Cơ sở lý thuyết của phối ghép, chế tạo audio.

Chủ đề này em muốn chia sẻ với các bác một chút kiến thức, những cơ sở lý thuyết khoa học cơ bản nhất. (Mà thực sự e cũng chưa nắm sâu sắc được). Hy vọng có thể giúp gì đó cho các bác trong quá trình phối ghép, làm sáng tỏ một số "Bí hiểm, bí quyết" hoặc chế tạo lắp ráp thiết bị audio.
Kiến thức em còn hạn hẹp, mong các cụ góp ý. Để chúng ta có thể được thưởng thức những bản nhạc trọn vẹn hơn.
Em sẽ cố gắng trình bày đơn giản nhất có thể.
Để có trật tự em trình bày một ít cơ sở lý thuyết khô khan trước. Vì mọi thứ sau này đều dựa vào các nguyên tắc đó, là cơ sở.
.... Phối ghép, chế tạo thiết bị audio không thể chỉ là kiến thức điện đóm thông thường. Phục vụ nghệ thuật mà các cụ.

 

1. Khổ vì tai
Âm nhạc cũng là âm thanh, là âm thanh có nhịp điệu qui luật, tác động lên hệ thần kinh qua tai là cơ quan thính giác. Cùng một âm thanh nhưng có thể tác động tích cực (Sướng) hoặc tiêu cực (Nhức đầu). Sướng hay nhức đầu tuỳ thuộc vào tâm trạng, thời gian, sở thích, tuổi tác, đặc điểm cơ thể tâm sinh lý...vv. Vậy mới có câu, nghe là nghe cho tai mình ko phải tai vợ chú hàng xóm. Tai tôi khác tai anh, anh không thích giống tôi. Cảm nhận âm thanh thuộc phạm trù chủ quan.
Âm nhạc là hoàn toàn khách quan đối với nhận thức của riêng 1 người. Vậy nên ca sỹ này lại là thần tượng với nhóm nghe kia, nhưng là rác với nhóm nghe này. Không thích nghe không phải vì họ hát không hay.
Nhưng dù thế giới có 100 tỉ người chăng nữa, thì quá trình nhận thức âm nhạc vẫn có 1 mẫu số chung. Không ai coi tiếng ồn ở chợ là nhạc cả, không cụ nào lại không thích nghe một cô xinh tươi nói ngọt như đèn êm ả rót vào tai.
Tuy rắm rối, nhưng quá trình nhận thức âm nhạc đều tuân theo một mẫu số chung. Đó là qui luật của tự nhiên và nhận thức, dù nghe gì cũng trên các qui luật này.
Ví dụ cảm giác nghe ấm, lạnh, chói, tiến lùi, phẳng, động.... mọi người đều nhận thức như nhau. Cái khác nhau là ý thích riêng cá nhân mà thôi.

 

2. Đặc điểm của sóng âm và tác động tâm lý
Như em đã nói ở trên cảm thụ âm thanh nói riêng và âm nhạc nói chung đều có một mẫu số chung. Mẫu số chung này là cơ sở cho mọi vấn đề.
Nhiều cụ biết rồi nhưng e cũng nêu ra cho có hệ thống cho các cụ chưa biết. Cùng 1 nốt la nhưng tại sao các nhạc cụ khác nhau nghe khác nhau, thậm trí cùng loại nhạc cụ cũng nghe khác nhau. Tần số cơ bản 440 HZ là như nhau, được biểu thị bằng cột cao nhất ở bên trái. Các cột bên phải là hoạ âm có tần số là bội lần tần số cơ bản. Nhân số lần chẵn 2,4,6... của 440 được gọi là hài âm chẵn, nhân số lần lẻ 3,5,7...gọi là hài âm lẻ.
Sự khác nhau về mức độ và cấu trúc của tần số hài âm (Biểu thị ở các cột bên phải) giúp thính giác phân biệt được âm thanh và các nhạc cụ khác nhau.
Một tiếng trầm các cụ nghe được không phải âm thanh nó phát ra chỉ từ loa trầm đâu, mà hài âm của nó có thể đến dãi tần số rất cao. Thậm trí không nghe được. Nếu chỉ mình loa trầm không có loa khác chỉ nghe được tiếng trầm cụt lủn, không có độ phân dã ngân vang.
(Hình em ngại vẽ, lấy mạng luôn)
Đặc biệt như kèn OBOE, hoạ âm bậc 2 tần số 880HZ có mức độ lớn hơn cả tần số cơ bản 440HZ.

