Giáo trình Âm thanh - Chương IX - Loa và Crossover

Biên tập : Lê Tuyên Phúc
http://www.giaotrinh.soundlightingvn.com

Chương 09 - Loa và Crossover​

Loa có khả năng cung cấp âm thanh rõ và mạnh đã xuất hiện trên thị trường ít nhất vài thập kỷ, cũng như bài viết này, những tiến bộ vẫn tiếp tục tiến lên phía trước. Trong hệ thống, là những điều cần thảo luận cuối cùng, loa dĩ nhiên cũng chịu trách nhiệm cho ra những âm thanh output sẽ đạt được mô hình (lý tưởng) cho phần lớn hay tất cả khán giả với chất lượng hợp lý nhất. Chỉ trong những năm gần đây, với sự ra đời của máy tính mạnh, nên có thể dễ thiết kế những thiết bị có tần số mid-range và high, có thể làm điều này với độ chính xác qua phần lớn hay tất cả giải tần của nó. Sẽ thảo luận sau trong chương này, những thiết kế mới này có rất nhiều hỗ trợ những mục tiêu của âm thanh pro-sound.

Thiết kế cơ bản:

Có thể phân loại thiết bị loa theo hai thiết kế cơ bản: tiếp cận hướng xạ trực tiếp (approaches-direct radiator) và horn (chóa, còi) cổ điển, hay kết hợp cả hai. Mặc dù thiết kế loa có thể đảm nhận rất nhiều hình thức, có thể mô tả gần như tất cả như là xử dụng một, hay cả hai, trong những phương pháp cơ bản này.

Tất cả thiết bị loa đều liên quan đến driver (cái loa rời, không thùng), có thể thật sự dẫn truyền tín hiệu điện thành sóng âm thanh thật tế. Loa hướng xạ trực tiếp (direct-radiator) xử dụng phần tử dao động tương đối lớn thường tác động như một piston thông thường, lắp ráp thành cone/voice coil (vành loa và cuộn dây) của loa (như trong hình 9.1). Phía sau driver được bao bọc bởi thùng kín hay hở, đóng một phần vai trò trong việc phát triển sóng âm thanh thích hợp.

Horn/driver liên quan đến việc xử dụng driver với phần tử rung tương đối nhỏ, hoạt động song song với thiết kế horn thích hợp, như mô tả trong hình 9.3. (Trong khi trò chuyện ngoài lĩnh vực này, kết cấu như vậy thường gọi đơn giản là horn, giả định nó cũng đã bao gồm cả driver). Những ưu điểm của horn bao gồm việc tăng hiệu suất chuyển đổi từ điện năng thành năng lượng âm thanh, và kiểm soát tiềm năng những đặc điểm định hướng của âm thanh output cho tốt hơn.


Hình 9.1: Thùng loa hai way nhỏ gọn điển hình có loa hướng xạ trực tiếp và horn tần số cao.

Là thiết bị thiết kế tốt loại cơ bản có thể rất hữu ích trong việc tăng cường tiếng nói và nhạc cụ (không bao gồm bass và trống kick) có ít khán giả, cũng như cho nhiều ứng dụng (sidefill stage-monitor). Tần số crossover tối ưu cho những thiết bị như vậy sẽ phụ thuộc nhiều vào thiết kế driver cũng như vài yếu tố khác sẽ thảo luận trong chương này, có thể thấp là 500Hz và cao là 4kHz.

Ở cả thiết kế horn và thùng loa (enclosure) đều có sự quan hệ cơ bản giữa driver và horn hay thùng của nó, dựa trên nguyên tắc tải (loading) âm thanh. (Về mặt kỹ thuật, hiện nay, việc xử dụng phổ biến thuật ngữ "loading", cũng như "unload speaker cabinet" hay "cabinet loaded with Brand X speaker" là sai lầm phổ biến mặc dù có thể dễ hiểu). Thông thường, trong khoảng dưới hai phần ba giải tần số đã ấn định cho driver, cone hay màng loa đòi hỏi một lượng phụ trở kháng âm (hay tải) để kiểm soát chuyển động của nó. Thiết kế thùng (chóa, còi) hướng xạ trực tiếp cân đối những đặc tính cơ học của loa với khối lượng không khí trong thùng, tạo ra đường đáp tần suôn sẻ hợp lý trong giải tần của nó. Thiết kế kết cấu horn/driver tốt cung cấp trở kháng âm thanh cân bằng tương tự cho màng loa trong khắp giải tần đã ấn định. Horn này cũng cho mở rộng đúng sóng, sẽ giải thích tiếp trong những phần "Basic Horns" và "Mid/High Horn Design”.

Thực hành thiết kế loa liên quan đến việc cần vài thỏa hiệp giữa vài yếu tố: sự phát tán và kiểm soát mô hình, giải tần số của thiết bị, kích cỡ, độ nhuyễn của đáp tuyến tần số, output tối đa, hiệu quả, và dĩ nhiên là giá thành. Thí dụ, thiết bị có yêu cầu xử lý băng thông rộng hơn, càng có nhiều đáp tần qua mẫu thiết kế của nó sẽ có khuynh hướng phát triển bất thường, và thành ra khó duy trì mô hình định hướng phù hợp hơn. Thí dụ thứ hai, một thiết bị nhỏ hơn cũng cần như vậy, nhiều đáp tần thấp và sự kiểm soát mô hình hướng của nó sẽ có khuynh hướng bị giảm giá trị. Một thí dụ khác, có lẽ, kết hợp horn/driver rõ, mạnh hơn và phát tán output thích hợp, có khuynh hướng tốn kém tài chính.

Nói chung, có thể bao phủ hầu hết phổ âm thanh khá tốt, với sự phát tán định hướng phù hợp hợp lý, bởi ba thiết bị đã thiết kế và lựa chọn. Ngày nay, hệ thống bốn way và năm way có khuynh hướng là một nhánh của phương pháp cơ bản. Một thí dụ cho việc này là hệ thống ba way điển hình có một loa subwoofer bổ sung trình bày sau trong chương này. Cách tiếp cận này trong những hệ thống công suất cao hiện đang là tiêu chuẩn trong ngành.

Thùng loa compact hai way và ba way thường định hướng để nó thích hợp cho những ứng dụng cho khu vực gần (near-field) (nói cách khác, tương đối gần – relatively close up).

Thùng loa cơ bản (Basic Enclosures):

Lý do quan trọng nhất để có thùng loa bao quanh mặt sau của một driver (cái loa rời) là trong tất cả những tần số cao nhất của giải tác động cụ thể của nó, năng lượng phía sau uốn cong chung quanh loa và chủ yếu triệt tiêu (destructively interferes with – phá hoại cản trở) năng lượng phát ra từ phía trước. (Với các bạn vẫn chưa nắm lý do tại sao xảy ra điều này, lời giải thích trong "Dispersion Pattern Control" của chương này có thể hữu ích). Đây có lẽ là ý tưởng cơ bản nhất liên quan đến thiết kế thùng loa, trong đó thùng loa kín cơ bản được gọi là vách ngăn vô tận (infinity baffle). Ban đầu, trong sự phát triển loa rất sớm, hướng xạ mặt sau loa đã được cách biệt với hướng xạ mặt trước bằng việc xử dụng một vách ngăn đơn giản, hay tấm vật liệu, với loa gắn ở trung tâm. Từ quan điểm này, thùng loa phục vụ như một tấm chắn vô cùng cao và rộng, vì không có phản dội mặt sau vượt qua ranh giới của hộp để can thiệp vào những hướng xạ từ mặt trước, do đó có thuật ngữ vách ngăn vô tận (infinity baffle). Hiện nay, loại hộp này thường gọi đơn giản là thùng loa kín (sealed enclosure).

