04 thiết kế thùng loa phổ biến

Thùng loa nhìn qua thì chỉ là cái hộp gỗ nơi ta gắn củ loa. Nhưng nó lại đóng góp không hề nhỏ vào chất lượng âm thanh của hệ thống. Mỗi model loa, mỗi hãng sẽ có những lựa chọn khác nhau dựa trên sự phù hợp giữa triết lý thiết kế của họ và ưu điểm, nhược điểm của từng loại thùng. Hôm nay, tôi sẽ giới thiệu với các bạn về nguyên lý hoạt động của một số loại thùng loa phổ biến nhất.

Bạn lười đọc như tôi?

Hãy xem luôn video dưới đây để nội dung của bài được minh họa rõ ràng nhất, đầy đủ nhất:

Tại sao người ta lại làm thùng loa?

Trước khi tìm hiểu về các loại thùng loa, chúng ta cần hiểu sơ bộ lý do tại sao người ta lại phải nghĩ ra thùng loa làm gì cho tốn kém và cồng kềnh thay vì vít củ loa vào thanh sắt là xong như mấy chiếc đèn trang trí.

Màng loa rung tạo ra âm thanh

Như các bạn đã biết, loa tạo ra âm thanh được là nhờ sự rung động của màng củ loa. Khi màng loa rung, nó tạo ra các chu kỳ nén và giãn áp suất không khí trước và sau lưng của màng loa. Màng loa đẩy ra phía trước làm không khí phía trước bị nén lại, nhưng lại kéo giãn không khí ở sau lưng màng loa và ngược lại.

Do đó, sự giãn và nở của không khí phía trước và phía sau màng loa tại 1 thời điểm luôn ngược nhau, trừ khi màng loa ko hoạt động hoặc đang ở trạng thái cân bằng. Hay nói cách khác, năng lượng tạo ra từ phía trước màng loa và phía sau màng loa sẽ triệt tiêu lẫn nhau nếu chúng được tiếp xúc. 1 + (-1) thì luôn bằng 0 mà.

Củ loa khi phát tự do không có thùng âm thanh rất nhỏ, bass rất yếu và nông

Bởi vậy, nếu ta cầm củ loa như mấy chiếc woofer hoặc subwoofer lên mà nghe (nhất là khi nghe ở không gian thoáng như sân nhà hay ngoài đồng) thì âm thanh rất nhỏ và đặt biệt là gần như không có tí bass, sub bass nào. Hiệu suất chuyển đổi từ năng lượng rung động của màng loa thành âm thanh trong không khí lúc này cực kỳ, cực kỳ kém.

Và chúng ta cũng không thể gắn mỗi cái củ loa trơ lên thanh sắt như đèn cây trang trí hay đặt củ loa lên bàn để nghe được vì nó rất mất thẩm mỹ. Quan trọng nhất là nghe thế không hay.

Và thế là thùng loa ra đời.

Ban đầu, người ta làm thùng loa chỉ với lý do rất đơn giản là… làm chỗ để gắn củ loa. Khá là hài hước nhưng lại rất thực tế. Nhưng sau khi thấy tác động to lớn của nó tới âm thanh của loa, đặc biệt là việc khiến loa có cảm giác kêu to hơn nhiều và bass cũng nhiều hơn, các nghiên cứu để tìm ra được phương pháp thiết kế thùng loa tối ưu đã được bắt đầu.

Bạn nên nhớ, thời xưa, amply có công suất rất nhỏ, bởi vậy âm lượng tối đa của 1 hệ thống âm thanh thường được quyết định bởi hiệu suất, bởi độ nhạy của hệ thống loa đó. Loa có độ nhạy, hiệu suất càng cao thì càng kêu to hơn với cùng 1 mức công suất từ amply. Do đó, các loa dạng kèn rất phổ biến trong thời đại non trẻ của ngành âm thanh nhờ độ nhạy cao, hiệu suất tuyệt vời.