 

3. Các kiểu biến dạng âm thanh
Âm thanh thu được và âm thanh tái tạo luôn luôn không giống nhau. Nó bị méo mó khiến cho âm thanh tái tạo nghe không giống như ban đầu, làm thay đổi hình dạng tín hiệu ban đầu. Méo có thể thêm vào hoặc làm mất đi một số tần số gốc, hoặc thay đổi biên độ thay đổi pha.
Biến dạng tuyến tính:
Nói đơn giản nó giống như tăng giảm volume hoặc điều chỉnh núm vặn loa trung loa trép. Chỉ ảnh hưởng đến cường độ chứ không ảnh hưởng bản chất. Không có sóng hài nào được thêm vào.
Biến dạng phi tuyến:
Thêm vào hoặc làm mất đi các tần số.
Biến dạng pha:
Thay đổi thời gian lẽ ra âm thanh nào đó phải đến tai, nó làm âm thanh đến chậm hoặc sớm.
Biến dạng xuyên điều chế:
Thêm các tần số không theo qui luật âm nhạc, tần số giữa các nốt nhạc.
Nhiễu ồn:
Nhiễu không theo qui luật thêm vào tín hiệu gốc gọi là tiếng ồn, tiếng ồn có tác động đến độ méo và bản chất của méo. Thậm trí tác động đến tâm lý làm thư giãn hoặc căng thẳng thần kinh.
Tiếng ồn trắng kiểu mưa rơi làm cho thần kinh thư giãn, dễ ngủ.
.........
Những biến dạng này xảy ra ở tất cả các quá trình: thu âm, lưu trữ, tái tạo, khuếch đại, truyền dẫn. Và cả môi trường nơi tái tạo âm thanh.

 

4. Các thành phần tái tạo âm thanh:
Loại trừ quá trình thu âm người dùng cuối không thể tác động được. Muốn có thể thưởng thức âm nhạc được thì cần có các yếu tố:
Tái tạo tín hiệu bản ghi:
Các thiết bị LP, CDP, DAC... Trên các thiết bị này, tín hiệu thường rất nhỏ và là tín hiệu ban đầu. Những thiết bị sau chỉ làm tăng mức độ và làm tăng độ méo mó. Do vậy nó rất quan trọng, sự chính xác của nó là tiền đề quan trọng cho những kết quả cuối là âm nhạc nghe được.
.... Em chưa nói việc có nhiều quan điểm thậm chí phổ biến là chọn nguồn âm có chất âm này nọ, chứ đâu cần chính xác. Chính xác chưa phải là hay. Lý thuyết xuông chứ ko phải thực tế...vv...
Khuếch đại:
Pre, ampli làm nhiệm vụ này. Méo trong 2 thiết bị này quan tâm nhiều đến méo phi tuyến, méo pha và méo xuyên điều chế.
Méo phi tuyến thêm vào các hài âm, ngoài yếu tố là cường độ hài âm thêm vào còn yếu tố nữa quan trọng nữa là pha của nó. Chúng ta thường chú ý đến cường độ hay qui luật hài âm méo thêm vào, mà ko hoặc ít hoặc chưa thể quan tâm đến pha. NHư các phân tích âm thanh FFT thường chú trọng đến cường độ.
Méo pha ảnh hưởng đến sự nhận thức về vị trí, tai người rất kém nhận thức về sự khác nhau của cường độ âm thanh. To nhỏ chút đôi khi khó phân biệt, hoặc không gây chú ý cho tâm lý. Nhưng tai lại rất nhạy cảm với pha.
Méo xuyên điều chế thêm vào các tần số "Không theo qui luật âm nhạc", không phải là các bội số của tần số cơ bản. Ví dụ nốt la 440 HZ qua máy lại thêm 1 tần số linh tinh là 500Hz chẳng hạn. Méo xuyên điều chế gây ảnh hưởng tiêu cực cho nhận thức.
Tái tạo:
Loa là thiết bị tái tạo cuối. Dù không có mạch điện tử chủ động (Chỉ thụ động tuyến tính như tụ trở...). Nhưng loa lại là thiết bị tạo ta méo rất nhiều tới 1 vài phần trăm. Nhưng may mắn là chỉ méo ở bậc thấp 2,3,4
Truyền dẫn, môi trường và yếu tố khác:
Đã tham gia vào là có ảnh hưởng. Dây, nguồn điện, phòng nghe. Đặc biệt phòng nghe là thứ gây méo mó bậc nhất trong chuỗi tái tạo âm thanh.