Ngoài ra, như đã đề cập, kích thước hạn chế của thùng loa cũng để giữ cho sự kiểm soát các driver khỏi bị thất bại ở tần số thấp (do số lượng tải (load) âm thanh). Với thùng loa theo cách này, nó sẽ thiết kế cách máy móc nhiều hơn để driver bao gồm giải tần rộng với hiệu suất hợp lý. Theo thời gian, đã phát triển một phương pháp khá chuẩn để tính toán kích thước thùng loa cần thiết để cho ra đáp tần xuống một giải nhất định, cho một qui cách kích cỡ driver nhất định.

Có thể giảm kích thước thùng loa mà vẫn được đáp tần thấp bằng cách thêm lỗ thông hơi hay cổng (port) vào thùng loa, mặc dù sẽ có sự trao đổi. Bên dưới giải tần số thấp thêm được bởi cổng (hình 9.2), đáp tần thả ra triệt để, và cone loa tăng hiệu suất đáng kể. Khi loa được yêu cầu sản xuất năng lượng thấp hơn tần số cộng hưởng, loa không tải (unload) nữa và bắt đầu có chiều hướng đẩy lệch vượt quá giới hạn bình thường của nó quyết liệt, mà tại đó âm thanh tốt nhất (best) hóa ra dở, và có nguy cơ driver bị thất bại (failure) tồi tệ nhất (nói cách khác, loa đã bị blown-thổi).

Có thể thiết kế cổng (port) để thùng loa có những đáp ứng tốt nhưng bằng cách dùng ống (tube), hay đường ống (duct), làm khối không khí trong thùng loa này cộng hưởng tần số thấp hơn nữa, hiện nay gần như là thủ tục tiêu chuẩn. Vách ngăn nội bộ phức tạp hơn có thể làm tiếp tục giảm kích cỡ của thùng loa, trong khi vẫn cho phép phía sau loa nhìn thấy thùng loa lớn hơn nhiều và hoạt động khá phù hợp.

Vài hệ thống xử lý cao cấp hiện đại có cách tiếp cận khác để đạt được độ rắn chắc tương đối, đền bù cho sự tăng đáp ứng tại giai đoạn xử lý, thật sự là hình thức cân bằng. (đánh đổi (tradeoff) là công suất phải tăng đáng kể hơn cần thiết để sản xuất mức output tương tự như trong tần số thấp hơn nhưng nó cho phép kích cỡ thùng loa giảm rất đáng kể).

Chắc chắn khả năng của driver (sẽ thảo luận sau) là yếu tố quan trọng trong chất lượng và số lượng của âm thanh, cũng như việc cấu tạo thùng loa. Những đặc điểm chính của một thùng loa tốt, qua thiết kế cơ bản, là độ vững chắc của nó. Thùng loa chất lượng tốt cần phải chắc chắn, trong thành thùng loa ít hay không có độ cong (flex) hay những khớp nối bị lỏng. Thành thùng loa cong tạo ra cộng hưởng không cần thiết, làm giảm hiệu suất và sản lượng tối đa, làm giảm nguyên tắc vách ngăn vô tận (infinity baffle), và cũng có thể làm giảm đáp ứng thoáng qua (thùng loa vẫn tiếp tục dao động thời gian ngắn sau khi driver đã ngừng chuyển động).

Loa horn cơ bản (Basic Horns):

Horn hữu ích với hai lý do cơ bản: (1) Nó thường hướng xạ trực tiếp hiệu quả hơn, và (2) nó đủ khả năng kiểm soát mô hình định hướng của những âm thanh output tốt hơn, đặc biệt trong giải mid và high.

Chức năng cơ bản của horn là cho phép những phần tử dao động (màng hay cone loa) sẽ nhỏ đi nhiều và di chuyển trong một khoảng nhỏ hơn, cho phép sao chép dạng sóng chính xác hơn, trong khi vẫn cung cấp công suất đáng kể. Horn thiết kế tốt cung cấp dạng thức băng cộng hưởng rộng (broad-band resonance) (thuật ngữ thông thường là kéo dài hơn -greatly stretch), do đó khuếch đại âm thanh trên giải tần số rộng.

Hình 9.2-A: Cổng (ống thông) của thùng loa.
​

Trong nửa bát độ (octave) hay hơn, chung quanh tần số cộng hưởng của thùng loa, quay trở lại để tăng cường hướng xạ mặt trước trong một thiết bị loa thiết kế tốt. Ở đây, sự cộng hưởng được dùng để bù đắp cho sự giảm đáp ứng tần số thấp. Vì chuyển động của cone loa ở tần số cộng hưởng là tương đối nhẹ so với đầu thoát ra của cổng, và vì có sự chậm trễ rất nhỏ trong những đầu thoát của cổng, nên không xảy ra sự triệt tiêu phase. Dưới tần số cộng hưởng, mặc dù, cone loa và cổng thoát đang bị nghịch phase ít nhiều, nên nó có khuynh hướng triệt tiêu và giảm hoàn toàn đáp ứng hướng xạ, cùng với sự nguy hiểm vì cone loa bị lệch quá nhiều (over excursion). (Không nên cố gắng bù đắp cho chuyện này băng EQ. Với bất kỳ thiết kế cổng thoát nào, không nên yêu cầu loa tái tạo bất kỳ lượng âm thanh nào dưới điểm những đáp ứng giảm đi. Nếu dùng EQ để tăng đáp tần thấp, cần phải đẩy mạnh lên chỉ bằng hay cao hơn cộng hưởng của cổng thoát. Tần số cộng hưởng cổng thoát dưới đây thường phải được cắt bằng EQ hay, lý tưởng, là filter high-pass (nói cách khác, low-cut​

Dưới: những đáp tuyếntiêu biểu cho thùng loa kínvà thùng loa có cổng thoát hơikích thước tương đương.


Hình 9.8-B
​

Horn cung cấp một hình thức phù hợp trở kháng (impedance matching). Nó được thiết kế để bày ra một trở kháng âm thanh tương đối cao cho driver. Horn dùng để phát triển sóng có áp lực khá cao, chuyển động hạt không khí thấp (tương đương với high voltage/low current) vào sóng âm lượng lớn hơn ở miệng của horn, nơi nó gặp trở kháng âm thanh bình thường ngoài trời (open air). Điều này có thể so sánh với những cái mà máy biến thế điện đã thực hiện. (Nói cách khác, bằng cách so sánh với driver horn-loaded, bộ hướng xạ trực tiếp phải di chuyển nhiều hơn. Nói cách khác, trong phạm vi lớn, để cho ra một âm lượng nhất định. Để làm điều đó, driver horn-loaded di chuyển ít hơn, nhưng đẩy và kéo mạnh hơn. Horn thực hiện việc chuyển đổi tính chất hoàn toàn).