Những Tác dụng To lớn của Thùng loa

Thùng loa tách biệt âm thanh giữa nửa trước và sau màng loa, hạn chế sự giao thoa của 2 hướng sóng âm này, cải thiện hiệu suất của loa, đặc biệt là ở âm trầm. Nếu chỉ nhắm tới mục đích trên, giả sử loa của bạn được gắn trên 1 tấm gỗ rộng vô hạn, tấm gỗ đó ko cần phải tạo thành 1 chiếc thùng mà vẫn đạt được mục đích đã nói.

Thùng loa ngăn cách âm thanh ngược cực trước và sau màng loa

Tuy nhiên, không ai có nhà đủ to để chứa 1 hoặc 2 tấm gỗ lớn như vậy. Và không chỉ muốn cách ly âm thanh phát ra từ 2 mặt màng loa, người ta còn muốn nhiều hơn thế nữa.

Tùy theo từng thiết kế, thùng loa có tác dụng thay đổi nhiều đặc tính kỹ thuật của củ loa:

• Nâng/hạ tần số cộng hưởng tự nhiên của củ loa
• Thay đổi độ nhạy của một nhóm tần số cụ thể
• Thay đổi góc phóng
• Thay đổi đáp tuyến
• Thay đổi đặc tính của LF
• Thay đổi chỉ số độ méo phi tuyến tính
• Bảo vệ củ loa khỏi hư hại cơ học
• …

Riêng khía cạnh bảo vệ củ loa của thùng, tôi muốn nói thêm 1 chút vì đây là tác dụng vô cùng quan trọng. Khi củ loa chơi tự do trong không khí, tức là không có thùng, thứ duy nhất giúp kiểm soát dao động của màng loa ngoài motor là các chi tiết trong hệ nhún cơ khí của củ loa bao gồm surround và spider.

Hệ nhún cơ khí của củ loa

Tuy nhiên, nếu chỉ dựa vào các bộ phận đó, rủi ro hỏng củ loa khi hệ thống phát âm trầm với công suất lớn rất cao. Củ loa sẽ hư hỏng vĩnh viễn nếu biên độ dao động của màng loa vượt quá giới hạn về mặt cơ khí. Khiến các bộ phận của hệ nhún không thể phục hồi vị trí màng loa về lại ban đầu hoặc không có khả năng hoạt động nữa. Giống như phuộc nhún xe máy sau khi bị hỏng mất khả năng đàn hồi vậy.

Thùng loa, tùy theo thiết kế, có các cách bảo vệ củ loa khác nhau chủ yếu bằng cách giới hạn 1 phần dao động cơ học của màng loa trong khi vẫn đảm bảo loa phát ra âm trầm với mức âm lượng mong muốn.

Có thể bạn đang thắc mắc: Tại sao người ta không làm thùng cho tweeter mà chỉ làm cho mid, woofer, subwoofer?

Tweeter cũng có thùng loa

Vì tweeter thường có thiết kế kín khí ngay từ đầu, tức là nó có 1 cái thùng siêu nhỏ của chính mình rồi. Nếu không có cái thùng (thường là bằng nhựa hoặc kim loại) tí hon đó, tweeter còn dễ toang hơn woofer, subwoofer rất rất nhiều vì nó rất mong manh, dễ chết. Tuy nhiên, âm thanh của tweeter vẫn bị ảnh hưởng nhiều bởi thiết kế của thùng loa. Ảnh hưởng ra sao thì nằm ngoài khuôn khổ của video này. Xin hẹn các bạn vào 1 video khác để chia sẻ cụ thể hơn.

Dưới đây là một số lại thùng loa phổ biến cho woofer và subwoofer:

1. Sealed / Acoustic Suspension
2. Bass Reflex / Vented
3. PR / Passive Radiator
4. Transmission Line

Tác dụng hay được nói tới nhất, được quan tâm nhất khi đề cập đến thiết kế thùng loa hầu hết đều liên quan tới hiệu năng của Low Frequency. Bass nghe lớn hơn, hiệu suất cao hơn, xuống sâu hơn so với khi cầm củ loa rời trên tay.