 

5. Đặc điểm các dạng của méo mó và tác động đến nhận thức:
Trong âm thanh nghe được có nhiều tần số cùng tồn tại. Để đơn giản hoá mô tả méo nó tác động thế nào đến sóng gốc. Em ví dụ trên 1 sóng sin đơn thuần.
....

Khi bộ khuếch đại tăng chậm (Hệ số khuếch đại) ở nửa chu kỳ đầu, tăng nhanh ở nửa chu kỳ sau. Nó sẽ tạo ra hài âm bậc 2 cùng pha với tín hiệu gốc. Tín hiệu bị nén lại ở pha âm và tăng cường ở pha dương, nhưng tổng vẫn không đổi. Sẽ cho cảm giác nghe không thay đổi độ lớn. (Màu đen là tín hiệu gốc).
Điều này khi phát ra loa sẽ làm màng loa đẩy ra nhiều hơn là thụt vào. Thay vì việc lồi ra thụt vào biên độ như nhau đối với sóng sin (Loa lý tưởng, loa thật em phân tích sau).
.... Tương tự với hài bậc 2 ngược pha. Tín hiệu bị nén phía dương, tăng cường phía âm. Tổng biên độ ko thay đổi.
Cái thay đổi là hiệu ứng chuyển động của màng loa. Sẽ lồi ra ít hơn thụt vào.
....
Ngay bây giờ các cụ đã thấy được, cường độ của hài âm là chưa đủ. Còn yếu tố pha. Và pha này có tác động tâm lý khác nhau, e sẽ nói sau.
...

 

Tiếp:
Đối với méo bậc 3. Sự việc đã khác hoàn toàn. Tín hiệu tăng cường đối xứng ở cả 2 nửa nếu hài bậc 3 cùng pha. Tín hiệu bị nén ở cả 2 phía nếu hài ngược pha. Màu đen là tín hiệu gốc, màu đỏ là tín sau sau méo. Hàm khuếch đại dưới hình.
Rõ ràng là méo cùng pha đã làm cho âm thanh tăng cường to lên, ngược lại thì bị nén nhỏ đi. Màng loa vẫn di chuyển cân bằng thò thụt.
Hài bậc 3 làm thay đổi về độ lớn âm thanh nhận được, có thể tăng cường hoặc giảm đi.
....
.