Yếu tố cụ thể như kích cỡ driver, kích cỡ họng (throat), kích cỡ miệng (mouth) và tỷ lệ mở rộng (tỷ lệ loe ra -flare) sẽ xác định những đặc tính liên quan tới tần số cơ bản của horn. Chắc chắn là driver ít có ảnh hưởng quan trọng đến âm thanh so với horn hơn, khi nó làm việc cùng nhau. Có nhiều yếu tố khác, sẽ thảo luận sau.

Hình 9.8-B minh họa một thiết kế horn điển hình để xử dụng trong giải mid. Vài mẫu thiết kế midrange horn xử dụng cone driver, trong khi những mẫu thiết kế khác dùng midrange compression driver.


Hình 9.3:Horn tần số cao điển hình: side cutaway. Mục đích chính của horn là cho phép phần tử dao động của driver (màng loa) di chuyển trên một khoảng cách nhỏ hơn (excursion), cho phép tăng hiệu suất và độ chính xác của sự phát ra âm thanh. Một lý do quan trọng đối với việc xử dụng horn là nó có thể được thiết kế để kiểm soát mô hình định hướng của output âm thanh rất hiệu quả hơn bất kỳ sự sắp xếp nào về hướng xạ trực tiếp.Loa còi

Loa horn tần số thấp (Low-Frequency Horns):

Horn tần số thấp lý tưởng cần phải rất lớn, cân nhắc rất thật tế thường đòi hỏi vài loại thỏa hiệp để phát ra mức độ cao ở tầng âm phổ dưới thấp. Horn có thể được, và thường được, gấp lại để phù hợp với chiều dài của horn để đặt vào không gian nhỏ hơn. Hiệu ứng giải tần số cao (mid-bass) của thiết sẽ bị tổn hại do như vậy. Đối với horn gấp tần số thấp, thỏa hiệp này không là khuyết điểm nghiêm trọng, khi horn gấp có khuynh hướng dùng trong giải tần tương đối hẹp bình thường lên đến khoảng 2 bát độ (thí dụ, so với một horn lõm vào truyền thống, không được dùng trong giải rộng lên cao hơn trong âm phổ, vì sẽ không có chất lượng âm thanh tốt).

Horn gấp (folded) thể hiện trong nhiều dạng thức khác nhau trong hình 9.4. Ba trong số các thiết kế đang thấy thường gọi là thùng loa hình chữ W (W-bins). Ngoài giải tần số bị hạn chế, có một thỏa hiệp với horn gấp, đáp tần êm ái thường có khuynh hướng hơi bị tổn hại (trong công bố thông số kỹ thuật, đường đáp tuyến thường vuốt thẳng những nét gấp răng cưa). Nó thường chấp nhận là đáng giá, cho dù để có được kích cỡ nhỏ gọn tương đối mà cấu hình W bins cho phép.

Ý tưởng về horn gấp tiến bước xa hơn với hiệu quả tốt hơn và đáp tuyến nhuyễn hơn bằng cách dùng bề mặt cong trong phần loe ra của horn bass. Điều này loại bỏ sự chuyển tiếp của horn gấp thông thường, mà còn tốn chi phí sản xuất nhiều hơn nữa.

Trong horn tần số thấp cũng dùng nhiều phương pháp tiếp cận khác để đạt sự rắn chắc tương đối hay đáp tần thấp hơn.

Horn tần số thấp, cả hai loại thẳng và gấp, thường được bổ sung bằng một hay nhiều cổng thoát hơi, hay nhiều đường thông khác để thoát từng phần cho hướng xạ hậu của driver, để mở rộng đáp tần thấp cho nó. Tương tự như cổng thoát hơi của thùng loa, mở rộng đáp tần thấp đi kèm với giá phải trả là suy giảm nghiêm trọng những đáp ứng thấp hơn tần số cộng hưởng của khối không khí quay nhào trong thùng loa.

Hình 9.5 cho thấy ba thiết kế cơ bản liên quan đến thùng loa có cả một horn và một hay nhiều lỗ thông hơi. Loại thùng loa này thường đưa vào xử dụng như là những thiết bị tần số thấp của một hệ thống hai way, low-mid, hay thiết bị mid-bass của một hệ thống bốn way. Thiết kế trong hình 9.5-A đôi khi gọi là thùng loa horn/reflex, đề cập đến ý tưởng dùng hướng xạ phía sau của driver để mở rộng đáp tần thấp của một horn tương đối ngắn. Cách tiếp cận này (trong 9.5-A) cung cấp nhiều năng lượng, trong khu vực bass hơi cao hơn một chút so với thiết kế thể hiện trong hình 9.5-B và 9.5-C (điều này sẽ thảo luận nhanh trong chương này). Như với bất kỳ thùng loa nào, khi trong thiết kế bao gồm một hay nhiều cổng thoát, năng lượng được tăng lên trên giải tần số cộng hưởng, nhưng dưới giải tần này, khả năng công suất giảm đi rất triệt để và driver tăng sự dao động đột ngột.

Hai thiết kế phổ biến đều gọi chung là scoop (cái xẻng) đi trên hai hình thức hơi khác nhau. Một cái bao gồm một horn uốn cong tương tự như thiết kế trong hình 9.7. Cái khác là thùng loa hướng xạ trực tiếp mà cặp hướng xạ phía sau có horn xếp khá dài trong thùng nhỏ gọn (tương đối) như trong hình 9.4-D.

Trong số những thiết kế horn tần số thấp hiệu quả và nhỏ gọn hơn xử dụng một driver cone/voice cone, đã sản xuất như trong bài viết này, phần nào giống với thiết kế thể hiện trong hình 9.7 chào bán đầu tiên trên thị trường với tên thương mại "Turbobass." Đây là thiết kế tần số thấp có horn cong được cân bằng trở kháng âm của cả horn lẫn khối lượng không khí bao bọc phía sau nó. Ưu điểm của phương pháp này là cho phép thùng loa tương đối nhỏ, trong khi vẫn cho ra đáp tần thấp tuyệt vời mà không bị khuyết điểm sụt giảm đáp ứng đó quá nhanh do cổng thoát hơi gây ra.

Một phương pháp tiếp cận có hiệu ứng cao cấp và nhỏ gọn, mô tả trong hình 9.33 và lần đầu tiên có trên thị trường với tên thương mại "Manifold Technology" xử dụng đường dẫn dài gấp trong thủng loa, kết hợp với hướng xạ mặt trước. Thiết kế này xử dụng bốn driver, nó đòi hỏi số lượng power amplifier đáng kể để phát huy tiềm năng của nó tối đa. Khen thưởng, vì nó cho ra tần số cuối thấp low end) rất lớn trong kích thước tương đối nhỏ.

Chắc chắn hầu hết thiết kế W bins và loa thùng kín đương đại đều có tần số rất thấp hiệu quả nhất, xử dụng tương đối chuẩn, horn tần số thấp được thiết kế tốt, thích nghi với một driver servo-driven độc nhất.​

Hình 9.4:Vài mẫu thiết kế horn gấp tần số thấp cổ điển.Thí dụ A, B, và C thường gọi là W-bins, mặc dù chỉ có B và C thật sự phù hợp với tên chính thức. Thí dụ D, thường gọi là scoop, kết hợp nguyên tắc của horn gấp dài (đối với đáp ứng tần số rất thấp) với một bộ hướng xạ trực tiếp (đối với đáp ứng mở rộng trên 125Hz hay hơn).
​

------ Tiếp ------​

​

 

Hình 9.5 : Vài thiết kế horn tần số thấp cổ điển.

