dài mức độ output tối đa bình thường của nó. Có thể có thỏa hiệp về chất lượng âm thanh và mô hình hướng ở đây, vì điều này đòi hỏi những thiết bị trong giải tần thấp nhất bên cạnh bao gồm một giải cao hơn, có thể vượt quá khả năng của nó. Thí dụ, chúng ta có thể có driver HF có họng 2” điển hình la hét trong khoảng từ 3kHz hay 4kHz lên đến khoảng 10kHz v.v., nhưng nếu sử dụng driver cone 12” trong giải mid, sẽ có một khoảng trống đáng kể thoát ra dưới những điểm crossover, nơi cone 12” không thể bao gồm hiệu quả hoàn toàn, ít nhất là không ở gốc độ off-axis (ngoài trục). (Tương tự như vậy, chúng ta có thể nhận được sản lượng rất cao từ một driver HF có họng 1” điền hình trong giải trên, chẳng hạn như 5kHz hay 7kHz, nhưng những thành phần bên dưới phải có thể bao phủ hiệu quả cho điểm crossover này, nếu không khoảng trống sẽ thoát ra ở những góc off-axis. Hãy nhớ, mô hình của cone driver giữ lại độ hẹp khi tần số cao hơn).

Như đã nêu trước đây, sự khác biệt giữa driver có kích cỡ họng khác nhau, trong khi có liên quan đến tần số nhất định, thường chủ yếu là năng lực sản xuất tối đa. Thí dụ, driver 2” có khuynh hướng xử lý nhiều công suất hơn và thường cũng hơi nhạy (hiệu quả) hơn driver 1”. Từ quan điểm thực tế, sự khác biệt chính giữa cả hai: kích cỡ của màng loa, phần cắm vặn vào, khu vực thoát ra và cổ họng. Những khác biệt riêng về kích cỡ sẽ (giả định có nam châm tương đương mạnh, lớn hơn, màng loa và coil mạnh, chắc hơn) cho phép họng driver 2” cung cấp gần bốn lần so với sản lượng tương đương của driver 1” (hơn 6dB). (Trong thực tế, sự khác biệt này nhỏ hơn 6dB, và cũng phụ thuộc vào tần số. Và khi có thể mong đợi, những driver lớn nói chung có khuynh hướng thực hiện việc tái tạo tần số thấp tốt hơn). Driver 1,4” sẽ nằm ở khoảng giữa hai kích cỡ vừa đề cập đến, cung cấp khoảng hơn một nửa (gần như nhỏ hơn 3dB) kết quả của họng driver 2”, và gần gấp đôi (+3 dB) họng driver 1”.

Còn có yếu tố quan trọng phải làm với kích cỡ họng. Họng tạo ra biến dạng (distortion) ở mức độ cao, một tính năng của áp suất quá độ trong cổ họng, cần thực hiện thỏa hiệp ở giai đoạn thiết kế giữa những loại họng yêu cầu cung cấp sự phát tán tần số rất cao, và kích cỡ họng cần thiết để giảm thiểu sự biến dạng đến mức khả dĩ tốt nhất. Thật thú vị, đây là một trong những khu vực mà họng dạng 2” có thể đưa ra ưu điểm bổ sung, vì biến dạng do họng gia tăng khi họng nhỏ nhưng màng chắn phải tiếp tục cứng và nhẹ, đủ để xử lý giải VHF, bao gồm thêm vài thỏa hiệp kỹ thuật.

Vài hãng sản xuất horn và driver có sự thỏa hiệp này khá tốt trong khi những hãng khác vẫn vật lộn với nó.

Mặc dù đại đa số họng driver 2” vẫn còn kém hiệu quả đáng kể ở khoảng trên 4kHz đến 6kHz. (Hãy nhớ, những thông số kỹ thuật đáp tần đã công bố được đo trên horn exponential có đặc tính beaming đã thảo luận. Nếu chúng ta đặt driver tương tự trên một horn định hướng không đổi, những giải high có khuynh hướng lăn ra ngoài (roll off), vì năng lượng được phân phối trên một góc độ rộng hơn). Điều này có nghĩa chúng ta có quyền lựa chọn. Chúng ta có thể boost EQ trong giải tần nơi hiệu suất rơi xuống (fall off) cho những driver đặc biệt (và/hay cắt EQ trong giải nó có hiệu quả nhất). Đánh đổi là driver hiện đang dùng công suất đầy đủ của nó nhỏ hơn. (Đối với nhiều ứng dụng, việc này là tốt, vì vẫn có khuynh hướng có năng lượng khá mạnh tối đa ngay cả ở 10kHz hay 12kHz cho hầu hết driver 2”. Một tần số 10kHz hợp lý mạnh có thể làm âm thanh vững chắc ngọt ngào, thậm chí ngay cả có đáp ứng cuộn xuống nhanh trên chỗ đó. Nhiều hệ thống chất lượng cao làm việc tuyệt vời với driver 2”, xử lý những giải tần cao nhất của hệ thống). Tuy nhiên, nếu chúng ta muốn sử dụng họng driver 2” để có công suất đầy đủ trong giải mà nó đạt hiệu quả hơn, chúng ta cần thêm một hay nhiều thiết bị VHF. Thông thường, những thiết bị VHF sẽ đi qua giải khoảng 5kHz đến 10KHz, tùy thuộc vào loại và số lượng của thiết bị sử dụng.

Hình 18

Horn CD on và off axis (trong và ngoài trục), có và không có EQ.

Cách sử dụng mức độ crossover output

Kiểm soát mức output trên một crossover điện tử giống như một dạng EQ shelving. Điều này cho phép điều chỉnh để bù đắp gain cho power amplifier khác nhau và độ nhạy thiết bị loa, cũng như để điều chỉnh một hệ thống theo ý thích. Nói chung, ta nên điều chỉnh thô hệ thống với những EQ chính bên ngoài đặt chế độ flat, sau đó dùng EQ để tinh chỉnh hệ thống. Những tần số crossover và đường biểu diễn nói riêng ở đây chỉ để minh hoạ.

Low-to-low-mid crossover point tuned to help protect system from excessively low frequencies.

Cách sử dụng crossover để giảm tần số cực thấp có khả năng gây tổn hại.

Sử dụng crossover điện tử bốn way trên một hệ thống ba way (hay crossover ba way trên hệ thống biamplified) cho phép dùng điểm crossover thấp nhất như một filter high-pass. Ở đây, chính bản thân ba band trên của crossover được dùng đề điều khiển hệ thống ba way. Output low của crossover đơn giản chỉ là không được dùng và output low-mid được dùng để điều khiển woofer. (Những tần số crossover đặc biệt, nói lần nữa, chỉ dùng ở đây cho mục đích minh họa. Sử dụng EQ có bộ lọc high-pass thay đổi được sẽ loại bỏ nhu cầu cần có loại thủ tục này).

Một cách tiếp cận tương tự sẽ cho phép một crossover bốn way dùng trên hệ thống hai way, sử dụng điểm crossover cao nhất để giảm giải tần VHF trên, chẳng hạn như 14kHz,v.v.. (Mặc dù âm nhạc có ít năng lượng trên tần số xấp xỉ này, dư thừa và có thể không nghe được năng lượng từ nhạc cụ điện từ và nguồn khác có thể đôi khi làm thiệt hại driver tần số cao cũng như làm amplifier quá tải).