 

Sự ảnh hưởng méo hài đến cảm nhận âm thanh:
Em không trình bày về hỗn hợp méo bậc 2 và 3, cùng với hàm truyền biểu thị của bộ khuếch đại. Suy một chút là ra ngay vì nó là tổng hợp của 2 loại méo bậc 2 và bậc 3 em nói ở trên. Các cụ nghiên cứu lắp ráp chắc chắn cũng có tìm hiểu đặc tuyến của linh kiện chủ động rồi.
Từ trình bày ở trên màng loa sẽ dao động không cân bằng (Đẩy vào nhiều hơn đẩy ra hoặc ngược lại) đối với méo bậc 2 (Rộng ra là méo chẵn). Và độ lớn âm thanh cảm nhận không thay đổi.
Biên độ dao động màng loa sẽ tăng (Tăng cường) lên hoặc giảm đi (Nén) cả 2 phía khi có hài bậc 3 (Bậc lẻ). Cảm nhận độ lớn âm thanh sẽ to lên hoặc nhỏ đi.
Hài chẵn tạo ra khi bộ khuếch đại bất đối xứng (Về biên độ tín hiệu ra), khi đối xứng thì sẽ tạo ra hài âm lẻ.
So với pha của tần số tín hiệu gốc:
Bậc 2 cùng pha: Loa đẩy ra nhiều hơn. Cảm nhận âm trường tiến gần hơn người nghe. Âm thanh đầy đặn hơn.
Bậc 2 ngược pha: Loa thụt vào nhiều hơn. Cảm nhận âm trường có độ sâu lớn hơn. Âm thanh đầy đặn hơn.
Bậc 3 cùng pha: Loa cùng đẩy ra thụt vào nhiều hơn. Âm thanh cảm nhận to, rõ ràng hơn (Nhưng quá lớn sẽ nghe cảm giác cơ khí). Tăng độ động khi nghe. Tăng độ chính xác vị trí.
Bậc 3 ngược pha: Loa dao động ít hơn. Làm giảm độ chính xác của vị trí, làm phẳng âm thanh (Mờ nhạt). Giảm độ động khi nghe.
Tổng hợp biến dạng: Cảm nhận trung gian của 2 loại. Với mức tín hiệu thấp nghe nhỏ, méo bậc 2 dễ cảm nhận hơn méo bậc 3. Vì thế nhiều méo bậc 2 cảm giác nghe sẽ mờ nhạt hơn. Độ động kém hơn.
........................
Như vậy là rõ ràng rằng, với 1 tín hiệu sin thuần tuý. Loa (Một loa, stereo thì phải đối xử như nhau cho 2 loa) sẽ không phân biệt chiều dây loa cọc âm dương gì cả. Và thính giác cũng không thể nhận ra sự thay đổi pha này. Nhưng với tín hiệu âm thanh luôn có mặt của hài âm bậc chẵn. Loa đẩy ra hay thụt vào nhiều hơn (Bất đối xứng) hoàn toàn phụ thuộc vào việc nối dây loa cùng chiều hay đảo chiều. Mở rộng ra là thiết bị nguồn âm, khuếch đại có làm thay đổi pha tín hiệu hay không.
Thông thường thì bán dẫn sẽ cho tín hiệu cùng pha . Tube thì có thể ngược pha hoặc cùng pha tuỳ vào cấu trúc máy.
Âm trường nói chung, tiến lùi to nhỏ hay chỉ tiến lùi to nhỏ ở một dải tần nào đó phụ thuộc hoàn toàn vào hài âm và pha của nó.

 