(A) Altec 816 (mini-voice của nhà hát), kể từ thập niên 1960 và vẫn thường gặp phải trong lĩnh vực này.

(B) JBL 4560, được gọi là loa Bin Perkins;

(C) Forsythe (EAW) 15 ".


Hình 9.6: Hai thí dụ về horn double-driver low/low-mid.

(A) Forsythe 15" đôi. Lọai này là một trong những horn LF hai driver di động đầu tiên, có rộng rãi trên thị trường vào đầu năm 1970.. Trước đó, thiết kế này lớn hơn nhiều (chẳng hạn như Altec A-4 và 815, và JBL 4550) phù hợp cho lắp đặt cố định hơn, và những dạng lớn tương tự như vậy vẫn còn bán trên thị trường hiện nay.

(B) Thiết bị Community Boxer series low-frequency. Thiết bị này đặc biệt thích ứng cho driver 15” hay 18". Thùng loa kết hợp một horn bằng sợi thủy tinh bên trong vỏ bọc bằng gỗ. Bản thân horn này dần dần thu hẹp từ một họng quanh miệng hình chữ nhật, kết quả là loại thiết kế này gia tăng hiệu suất đáng kể. Độ sâu lớn hơn và độ loe mở rộng hơn đáp ứng với tần số thấp hơn một chút so với thiết kế khác về loại này (xem thêm hình 9.11).


Hình 9.7: Horn cong tần số thấp.

(Hình trái) Mặt cắt của horn cong tương tự như thiết kế Turbo-bass ®. (Phải) Một thiết kế cơ bản khác đôi khi còn gọi là xẻng (scoop), có một horn ngắn hơn so với thiết kế thể hiện trong 9.4-D.



Hình 9.8 : Phasing plug (chắn sự định phase)

Loại phasing plug cung cấp sự gắn kết trong sự phát triển mặt sóng ở những tần số cao của giải tần ấn định hoạt động của horn tốt hơn và driver chịu tải tốt hơn.

Horn Mid-range với phasing plug (12"/300mm, 10"/250mm, và 8 "/200mm thường xử dụng nhiều kích cỡ driver). Một tiềm năng thương mại khi xử dụng như minh họa ở đây là phát tán hơi hẹp ở những tần số cao của giải tần hoạt động . (B) Hai driver low/low-mid với thiết bị VHF trong phasing plug. Thiết bị high-mid trong hình minh hoạ thường được bao gồm trong thùng loa full-range. Loại thùng loa này sẽ bắt buộc có loa siêu trầm (sub-woofer) để cải tiến mức thấp dưới tầm ảnh hưởng của nó. Những loa siêu trầm nói chung tiếp quản bên dưới điểm crossover 80-160Hz, tùy thuộc vào thiết kế. Một thí dụ tuyệt vời về phương pháp này là loa Community RS-220/660/880 (hơi khác với driver hiển thị ở đây).

Crossover, khái niệm cơ bản:

Mạng phân chia tần số, gọi là crossover, là khía cạnh cơ bản quan trọng để thiết kế và điều khiển loa. Như đã đề cập trong chương 1, crossover có thể có hai hình thức cơ bản. Crossover thụ động (passive) (high-level) được thiết kế để hoạt động ở output của ampli công suất, và thường tích hợp vào trong thiết kế thùng loa. (Kiểm tra thông số kỹ thuật của hãng sản xuất, nếu chỉ có một hay hai jack cắm không có nhãn trên thùng loa full-range có hai hay nhiều thiết bị loa trong nó, thường có thể giả định nó đã bao gồm mạng crossover thụ động (passive) trong thiết kế).

Crossover chủ động (active) hay điện tử-electronic (low-level) được chèn vào đường tín hiệu trước ampli công suất, cung cấp cho những channel của ampli công suất từng output riêng biệt. Sự lựa chọn giữa crossover chủ động hay thụ động quan trọng ở những điều sau đây: Crossover chủ động thường hiệu quả và linh hoạt hơn. Ở hệ thống cấp độ thấp hay vừa phải, crossover thụ động, ít tốn kém và dễ xử dụng hơn.

Loa full range 2 way và 3 way nhỏ gọn thường được tiếp thị với crossover thụ động nội bộ. Một số loại cung cấp nhiều tùy chọn để bỏ qua mạng thụ động và có thể tiếp tế riêng rẽ cho từng driver. Khả năng về chất lượng và sức mạnh xử lý của crossover thụ động đóng vai trò quan trọng trong âm thanh tổng thể. Nó có thể có âm thanh chất lượng cao hơn với driver chất lượng khiêm tốn và crossover dễ dàng đạt chất lượng cao hơn những cách khác (driver tuyệt vời và crossover giá rẻ). Đồng thời, vài crossover thụ động có thể bị bão hòa trước khi đạt đến công suất của chính driver. Crossover thụ động có công suất rất cao thường khá lớn và nặng.

Thông thường, để sản xuất âm thanh full-range chất lượng cao, bắt buộc phải có nhiều crossover chủ động và nhiều bộ khuếch đại công suất. Hệ thống có thể thiết kế để một crossover chủ động xử lý tất cả điểm crossover, hay vài cái. .

Trong hệ thống high-output, crossover thụ động nói chung hữu ích nhất trong quy trình chuyển tiếp vào horn tần số cao hay super-tweeter. Trong trường hợp như vậy (như trong hình 1.7), sẽ dùng crossover chủ động cho những điểm crossover từ low đến mid-range hay low đến lower-mid.

Thiết bị crossover liên quan đến hai hay nhiều bộ lọc (filter), xác định giải tần số nào được mỗi thiết bị loa nhân bản lên. Mỗi điểm crossover (điểm giao nhau) liên quan đến mạng low-pass và high-pass làm việc cùng nhau để giới hạn rất nhiều giải tín hiệu đặc biệt sẽ gửi đến cho mỗi output.

Ý tưởng về một band crossover dừng lại ở một tần số cụ thể và đơn giản là không cho phép bất cứ tín hiệu nào vượt quá tần số đó, thường gọi là bộ lọc tường đá (brick wall filter). Mặc dù những kỹ sư âm thanh kinh nghiệm đã cười rất nhiều về quan niệm tường lọc, lý tưởng lý thuyết này khó thể đạt trong thế giới thực mặc dù vài mạch hiện đại đã đạt đến gần đáng ngạc nhiên.

Độ dốc của crossover luôn thoai thoải, những độ dốc này xác định bằng mạch điện, và có khoảng cách 6dB. Độ dốc crossover thường gặp là 6dB/octave, 12dB/octave, 18dB/octave, 24dB/octave, hay tương ứng là 1st-order, 2nd-order, 3rd-order và 4th-order. Một crossover 6dB/octave thụ động liên quan đến cuộn cảm (coil) và tụ điện đơn giản, có những thông số phù hợp với tần số crossover và trở kháng (impedance) của những driver. Lọai cao cấp hơn hơn liên quan đến mạch ngày càng phức tạp. Mạch lọc đặc biệt được thiết kế cao đến bậc thứ10 (60dB/oct), đôi khi cũng xử dụng ngay cả bậc cao hơn (phổ biến nhất là xử dụng kết hợp với bộ chuyển đổi digital-to-analog dùng cho thiết bị hiệu ứng và delay line).