Tính định hướng của âm thanh

Khi gắn một củ loa đơn lẻ dạng woofer hoặc subwoofer vào thùng thông thường (ở đây tôi không nói tới horn), mid và high frequency cũng có thay đổi về hiệu năng, tuy nhiên ko nhiều và rõ rệt bằng bass. Càng lên tần số cao, tính định hướng của âm thanh phát ra từ màng loa càng mạnh. Tính định hướng này bị chi phối bởi kích thước màng loa. Low frequency lại có bước sóng rất lớn, lớn hơn đáng kể so với đường kính màng loa. Do đó, sự giao thoa giữa 2 luồng sóng âm ngược cực ở 2 mặt màng loa của trung âm và âm cao không mạnh như Low Frequency. Bởi vậy, can thiệp vào hiệu năng ở Low Frequency của củ loa là chức năng quan trọng và thường được đề cập đến nhất.

Trong phạm vi bài viết này, tôi xin phép chỉ đề cập tới các loại thùng loa phổ biến nhất kèm theo đặc tính cơ bản của chúng liên quan tới Low Frequency mà thôi. Nếu không, bài viết sẽ quá dài và lan man.

Sealed / Acoustic Suspension

Sealed là loại thùng loa có thiết kế đơn giản nhất: 1 chiếc thùng kín bưng, gắn củ loa bạn cần can thiệp vào -> Coi như xong. Tất nhiên là không đơn giản tới mức ý, nhưng các bạn có thể hình dung ra cách làm cơ bản của chúng.

Thùng Sealed gắn liền với tên tuổi của nhiều hãng loa nổi tiếng như Acoustic Energy, Acoustic Research, Barefoot, Unity Audio, Auratone, Yamaha. Và khi nói tới thùng sealed, sẽ là 1 thiếu sót cực cực lớn nếu không nhắc đến huyền thoại kiểm âm phòng thu Yamaha NS10 và Auratone 5C, đặc biệt là Yamaha NS10.

Cơ chế của loại thùng này rất đơn giản. Khi bạn đưa củ loa vào 1 chiếc thùng kín, không khí bên trong sẽ bị đóng gói lại, không giao tiếp với không khí bên ngoài và tác động lên màng loa như 1 lò xo giảm chấn hoặc phuộc nhún của xe máy, ô tô. Lò xo này sẽ hấp thụ và giới hạn 1 phần rung động của màng loa, giúp củ loa khó bị hư hại cơ khí hơn.

Thùng lớn, lò xo mềm, bass có độ nhạy cao hơn và ngược lại

Độ cứng của lò xo phụ thuộc vào thể tích không khí bên trong thùng. Khả năng nén của không khí phi tuyến tính. Thùng càng nhỏ lò xo khí càng cứng, màng loa càng khó di động, khả năng tái hiện âm trầm càng hạn chế. Thùng càng lớn lò xo khí càng mềm, màng loa càng dễ di động, khả năng tái hiện âm trầm càng dễ dàng nhưng cũng đi kèm với rủi ro hỏng củ loa cao hơn do khả năng bảo vệ củ loa bị suy giảm bởi lò xo khí quá mềm.

Ưu điểm:

1. Dễ dàng thiết kế
2. Bass gọn, chính xác, tự nhiên
3. Có thể làm ra những chiếc loa có kích thước nhỏ gọn hơn so với thiết kế bass reflex và transmission line
4. Đáp tuyến ở Bass giảm dần 1 cách mượt mà với 12 dB/Oct nên tích hợp vào không gian sử dụng thực tế dễ hơn, ít khi bị um hơn
5. Phase biến thiên mượt mà với biên độ thấp
6. Upper bass, Low mid và mid không bị ảnh hưởng tiêu cực từ thùng vì không bị trộn với âm thanh thoát ra từ lỗ cộng hưởng của thùng bass reflex hoặc transmission line

Cái giá phải trả:

1. Bass Extension / Độ sâu bass F3, F6 hạn chế; tuy nhiên ở những tần số tận cùng của đáp tuyến lại tốt hơn so với các loại thùng khác
2. Hiệu suất của Low Frequency hạn chế, cần nhiều công suất hơn nếu muốn bass nghe to hơn dẫn tới độ méo cao hơn
3. Thiết kế và hiệu năng của củ loa chịu trách nhiệm chính cho khả năng tái hiện cường độ âm trầm tối đa của hệ thống
4. Để có độ sâu bass tốt và áp lực tối đa lớn, thiết kế sealed thường phải làm ra các hệ thống 3-way, 4-way đắt đỏ với củ loa chất lượng rất cao hoặc ghép nhiều củ loa chạy cùng lúc hoặc sử dụng amp rất lớn hoặc tất cả các hướng làm trên. Nói chung, khi bạn nghĩ tới 1 hệ thống full range với đáp tuyến rộng, headroom lớn, sử dụng thiết kế thùng sealed, đó sẽ là một thiết kế đắt tiền, đắt nhất trong số các thiết kế được nói tới hôm nay. Tuy nhiên, bạn sẽ không thể quên được trải nghiệm âm trầm khi nghe trên các hệ thống đó

Bass Reflex / Vented

Để giải quyết bài toán độ sâu bass tốt với một cỡ thùng vừa phải, chi phí sản xuất rẻ, người ta đã nghiên cứu ra nguyên lý thùng Bass Reflex. Với thùng sealed, hiệu năng của loa gần như được quyết định hoàn toàn bởi sóng âm phát ra từ mặt trước của màng loa. Năng lượng của âm thanh phát ra từ sau lưng màng loa gần như không đóng góp gì đáng kể vào hiệu suất của âm trầm. Nhưng điều đó không còn đúng với thùng Bass Reflex.

Cấu tạo thùng bass reflex

Giống như động cơ tăng áp (Turbo-charged) của ô tô, người ta tận dụng luồng khí xả thải của động cơ để bơm khí vào động cơ nhằm tăng sức mạnh cho động cơ mà không phải tăng số lượng và dung tích xy-lanh.

Các nhà thiết kế loa cũng cố gắng tận dụng năng lượng được cho là hao phí phía sau màng loa để tăng cường độ nhạy, hiệu suất của loa ở low frequency mà không phải tăng số lượng củ loa hoặc tăng mức công suất tiêu thụ. Bass reflex, passive radiator, modern transmission line hay backloaded horn, v.v… đều có chung mục đích đó.

Thùng Bass Reflex đơn giản là một khoang khí có 1 hoặc nhiều ống thông với bên ngoài giúp không khí có thể ra/vào thùng một cách tự do.

Mặt cắt thùng bass-reflex

Đường thông khí này thường có cấu tạo là 1 hoặc nhiều ống tròn hoặc khe vách gỗ, gắn vào mặt hoặc lưng của thùng loa. Và thường được gọi một cách thân thiện là lỗ thông hơi. Kích thước của thùng loa, của đường thông hơi được tính toán để khiến thùng loa cộng hưởng và tạo ra âm thanh ở một khoảng tần số mong muốn của nhà sản xuất.

Các cấu phần về âm thanh của thùng Bass Reflex

Tần số cộng hưởng trung tâm phát ra từ thùng loa này dù trễ về thời gian nhưng lại đồng cực (nói nôm na là đồng pha) với tần số tương tự của âm thanh phát ra từ củ loa. Do đó, chúng cộng gộp với nhau và giúp loa tái tạo được âm trầm có cường độ lớn hơn, tạo cảm giác bass sâu hơn nhưng áp lực của bass sau đó giảm đi cũng nhanh, gấp gáp hơn ở mức khoảng 24dB/Oct so với 12dB/Oct của thùng sealed. Tức là nhanh gấp 2 lần so với thùng sealed.

Đáp tuyến của thùng loa Sealed, Bass Reflex, Passive Radiator

Các đường ống/khe thông khí này thường có tỉ lệ kích thước nhỏ so với thể tích của thùng, do đó nó không ảnh hưởng quá nhiều tới khả năng cách ly âm thanh ngược cực phát ra từ sau lưng củ loa và độ cứng của chiếc “lò xo khí” bên trong thùng. Bởi vậy, củ loa vẫn được bảo vệ bởi lò xo khí và âm thanh ngược cực vẫn được cách ly, tiêu hao đi ở mức chấp nhận được.