6. Méo của loa:
Trong loa một số yếu tố không tuyến tính (Thay đổi đều đặn như đường thẳng). Và các yếu tố này thay đổi theo thời gian và môi trường. Âm thanh tạo ra cũng sẽ thay đổi.
-Từ trường của khe nam châm trong loa là không đồng nhất về độ lớn trong khoảng di chuyển cuộn dây loa.
-Vị trí đặt cuộn dây loa cũng không thể chính xác như nhau.
-Lực cản tạo ra do màng nhện, gân loa không đối xứng.
-Hình dạng màng loa cũng không phẳng, vì không phẳng nên lực cản do không khí không cân đối ở mặt trước và mặt sau.
-Biến dạng của màng loa khi rung.
Nhưng đường cong biểu diễn những yếu tố không cân đối trên lại rất uyển chuyển, thường là cong về 1 phía hoặc uốn lượn ít. Do đó méo do loa tạo ra thường là méo bậc thấp (2) lớn.
Chỉ độ méo cơ khí do màng loa khi rung thì phức tạp hơn. Có thể gây ra méo âm thanh phức tạp, gây lệch pha, làm suy giảm âm nhanh.
Bất kể chiếc loa nào cũng phát ra âm thanh của bất kỳ tần số nào các cụ đưa vào, nhưng do quán tính lớn nên âm lượng phát ra khác nhau ở các tần số khác nhau, kết hợp méo pha do méo cơ khí màng loa (Nó ko cứng tuyệt đối) dẫn đến âm thanh bị suy giảm đến mức không nghe được hoặc méo trầm trọng.
Do cấu tạo màng loa sẽ có xu hướng đẩy ra hoặc đẩy vào nhiều hơn (Nên chuyện đảo dây loa nghe khác nhau là có cơ sở), thuộc dạng méo chẵn. Sẽ ảnh hưởng đến âm thanh tiến lùi. Khi màng rung mạnh biến dạng phức tạp, sẽ tạo ra hài âm bậc cao nhiều hơn pha của nó cũng rất khó dự đoán. Âm thanh sẽ suy giảm hoặc tăng cường ở tần số nào đó.

 

7. Tín hiệu đã mất có thể tái tạo lại được không khi phối ghép:
Giả sử chỉ có 1 tần số cơ bản đi qua thiết bị, thiết bị này chỉ gây méo bậc 2. Tín hiệu ban đầu màu đen biên độ nhỏ trên hình.
Nếu chỉ có 1 thiết bị tín hiệu thu được sẽ là 1 trong các hình màu đỏ. Bị tăng cường nửa chu kỳ và nén lại ở nửa chu kỳ kia. Dù gì thì cũng đã bị méo.
Giả sử tiếp ta đưa tín hiệu này vào 1 thiết bị khác có tính chất méo bậc 2 nhưng tín hiệu hài âm ngược pha với pha của hài âm lần trước. Chúng ta sẽ thu được tín hiệu giống với dạng tín hiệu ban đầu nhưng biên độ lớn hơn, Méo + Méo = Không méo. Là hình vẽ tổng trên hình.
Như vậy trong trường hợp này nếu nói bằng kiểu diễn đạt thông thường thì:
Dầy ấm (Lùi) + Dầy ấm (Tiến) = Trung thực. Chứ không phải Dầy ấm + Dầy ấm = Càng dày ấm. như nhiều cụ vẫn nghĩ vậy

 

10. Những điều kỳ lạ vô lý trong cuộc chơi:

 

11. Đĩa gốc, đĩa chép, cầu chì, dây, chống rung, phụ kiện:

 

12. Các loại nguồn âm:

 

13. Loa toàn dải, nhiều dải:

 

14. Một cọc loa, 2 cọc loa:

 

15. Một ampli, nhiều ampli

 

16. Sâu hơn về mạch điện, thủ thuật điều chỉnh âm thanh:

 

17. Tranh cãi không hồi kết:

 

Vote cho bác ạ, nhiều chủ đề bổ ích....

 

Edit phần 5.........................................

 

E đánh dấu phát, tks


Sent from VNAV Community mobile app

 

Edit p5...............................................................

 

Đánh dấu, chủ đề hay quá bác, mong bác chia sẻ thêm.

 

Ngày hôm nay e chỉ nói được đến P7. Trình độ có hạn, các cụ góp ý thêm. Cảm ơn.
8. Méo của các thành phần mạch điện
9. Kết hợp tính chất các thành phần
10. Những điều kỳ lạ vô lý
11. Đĩa gốc, đĩa chép, cầu chì, dây, chống rung, phụ kiện
12. Các loại nguồn âm
...........

 

Đọc phần méo hài của bác em thấy lấn cấn, vì em thấy hình như là hài bậc 2, bậc 3 bác vẽ đều có tần số không phải là 2x và 3x so với tần số gốc. Bác giải thích rõ hơn được không?