Nhưng hiện nay crossover hiếm khi xử dụng bộ lọc trên 24dB/octave. Tương lai sẽ ra sao, ai biết được? Crossover digital tại giáo trình này đang bắt đầu được bán trên thị trường có độ dốc lên đến 90dB/octave (loại tường gạch nghiêng tilted brick wall), và nó vẫn còn đang được tranh luận là có cần hay không những độ dốc triệt để là lợi thế đáng kể (mặc dù driver tần số cao chắc chắn thích nó).

Bộ lọc crossover độ dốc càng cao, càng ít có sự chồng chéo trong khu vực crossover. Có liên quan tới vài yếu tố thật tế ở đây. Việc hạ thấp độ dốc, ít bảo vệ driver trong giải tần thấp nhất, nơi nó đang có nguy cơ bị áp lực (overstress) và chồng chéo lên nhau nhiều hơn trong giải giữa những giải lân cận. Trong khu vực chồng chéo, đôi khi rộng đến vài octave, trong nhiều trường hợp, hai giải có thể can thiệp vào công việc của nhau. Mặt khác, độ dốc cao có nhiều khuynh hướng dịch phase những tín hiệu output của những band liền kề và trong khu vực giao nhau (crossover). (Để làm cho vấn đề phức tạp hơn, số lượng dịch phase còn thay đổi theo tần số).

Độ dốc crossover tiêu biểu cho pro-sound là khoảng giữa 12dB/octave và 24dB/octave. Loại này thường dùng độ dốc crossover 24dB/octave cung cấp sự bảo vệ tốt nhất cho driver được dùng ở mức độ cao (high level), và là tiêu chuẩn hiện hành đối với hệ thống cấp cao. (6dB/octave thì không thỏa đáng cho tất cả, nhưng lại là cơ bản cho những hệ thống prosound rẻ tiền, và trong nhiều trường hợp không thể trang bị bảo vệ đầy đủ cho các driver tần số cao). Một lợi thế khác của sườn dốc là nó có thể dùng để bảo vệ driver tần số low và low-mid trong thùng loa, chung quanh điểm dốc xuống trong giải hữu dụng thấp nhất. Mặc dù độ dốc 24dB/octave trong bài viết này coi như là tiêu chuẩn cho cấp độ cao nhất của hệ thống chất lượng cao, thiết bị 12dB và 18dB/octave cũng được dùng cho nhiều mục đích, với kết quả tai nghe đều chấp nhận hầu hết (và đôi khi tốt hơn). Một yếu tố chính liên quan đến lý do tại sao như vậy là sự liên kết tương đối của những driver, đối phó thật nhanh, sẽ bàn đến trong những thảo luận đi kèm với hình từ 9.43 đến 9.45.

Crossover kiểm soát xử lý (Processor-controlled crossover), có sẵn từ vài hãng sản xuất với giá tương đối cao, thiết kế xử dụng điểm crossover nổi (floating) để thích ứng gần như tức thời với những thay đổi năng động của chương trình bất cứ khi nào hệ thống gần đến tối đa khả năng của nó. Đây là những phần sẽ tiếp tục mô tả trong chương 14.

Crossovers, cách xử dụng cơ bản

Những tần số crossover cơ bản được lựa chọn để xử dụng trong một ứng dụng thay đổi khá rộng, đôi khi cũng là vấn đề sở thích cá nhân. Hiệu quả lựa chọn những điểm crossover điện tử liên quan đến vài cân nhắc:

1. Đường đáp tuyến tần số của mỗi thiết bị, giới hạn tần số thấp và cao thật tế của thiết bị bình thường hẹp hơn giải đáp ứng tần số tổng thể của nó đã trích dẫn khá nhiều. Thông thường, mức đề nghị tần số crossover thấp nhất (trích dẫn của hãng sản xuất và giữa những thiết bị tần số mid và high) xác định những điểm crossover thấp nhất tuyệt đối nên dùng. Phổ biến, cho dù khá hợp lý khi xử dụng những điểm crossover cao hơn, vì những lý do trong 2 và 3 dưới đây.

2. Mức output yêu cầu. Khi nâng tần số crossover tại băng thông cuối thấp (low-end) của mỗi thiết bị lên, công suất output của nó có khuynh hướng tăng lên đến một điểm nào đó. Điều này sẽ thảo luận trong hình 9.19 và sau đó trong chương này.

3. Mô hình phát tán (dispersion pattern). Thông thường, khi nâng những điểm tần số crossover ở low-đến-mid và mid-đến-high lên, những giải tần số crossover tiến đến khán giả xa hơn sẽ có khuynh hướng hơi tăng. (mặc dù, có thể có sự thỏa hiệp về chất lượng âm thanh ở đây vượt quá một điểm nhất định). Điều này có thể hơi làm mọi cái rối tung lên, và có thể thay đổi đáng kể với những thiết kế thiết bị có cấu thành khác nhau. Xem xét này sẽ thảo luận thêm sau trong chương này.


Hình 9.9: Ba loại bộ lọc cơ bản tương ứng với mức out low, mid và high của một crossover ba way. Những tần số thật tế sẽ khác nhau tùy từng hệ thống, tùy thuộc xử dụng loại thiết bị nào. Hãng sản xuất khuyến cáo phải luôn chú ý đến tần số crossover tối thiểu. Độ dốc sẽ thay đổi theo crossover đang xử dụng. Trong hệ thống lý tưởng hóa, những âm thanh output của thiết bị phối hợp lấp đầy "khía V -notch" 3dB ở điểm crossover.

Những điểm crossover được lựa chọn trong bất kỳ hệ thống nào dĩ nhiên phụ thuộc rất nhiều vào việc thiết kế thiết bị. Điều quan trọng là hiểu chỉ dẫn của hãng sản xuất về những tần số crossover này. Thông thường, có thể di chuyển an toàn đến tần số cao hơn so với chỉ dẫn của họ, nhưng hầu như không bao giờ thấp hơn. (Xem, thí dụ ở hình 9.19, 9.30 và 9.40.)

Hầu hết những thiết kế crossover chủ động (active) (và nhiều loại thụ động passive) có kiểm soát thay đổi mức độ cho mỗi band. Những cái hữu ích thêm là làm cân bằng hệ thống để điều chỉnh gain cho những power amplifier khác nhau, những khác biệt về hiệu quả của thiết bị loa, và cũng để điều chỉnh hệ thống theo ý thích. Trên thật tế, những núm này hoạt động như một dạng EQ shelving. (Lời cảnh báo quan trọng ở đây. Nếu dùng bộ limiter trong đường dẫn tín hiệu trước khi đến crossover để bảo vệ loa, sự kiểm soát này có thể làm triệt tiêu hiệu quả của nó. Nên thiết lập (set) ngưỡng limiter (hay thiết lập lại reset), hãy ghi nhớ điều này. Lý tưởng nhất, limiter để bảo vệ hệ thống cần phải cài đặt trên mỗi output của crossover).

Xem thêm vài hình minh họa ở phần cuối cùng chương này.

Mô hình kiểm soát phát tán và hướng (Dispersion and Directional Control):

Phát tán (dispersion) dùng để chỉ khả năng của thiết bị phát tán các âm thanh vào một góc nhất định (hy vọng sẽ nhất quán). Pattern control đề cập đến khả năng giữ output trong phạm vi một góc độ nào đó, nói cách khác, cũng ngăn chặn sự phát tán quá xa ra ngoài. Trong khi thuật ngữ này thường dùng thay thế cho nhau, có một sự khác biệt tinh tế nhưng đáng chú ý, sẽ giải thích sau.