Ưu điểm:

1. Hiệu suất của âm trầm tốt hơn, cần ít công suất hơn thùng sealed để có âm lượng bass tương đương xung quanh khoảng tần số cộng hưởng của thùng
2. Trong phạm vi hiệu dụng, thùng bass reflex bảo vệ củ loa tốt hơn thùng sealed do màng loa rung động cực kỳ ít tại tần số cộng hưởng của thùng
3. Độ méo xung quanh khoảng tần số cộng hưởng của thùng thấp do màng loa rung động rất ít
4. Tỉ lệ giữa số tiền bỏ ra và độ sâu bass có được rất tốt
5. Với cùng một khoảng tần số cụ thể (ví dụ 40-20.000 Hz) của chiếc loa hoàn thiện, chi phí sản xuất của loa sử dụng nguyên lý bass reflex thường thấp hơn so với loa làm theo thùng sealed do để có được độ sâu bass như thùng bass reflex, loa thiết kế sealed thường phải làm thành hệ thống 3-way trở lên nếu không muốn thỏa hiệp với high-mid frequency
6. Thùng có lỗ/khe thông hơi giúp không khí lưu thông, hỗ trợ 1 phần quá trình tản nhiệt của củ loa

Cái giá phải trả:

1. Chất lượng bass không tốt bằng thùng Sealed do phase response và group delay biến thiên nhiều hơn, kém mượt hơn, dẫn tới phản hồi của âm trầm không tức thời, không gọn như thùng sealed
2. Dễ bị um hơn khi sử dụng trong phòng chất lượng kém vì bass trong pass-band phẳng hơn thùng sealed. Khi sóng đứng của phòng chưa được xử lý, sóng đứng đó sẽ ngay lập tức tạo ra 1 đỉnh cộng hưởng lớn hơn nhiều so với âm lượng trung bình của toàn hệ thống tạo ra cảm giác bị um
3. Thường yêu cầu thùng to hơn so với thùng sealed để có đáp tuyến của bass đủ mượt
4. Khi thiết kế không tốt, bass reflex enclosure có thể tạo ra tiếng phụt hơi khi chơi ở SPL cao và nghe rất um, bị hiện tượng one-note bass
5. Dễ bị thoát mid và upper bass qua lỗ cộng hưởng với các thiết kế 1-Way, 2-Way hoặc 3-Way khiến độ chính xác tổng thể của loa bị ảnh hưởng
6. Bản thân lỗ thông hơi cũng có tần số cộng hưởng và phát ra âm thanh của chính nó, dẫn tới giảm độ rõ ràng, giảm độ chính xác của loa
7. Hoàn toàn không có cơ chế bảo vệ củ loa khỏi hư hại cơ học với các tần số nằm dưới phạm vi tần số hiệu dụng của thiết kế. Nếu không có HPF, công suất sử dụng an toàn của thùng bass reflex sẽ không tốt bằng 1 thùng sealed tương đương. Bởi vậy, các loa passive sử dụng thiết kế bass reflex mà không có Highpass Filter rất dễ ra đi chân lạnh toát khi chơi nguồn phát có nhiều tần số trầm hoặc siêu trầm với âm lượng lớn hoặc rất lớn. Nhưng khi chúng ta bảo vệ củ loa bằng Highpass Filter, filter này lại thêm noise (nếu là active filter) và thêm delay ở low frequency khiến vấn đề độ trung thực của bass càng trở nên trầm trọng hơn
8. Méo phi tuyến tính thay đổi rất khó lường tùy theo sự thay đổi về nhiệt độ của hệ thống

Passive Radiator

Tương tự như Sealed, thùng Passive Radiator (PR) có thiết kế dạng thùng kín khí hoàn toàn với 1 khoang khí duy nhất. Tuy nhiên, điểm khác biệt là thùng PR có thêm 1 hoặc nhiều màng rung treo có khả năng rung theo màng của củ loa chính.

Cấu tạo cơ bản của thùng Passive Radiator

Tại sao nó rung theo được? Khi màng loa chính rung, áp suất không khí bên trong thùng cũng biến động liên tục theo màng loa chính và tác động lên màng rung treo. Thùng loa kết hợp với các màng rung treo sẽ tạo ra 1 hệ thống cộng hưởng với tần số cộng hưởng cụ thể.

