Công nghệ Wideband Cardioid™
Vì sao cần một hệ thống loa sử dụng Wideband Cardioid™?
Một cấu hình cardioid truyền thống tạo ra điểm triệt tiêu (null) ở phía sau thùng loa. Trong hệ thống cardioid chủ động, điều này được tạo ra bằng cách sử dụng hai driver loa đặt ở phía sau hoặc hai bên thùng loa và xử lý tín hiệu riêng biệt cho chúng.
Sự triệt tiêu xảy ra xung quanh tần số trung tâm, tương đương một phần tư bước sóng của khoảng cách giữa nguồn phát phía trước và nguồn phát ở bên cạnh.
Ví dụ, với chiều dài đường truyền giữa các nguồn là 75 cm, thì bước sóng đầy đủ sẽ là 3,0 m.
Khi đó:
Tần số = Vận tốc âm thanh / bước sóng
F = 340 / 3.0
F = 113.33 Hz
Như vậy, tần số trung tâm của vùng triệt tiêu sẽ là 113.33 Hz, và tốt nhất chỉ mở rộng khoảng ba phần tư quãng tám về mỗi phía, với hiệu quả giảm dần khi tiến về các biên. Do đó, dải triệt tiêu nằm trong khoảng từ 67 Hz đến 190 Hz, với trung tâm tại 113.33 Hz.
Điều này tạo ra vấn đề, bởi nếu muốn loa có khả năng triệt tiêu hiệu quả đến điểm cắt thấp nhất của nó, thì giới hạn thấp của vùng triệt tiêu sẽ trở thành yếu tố giới hạn cho khả năng mở rộng dải tần số thấp của loa.
Wideband Cardioid™ hoạt động như thế nào?
Hạn chế của cardioid truyền thống nằm ở băng tần mà tại đó chúng ta có thể tạo ra vùng triệt tiêu phía sau thùng loa, do khoảng cách giữa driver hướng về phía trước và các driver hướng sang bên hoặc phía sau.
Để khắc phục điều này, chúng ta có thể bổ sung thêm các nguồn âm học trong thùng loa – một nguồn gần, một nguồn ở giữa và một nguồn xa hơn. Điều này tạo ra ba chiều dài đường truyền khác nhau, mỗi chiều dài tương ứng với tần số trung tâm của một dải triệt tiêu mới.
Khoảng cách đầu tiên là từ mặt trước đến chính driver, khoảng cách thứ hai là đến cổng thoát âm đầu tiên ở bên hông thùng loa, và khoảng cách thứ ba là cổng phía sau gần điểm treo.
Ví dụ, giả sử các chiều dài đường truyền lần lượt là 50 cm cho nguồn thứ nhất, 70 cm cho nguồn thứ hai và 90 cm cho nguồn thứ ba.
Nguồn 1: f = 340 / 2 = 170 Hz
Nguồn 2: f = 340 / 2.8 = 121.4 Hz
Nguồn 3: f = 340 / 3.6 = 94.4 Hz
Điều này tạo ra tổng băng tần triệt tiêu từ 56 Hz đến 286 Hz, một sự cải thiện đáng kể, cho phép loa đạt được điểm cắt tần số thấp hơn nhiều vì vùng triệt tiêu hoạt động ở tần số thấp hơn.
Việc thay đổi khoảng cách từ mặt trước đến ba nguồn phát phía sau cho phép điều chỉnh dải tần hiệu quả của vùng triệt tiêu.
Điều này không chỉ phụ thuộc vào sự khác biệt chiều dài đường truyền mà còn liên quan đến việc điều chỉnh tần số của các cổng thoát âm và năng lượng của chúng.
Đường truyền ngắn nhất là đến chính màng loa, đại diện cho dải tần cao hơn của hệ thống triệt tiêu (đường cong màu tím). Các đường truyền dài hơn dành cho tần số thấp hơn thông qua các cổng thoát âm, được điều chỉnh phù hợp với tần số tương ứng. Cổng ngắn hơn nằm ở phía sau thùng loa, cung cấp năng lượng triệt tiêu mạnh nhất (đường cong màu xám).
Kết quả là khả năng triệt tiêu phía sau thùng loa rất đáng kể và trải rộng trên một băng tần lớn.
Biểu đồ dưới đây cho thấy sự khác biệt về mức suy giảm khi sử dụng hai cổng có cùng chiều dài (màu xanh) so với khi một cổng ngắn hơn cổng còn lại (màu xanh lá). Đường tham chiếu là mức 0 dB.
Đáp tuyến pha của Wideband Cardioid™
Thông thường, các hệ thống cardioid có thể có hành vi pha chưa tối ưu. Điều này khiến âm trầm nghe mềm và thiếu lực (punch), vì có độ trễ giữa thời điểm các dải tần khác nhau đến tai người nghe.
Ngoài ra, để kiểm soát tốt tần số thấp, một bộ lọc FIR thông thường cần khoảng 45 ms thời gian xử lý, điều này rõ ràng là không phù hợp.
Bằng cách áp dụng bộ lọc DS-FIR của CODA, chúng ta có thể đạt được khả năng kiểm soát tương tự nhưng với độ trễ thấp hơn nhiều, thường chỉ khoảng 12.5 ms.
Ngoài ra còn có các preset độ trễ thấp dành cho những ứng dụng yêu cầu thời gian chính xác như side fill hoặc monitoring, đánh đổi bằng việc giảm một phần độ tuyến tính pha ở tần số thấp.
Ứng dụng Wideband Cardioid™ cho Subwoofer
Các nguyên tắc vẫn giữ nguyên bất kể loại loa nào.
Với subwoofer cardioid truyền thống, có hai vấn đề chính.
Thứ nhất là chỉ có một chiều dài đường truyền, nên dải triệt tiêu rất hẹp. Đây là vấn đề đặc biệt đối với CODA, vì chúng tôi muốn subwoofer có thể hoạt động đến 200 Hz, để cùng một thùng loa có thể tăng cường năng lượng LF khi treo cùng line array và vẫn hoạt động hiệu quả khi đặt trên mặt đất.
Thứ hai là không thể đặt subwoofer cardioid sát tường vì:
Subwoofer không thể tạo vùng triệt tiêu phía sau nếu không có không gian để phát âm.
Khoảng cách quá gần tường cứng sẽ tạo áp suất ngược lớn lên loa, có thể gây hỏng driver.
Các subwoofer Wideband Cardioid™ của CODA không gặp những vấn đề này vì driver hướng về phía sau cũng được thông hơi ra hai bên thùng loa.
Khi loa đặt xa tường, ta có nhiều đường truyền triệt tiêu như ở các loa toàn dải. Nhưng khi đặt sát tường, driver phía sau vẫn có thể bổ sung năng lượng LF thông qua các cổng phát âm hai bên mà không gây hại cho driver.
Kết luận
Thông qua thiết kế cẩn trọng và tối ưu, CODA đã chứng minh rằng có thể vận hành một hệ thống cardioid băng rộng với hiệu suất cao, đồng thời vẫn duy trì đáp tuyến pha phẳng cho toàn bộ hệ thống loa.
Lợi ích mang lại cho người dùng là sân khấu yên tĩnh hơn, khả năng kiểm soát mức âm thanh ngoài khu vực tốt hơn và chất lượng âm thanh sạch, chính xác và giàu lực.