Chú ý:

Nhiều hãng sản xuất xử dụng thuật ngữ "phát tán-dispersion" khá hợp lý để nói về những góc độ bao phủ danh nghĩa của thiết bị hay loa full-range. Thuật ngữ "danh định-nominal" về cơ bản có nghĩa là "những cái chúng ta chọn để đặt tên cho nó".

Tại sao phải cố cung cấp phát tán cân bằng và kiểm soát những mô hình?

1. Vì nếu vậy, chất lượng âm thanh có tính nhất quán qua những góc đã chỉ định của thiết bị.

2. Để giúp tránh bị feedback.

3. Để hỗ trợ trong việc giảm tiếng vang quá nhiều từ vách bên và trần.

Có thể hữu ích khi hiểu về những yếu tố cơ bản có liên quan ở đây. Có kiến thức đầy đủ về nó có thể hỗ trợ trong việc lựa chọn thiết bị phù hợp và vị trí của nó theo cách tốt nhất có thể. Lời giải thích hơi dài dòng sau đây có thể hữu ích cho người đọc, là những người đang cố gắng có tầm hiểu biết về những mô hình định hướng của sự phát triển sóng âm thanh.

Tốc độ âm thanh phát tán ra bên ngoài (~ 340m/sec, 1130'/giây) là tỷ lệ gần đúng mà tại đó hạt không khí phản ứng với những thay đổi trong áp lực từ những cái lân cận nó ở cấp độ vi mô. (Điều này do độ co giãn và mật độ của không khí, hai yếu tố sẽ xác định tốc độ của âm thanh trong bất kỳ vật chất nào bạn chọn). Trong chất lỏng cũng giống như trong không khí, những phân tử này sẽ luôn làm hết sức để tìm trạng thái cân bằng, hay cân bằng lực lượng giữa nhau.

Hãy nhớ, tần số khác nhau về cơ bản hoạt động riêng biệt, ngay cả khi cone hay màng loa dao động trong một dạng sóng phức tạp (chương 2). Nói cách khác, mỗi tần số nhân bản thành mô hình riêng biệt cho riêng nó. Trong sự phát triển sóng, ngay lập tức, chung quanh nguồn âm thanh, lần lượt ở ngoài xa, tập hợp những hạt tăng cơ hội điều chỉnh hướng, trong đó sự thay đổi áp lực đang lan tỏa rộng, trong giới hạn được thiết lập bởi cấu trúc vật lý chung quanh. Vượt quá bước sóng lan ra ngoài từ cấu trúc vật lý, sóng sẽ có khuynh hướng tiếp tục đi theo mô hình đã thiết lập cho mỗi tần số cụ thể.

Lấy thí dụ, bộ hướng xạ trong một thùng loa có kích cỡ khiêm tốn. Ở tần số thấp, hướng chuyển áp lực giữa những hạt không khí có cơ hội bẻ gập hoàn toàn quanh bề rộng của cấu trúc vật lý, nhỏ hơn nhiều so với bước sóng đã tạo ra. Vào lúc hướng cone loa đảo ngược lại, những hạt không khí xa nhất vẫn đang trải qua nửa đầu của chu kỳ, đã phát tán mô hình của nó ra khá nhiều loại đồng dạng. Đây là lý do tại sao tần số thấp có khuynh hướng thành ra đa hướng, những sóng chuyển áp lực đi ra mọi hướng.

Ở tần số cao, áp lực từ những hạt lân cận đến những bên cản trở sự phát tán bay ngang, buộc hầu hết năng lượng phải tới lui để đi nhiều hơn hay bớt hướng trực tiếp ra ngoài dọc theo trục. Điều này là do điểm ở xa nhất của những bước sóng đầu tiên tương đối gần với loa. Mỗi hạt có rất nhiều hạt lân cận về phía bên (trái, phải, trên và dưới), cũng cố gắng điều chỉnh với những thay đổi áp lực. Trước đó, những hạt có cơ hội đưa năng lượng của nó ra phía ngoài hai bên, nó đã bị hút trở lại trong nửa thứ hai (giai đoạn mở rộng) của chu kỳ. Vì vậy, nó có khuynh hướng cùng nhau húc vào cùng một hướng trừ chung quanh rìa bên ngoài, có nhiều dB bên dưới, và đem năng lượng của nó trên trục khá trực tiếp. Giải thích, đây là lý do tại sao xảy ra beaming (thay đổi đột ngột) ở tần số cao (hình 9.15). Với cái gì đó giống như bộ hướng xạ đơn giản, những tần số cao hơn sẽ có mô hình hẹp hơn.

Vì vậy, trong điều kiện khó, những tần số thấp của giải tần thiết bị có khuynh hướng lây lan ra quá rộng, trong khi tần số cao nhất trong giải của một thiết bị có khuynh hướng phát tán ra không đủ xa.

Thách thức đặt ra sau đó, là cũng không có sự phát tán quá nhiều lẫn không có những âm thanh tần số cao ưa thích. (Điều này dĩ nhiên nằm ngoài thách thức cơ bản đạt được âm thanh dễ nghe và tái tạo chính xác). Vì vậy, những thỏa hiệp cơ bản ở đây xoay quanh sự cần thiết phải giới hạn sự phát tán ra ngoài ở giải dưới băng thông đã ấn định của thiết bị, trong khi tạo sự phát tán đủ tại tần số cao nhất của băng thông đó. Điều này bao gồm những bước sóng khoảng tỷ lệ 20:01 với hệ thống 2 way điển hình, trong những trường hợp nhiều hơn, lên đến 40:1 (giải rất nặng). Với hệ thống ba way, điều khiển mô hình hiệu quả ở giải mid và high vẫn còn cái gì đó thách thức kỹ thuật, nhưng theo một tỷ lệ 10:01, những bước sóng ở giải mid và high là một định đề dễ quản lý, đã xử lý tốt bởi vài hãng sản xuất hiện nay .

Trong giải tần số của phổ âm rất thấp, chuyện này thường vô ích, thậm chí đã cố kiểm soát những mô hình, vì nó sẽ đòi hỏi thiết bị tần số thấp (hay một chồng nhiều thiết bị tần số thấp) vào khoảng 30 feet hay hơn (tám hay chín mét) ở cả hai chiều cao và rộng. Vì vậy, điều này thường được chấp nhận như là cái gì đó chỉ cần xảy ra là được. Nhưng chung quanh giải low-mid, nó sẽ trở thành một định đề hợp lý hơn rất nhiều để cố giành được những lợi thế cho sự kiểm soát mô hình hiệu quả (xem thêm hình 9.16 và 9.34).

Bây giờ, xem xét từng loa horn tần số midrange và high để có gjải tần số hiệu quả khoảng 10:01 (thí dụ: ~ 300Hz - 3kHz). Từ quan điểm thiết kế vật lý, nhu cầu giữ tần số thấp tương đối cho band đã chỉ định của thiết bị phát tán ra quá xa, được thực hiện bằng loa horn có cấu trúc bên ngoài lớn hơn.