Passive Radiator so với 1 củ loa thực

Màng rung treo này được gọi là Passive Radiator. Nói là Passive vì:

• Nó là thiết bị thụ động, không cần nguồn nuôi. Cái màng loa chính nó phải rung thì màng PR này mới rung theo được
• Bản chất nó giống y như 1 củ loa thông thường nhưng không có motor, không có voice coil

PR là 1 hệ thống cộng hưởng. Nhờ thiết kế lai tạp giữa cả sealed và bass reflex, đặc tính kỹ thuật của nó cũng có nhiều điểm tương đồng.

Ưu điểm:

1. Thùng kín nên ko dễ bị leak midrange, low mid, upper bass ra ngoài như bass reflex giúp âm thanh gốc của loa ở 2 dải này được bảo toàn tốt hơn
2. Không gặp các vấn đề về tiếng ồn và sóng đứng của lỗ cộng hưởng như bass reflex
3. Độ sâu bass được cải thiện với kích thước thùng nhỏ hơn thùng bass reflex
4. Độ lệch về phase ở Low Frequency tổng thể nhìn chung ít hơn bass reflex nhưng lại có 1 điểm nhỏ biến thiên bất thường
5. Nhờ passive radiator gắn thêm, củ loa chính được bảo vệ tốt hơn so với thiết kế bass reflex trên các loa thụ động. Thùng loa PR vẫn cần có mạch HPF bảo vệ, nhưng mục đích chính là bảo vệ khỏi sự hư hỏng của passive radiator chứ ko phải bảo vệ củ loa chính. Lợi ích này, tuy nhiên, không có ý nghĩa nếu so sánh với các loa bass reflex có mạch HPF Active

Cái giá phải trả:

1. Đắt. Thay vì 1 chiếc ống hoặc khe cộng hưởng đơn giản như thùng bass reflex, nhà sản xuất sẽ phải trang bị thêm 1 đến nhiều passive radiator, dẫn tới chi phí sản xuất đẩy lên cao hơn đáng kể
2. Bass roll-off nhanh hơn sealed design, do đó dải bass sẽ không tự nhiên bằng
3. Đáp tuyến luôn luôn có 1 điểm tụt áp suất nhỏ bất thường ở cận dưới của Low Frequency
4. Phase biến thiên bất thường và group delay khá là khó lường xung quanh tần số cộng hưởng của toàn hệ thống thùng loa
5. Chất lượng âm trầm bị thỏa hiệp bởi biến thiên về phase và group delay mạnh xung quanh tần số cộng hưởng
6. Thùng Passive radiator có nhiều thành phần có biến thiên phi tuyến tính bên cạnh lò xo khí như màng loa và hệ nhún của các passive radiator; do đó, độ trung thực của Low Frequency cũng sẽ không đồng nhất giữa các playback level khác nhau
7. Thông thường 1 thùng passive radiator dùng từ 2 passive radiator trở lên, thông số kỹ thuật, phản ứng của các passive radiator cũng sẽ hơi khác nhau 1 chút do dung sai không thể tránh khỏi trong quá trình sản xuất, vì thế, âm thanh của thùng passive radiator sẽ càng kém nhất quán khi phát âm thanh ở các mức âm lượng khác nhau
8. Méo phi tuyến tính thay đổi rất khó lường tùy theo sự thay đổi về nhiệt độ của hệ thống

Transmission Line

Giờ chúng ta sẽ bàn tới một thiết kế ít phổ biến hơn và cũng gây tranh cãi nhiều hơn so với 3 thiết kế trên: Transmission Line.

Transmission Line

Khi nói tới Transmission Line, chúng ta không thể không nhắc tới PMC, một hãng loa nổi tiếng của Anh với nhiều model loa sử dụng thùng transmission line tương đối thành công trong các mastering studios. Gần đây, họ bắt đầu ra nhiều model loa nearfield nhỏ hơn, nhắm tới thị trường studio cỡ nhỏ.