Nhu cầu phát tán những tần số cao nhất ở mỗi band của thiết bị, nói cách khác, để tránh tạo ra beaming, tùy thuộc vào thiết kế, bằng đường đồ thị nhỏ hơn, sườn rìa hay khe cách xa hơn về phía họng loa. Đối với những tần số này, một khi đã thiết lập mô hình cho nó, nó có khuynh hướng ít bị ảnh hưởng bởi cấu trúc của loa horn lớn, ngoại trừ ở những cạnh bên ngoài của mô hình, nơi nó bị phản dội trở lại vào những góc bởi những bề mặt bên trong của loa horn lớn.

Thông qua giữa giải tần số của thiết bị, đường biểu diễn được thiết kế để có thể kiểm soát mô hình theo cách phù hợp nhất (điều này cũng liên quan đến vài thỏa hiệp kỹ thuật). Không có horn nào hoàn hảo, nhưng hiện nay có nhiều thiết kế mô hình phát tán khá thống nhất qua giải tần đã ấn định của nó.

Tuy nhiên, với thiết kế horn mid hay high loại nhỏ gọn, dùng trong nhiều hệ thống lưu động, mô hình có những biến thể mà người xử dụng cần phải nhận thức được. Trong hệ thống hai hay ba way điển hình, thường có sự thỏa hiệp của mô hình hướng xạ thực hiện tại những điểm crossover. Có lẽ cách quan trọng nhất này ảnh hưởng đến người vận hành của hầu hết hệ thống đang ở trong khu vực crossover dẫn đến mức high, sẽ giải thích sau.

Hình 9.12 giới thiệu hai phương pháp trình bày những đặc tính định hướng của thiết bị trên đồ thị. Sự khác biệt chính giữa lĩnh vực loa hai way hay ba way (như trong hình 9.1) và thiết kế cho phòng lớn hay hướng xạ nhiều hơn là trong mô hình định hướng của mid và high. Về mặt hướng xạ trong một hệ thống lưu động điển hình, sự khác biệt này có khuynh hướng quan trọng nhất trong mặt cắt dọc (xem hình 9.10).

Trong hầu như tất cả ứng dụng, mô hình theo chiều dọc khoảng 30 - 40° sẽ thích đáng hơn, đủ để bao phủ toàn bộ khán giả, như minh họa trong hình 9.10 (trong nhiều trường hợp 20° sẽ thích hợp hơn). Vượt ra ngoài khoảng 30 - 40°, sự phát tán dọc bổ sung có khuynh hướng phóng lên phía trần nhà và dội xuống khán giả phía trước khiến họ phải chịu âm lượng của những giải tần đó quá mức và/hay không phát tán toàn bộ những giải đủ sâu đến khán giả xa hơn. Vì vậy, trong hệ thống động lý tưởng, mô hình theo chiều dọc có thể gần bên 30° hay 40°, với loại mô hình ngang thông thường nhất, từ 60° và 90°, tùy thuộc vào thiết kế. Lượng phát tán theo chiều ngang phù hợp (và nhiều hơn nữa) hiện nay dễ đạt được về mặt kỹ thuật. Nhưng nó đòi hỏi phải chồng mid-range và high khá cao để thực hiện việc kiểm soát mô hình lý tưởng chiều dọc, do đó, phải thực hiện vài thỏa hiệp chung. Những loại thỏa hiệp sẽ xử lý thêm phần nào ở trong chương này trong những chú thích đi kèm hình 9.38.

Hướng dẫn chung được chấp nhận trong trích dẫn thông số kỹ thuật của mô hình định hướng ở những tần số cụ thể là dùng góc đáp ứng giảm 6dB bên dưới trục hồi đáp. Thông thường khi công bố thông số kỹ thuật, hãng sản xuất sẽ nói chung chung về mô hình định hướng danh nghĩa nhằm giản dị việc tiếp thị và xử dụng.​

------ Tiếp ------​

 

Thiết kế horn mid/high (Mid/High Hom Designs):

Cấu hình horn cơ bản, trong thật tế đã xử dụng rộng rãi trong nửa thế kỷ qua, là của một horn hàm số mũ hay cấp số nhân (exponential). Hình 9.2 cho thấy những đường biểu diễn loại horn này.

Hình 9.11 cho thấy mô tả horn tròn theo cấp số nhân. Thiết kế này cho thấy nó xử dụng chủ yếu như horn tần số cao. Đây là loại horn phát tán ra hình gần như hình nón. Mô hình hình nón với loại horn này đôi khi rất rộng chung quanh điểm crossover (thường là 800Hz - 3kHz) và được thu hẹp theo tần số, có khuynh hướng phát triển lượng beaming tần số cao. Đây là loại horn có thể thấy dùng trong loa monitor sân khấu ở những vị trí microphone cố định.


Hình 9.10: Yêu cầu phát tán điển hình.

(A) Tầm nhìn bên của phòng thực hiện điển hình, nơi phạm vi bao phủ theo chiều dọc cần thiết chỉ khoảng 15° đến 30° (trừ khi sắp xếp chỗ ngồi nghiêng hay loa treo không cao lắm).

(B) Tầm nhìn bên của một mô hình phát tán tầm gần, nơi cố ý xử dụng một mô hình rộng hơn theo chiều dọc .

(C) Phòng điển hình, tầm nhìn trên xuống dưới.

Ở đây, sự phát tán theo chiều ngang cần phải ở giữa khoảng 60° và 120° nói chung, tùy thuộc vào phòng.

Lưu ý: Ý tưởng về một hệ thống loa phát ra xa (long throw), như đã nói, đúng là một vấn đề làm sao thiết kế hệ thống kỹ lưỡng để tập trung năng lượng sẵn có của những driver có thể theo một hướng nhất định, theo cả hai, chiều ngang lẫn chiều dọc. Việc hạ thấp tần số mà chúng ta mong đợi để phát tán mức độ cao, phải có những thiết bị lớn hơn.

Bằng cách tăng tỷ lệ loe và dùng miệng rộng hơn, như trong hình 9.11-B và D, sự thay đổi mô hình có thể giảm đáng kể, mặc dù điều này cũng làm giảm tải của driver, đòi hỏi một điểm crossover cao hơn với một driver cụ thể (và VHF (very high frequence) beaming vẫn còn hiện diện ở đây cũng vẫn được). Thí dụ tuyệt vời về phương pháp này thấy trong loại loa Meyer UM -1 thể hiện trong hình 9.11, trong đó driver vượt qua bên trên tần số có thể xử dụng tối thiểu của driver gần hai octave. (Một chút lịch sử âm thanh xưa cũ ở đây: Horn sợi thủy tinh xử dụng rộng đầu tiên cũng là horn tròn theo cấp số nhân, giới thiệu của Community Light and Sound trong cuối những năm 1960 để bao phủ những khoảng trống của mid-range tồn tại bởi hệ thống hai way thường xử dụng trong concert pro-sound trước thời điểm đó).

Thông thường, horn tròn tần số cao được bổ sung một thấu kính âm học (acoustic lens) để giúp việc phát triển ra mô hình nào phù hợp hơn. Biến thể từ dạng horn này liên quan đến miệng hình bầu dục, cũng được thiết kế chủ yếu hay xử dụng với thấu kính (lens). Acoustic lens thường mang hình thức xếp mái hắt (stacked louvers) lên nhau đặt ở phía trước của horn hay đĩa đục lỗ gắn bên trong horn.


Hình 9.11: Horn loe cơ bản

(A) Tỉ lệ loe thấp.

(B) Tỉ lệ loe cao.

Đối với horn có kích thước cho trước, tỉ lệ loe thấp, có thể có khuynh hướng dùng tần số thấp hơn tối thiểu. Nguyên tắc cơ bản áp dụng cho horn tần số thấp, mid và high, trong thể loại tương ứng với nó về kích cỡ. Horn có tỉ lệ loe thấp và kích cỡ miệng nhỏ (như A), cho dù, có khuynh hướng bộc lộ thay đổi mô hình rộng hơn.

Hình dưới: Hai thí dụ thương mại của horn exponential tròn.

(C) JBL 2305 potato masher (máy nghiền khoai tây), dùng một thiết kế thấu kính âm học gọi là một tấm đục lỗ để hỗ trợ sự phát tán giải VHF. horn này dùng một tỷ lệ loe tương đối thấp cho một thiết kế tần số cao nhỏ gọn.

(D) Meyer UM-1, dùng horn HF có tỉ lệ loe tương đối cao.

Cả hai horn thể hiện một mô hình mà ở bất cứ tần số nào nó cũng giống như hình nón gồ ghề.

Horn thẳng hàm mũ (straight exponential), như mô tả trong hình 9.12 A, khuynh hướng có mô hình hướng chặt chẽ, tiếp cận theo hình chữ nhật. Horn loại này có thể vẫn còn khá phù hợp trong kiểu mẫu nằm ngang qua tất cả, nhưng giải tần cao tại band chỉ định của horn, lên đến khoảng 60° (horn thẳng với những vách bên có góc rộng hơn 60° có khuynh hướng không phù hợp với mô hình nào). Tuy nhiên, tùy thuộc vào kích thước horn, những mô hình theo chiều dọc có thể rất khác nhau theo tần số. Một trở ngại với thiết kế này là tần số cao vẫn xuất hiện beaming trước khi đạt tới giải cao, của hầu hết driver. (Điều này dĩ nhiên phụ thuộc vào driver, thường là horn HF (high frequence) của loại này sẽ có khuynh hướng hiển thị đặc tính beaming trên khoảng 5kHz - 8kHz, tùy thuộc vào horn). Loại horn này thấy xử dụng khá rộng rãi như horn mid-range hay upper-mid-range, và thỉnh thoảng kiểm soát những ứng dụng mô hình phân trang (controlled pattern paging applications).

Biến thể của mô hình tập hợp lớn và có phần phức tạp hơn, có trong loại straight exponential thể hiện trong hình 9.12-B, loại miệng loa có độ mở rộng chiều dọc tương đối hẹp. Việc mở rộng theo cấp số nhân ở hai bên cạnh là của thiết kế này. Những loại horn thể hiện trong hình 9.12-B cho ra beaming VHF đáng kể, với mô hình dọc rất rộng dưới 4kHz (thường vượt quá 120° dưới 1kHz). Loại horn này có thể xử dụng tốt nhất trong thiết bị nearfield, chẳng hạn như loa monitor sân khấu.

Horn đa tế bào (multi-cell), như mô tả trong hình 9.12-C, có khả năng cung cấp tác động mô hình kiểm soát khá hiệu quả ở upper-mid và high nếu miệng nó đủ lớn. Đây là loại horn bao gồm rất nhiều horn exponential sắp xếp trong cấu hình đa tế bào, có một họng chung do một driver tác động. Đây là loại horn, do kích thước thông thường của nó theo truyền thống được dùngchủ yếu trong cài đặt cố định vĩnh viễn, cũng từng phần giải quyết các vấn đề tần số cao bị beaming. Những thỏa hiệp, như minh họa trong biểu đồ đi kèm, là những cái gọi là lobing (quét). Loại lobing VHF thật sự là kết quả của biểu hiện đặc trưng beaming của mỗi tế bào.



Hình 9.12: (A) Horn straight exponential với sự loe ra ở đỉnh và đáy, cạnh hông thẳng góc 60°. Phát tán điển hình ở hình phải.

(B) Horn exponential thẳng nhỏ gọn tiêu biểu với loe ra ở hai bên, thẳng góc ở đỉnh và đáy. Lưu ý sự thay đổi mô hình rất rộng với loại horn này.

(C) Horn multi-cell (đa tế bào) điển hình. Mô hình ngang bên phải là cho tần số 8kHz. Lưu ý đặc tính lobing VHF gần giống thiết kế cơ bản.

Horn tỏa ra từ tâm (radial), như mô tả trong hình 9.13, liên quan đến đường biểu diễn exponential xoay một góc ngang nhất định. Truyền thống đôi khi gọi là horn hình quạt (sectoral), vì mặt bên hông định rõ một khu vực hay góc nhất định mà horn dự định phát tán âm thanh output của nó vào đó. Đường biểu diễn theo cấp số nhân trong hầu hết thiết kế bố trí tỏa xuyên tâm (ngoại trừ vài loại hồi xưa hay rẻ tiền gần đây) được sửa đổi để những tần số cao nhất phát tán phần nào ra phía ngoài (về mặt kỹ thuật có thể làm được điều này mà vẫn giữ được tỷ lệ loe ra (flare) cơ bản theo cấp số nhân). Thiết kế này, đã dùng rất nhiều phiên bản trong số đó kể từ năm 1950, vẫn còn để lại hai nhược điểm:

Thứ nhất, ngay cả thiết kế lớn tốt nhất (horn họng 2" HF và mid-horn cone-driven 10 - 12") có khuynh hướng phô bày đặc tính beaming trong những tần số cao nhất. (những thỏa hiệp kỹ thuật không thể tránh khỏi điều này, sẽ mô tả ngắn gọn sau). Thứ hai, trong khi mô hình nằm ngang khá nhất quán trong tất cả tần số cao, mô hình chiều dọc thay đổi rất rộng trong vài mẫu thiết kế, hơn 100° ở khoảng 800Hz, và nhỏ hơn 20° ở 10kHz.


Hình 9.13: Horn radial (hình quạt).
Đây là loại horn cũng có thể đặt phía sau mặt phẳng phía trước, như hiển thị ở bên phải. Đồng thời, có thể cắt nhỏ horn để đạt được một mặt phẳng phía trước khi kết thúc loe ra, thể hiện ở hình dưới bên phải. Sự phát tán điển hình được hiển thị bên dưới.

Để giúp phát tán những mức high cực đại, vài thiết kế horn kết hợp ý tưởng multi-cell với loe (flare) tròn. Một thiết kế cơ bản, Altec cổ điển 811 và 511 Horn Voice of the Theater lần đầu tiên được đưa vào xử dụng rộng rãi vào những năm 1950, dùng vây thẳng đứng loe ra bên ngoài (gần miệng) của horn để giúp phát tán cũng như để liên kết phase. Một trong những cách tiếp cận phát tán những mức cao cực đại khác đi đến dạng có nhiều khe cửa (slot) trong họng của horn. Horn này, đưa ra thị trường bởi Northwest Audio, là một thiết kế nổi tiếng ở những năm tiếp theo giữa thập kỷ 1970 (cũng trong phần lớn horn cho ra chất lượng âm thanh dễ nghe, chủ yếu là do vật liệu xử dụng). Cách tiếp cận này vẫn có khuyết điểm là đôi khi có lượng lobing kết thúc quá cao (tương tự như mô hình thể hiện trong hình 9.12-C), cùng với sự biến đổi mô hình theo chiều dọc đề cập ở trên.

------ Tiếp ------​