Đây là thiết kế khó nhất trong số 4 thiết kế trình bày trong video này. Và gần như các loa được quảng cáo là transmission line trên thị trường không thật sự là transmission line đúng nghĩa mà chỉ là giao thoa giữa 2 thiết kế transmission line và bass reflex để đảm bảo được yếu tố về độ sâu bass, cường độ bass tối đa với một kích thước nhỏ nhất có thể. Thiết kế transmission line hiện đại cũng khác nhiều so với transmission line cổ điển với những thỏa hiệp về chất lượng âm thanh riêng để đánh đổi lại về độ sâu bass với kích thước thùng nhỏ nhất có thể.

Nói 1 cách đơn giản nhất, một transmission line chuẩn sẽ hấp thụ tất cả các tần số phát ra từ sau lưng củ loa, đồng thời giảm biên độ dao động màng loa trên một khoảng tần số lớn, bảo vệ củ loa, giảm méo phi tuyến tính, cải thiện độ sâu của bass. Ở dạng thức đơn giản nhất, bạn lấy 1 đường ống hoặc máng dẫn dài vô tận, gắn củ loa vào 1 đầu, đầu kia của ống hoặc máng dẫn thì để hở, lòng ống gắn vật liệu hấp thụ âm thanh.

Không ai có nhà đủ rộng để làm thùng transmission line đúng nghĩa

Tuy nhiên, trên thực tế, chúng ta không thể làm như vậy vì nhà mấy ai đủ lớn để chứa cái loa đó. Nhưng nếu làm nhỏ đi thì khó có thể hấp thụ hết được năng lượng hao phí này. Bởi vậy, người ta quyết định thỏa hiệp với thiết kế transmission line chuẩn bằng cách tạo ra một máng dẫn có 1 đầu hở và có kích thước giới hạn ở mức khả thi so với mục tiêu thiết kế.

Thiết kế Thùng Transmission Line thay đổi để phù hợp với bối cảnh sử dụng

Để nhìn cái loa nó ra dáng loa thay vì là 1 dụng cụ thí nghiệm kỳ dị, và cũng là để dễ dàng kê trong nhà hơn, người ta gấp cái máng đó lại thành nhiều đoạn ngắn, dẫn âm thanh đi theo các đường lượn sóng. Lỗ hở thường nằm ở cuối đường ống, phía trước mặt hoặc sau lưng thùng loa. Bên trong lòng máng sẽ được gắn vật liệu tiêu âm để hấp thụ âm thanh, giảm thiểu tác dụng phụ của sóng đứng nội thùng và cũng là để cân chỉnh hiệu năng của loa.

Do máng dẫn có độ dài hữu hạn, chỉ 1 phần của năng lượng phát ra phía sau màng loa thực sự được hấp thụ. Những âm trầm sâu nhất vẫn thoải mái thoát ra khỏi thùng loa qua lỗ hở. Thùng loa sẽ chỉ thực sự là transmission line trong một khoảng tần số hữu hạn mà nó có khả năng hấp thụ hoàn toàn mà thôi.

Lúc này, cái máng loằng ngoằng của chúng ta sẽ có vai trò như một Low-Pass Filter (LPF), lọc bỏ 1 phần âm trầm và lọc bỏ gần như hoàn toàn âm trung, âm cao, cho phép 1 khoảng tần số nhất định của âm trầm sâu nhất đi qua.

Độ dài máng dẫn được tính toán để 1 khoảng tần số cụ thể mong muốn thoát ra khỏi thùng đồng pha với âm thanh của phát ra từ mặt trước của củ loa nhưng trễ về mặt thời gian. Trong đó, tần số trung tâm được nhắm tới sẽ đồng pha hoàn toàn. Khoảng tần số, hay năng lượng âm thanh thoát ra này cộng gộp với âm thanh của củ loa và cải thiện độ sâu của âm trầm tổng thể. Nôm na, cái máng dẫn hở đuôi này đã tạo ra 1 củ loa ảo bổ sung cho hệ thống.

Mô tả vừa rồi của tôi về thiết kế transmission line hiện đại là mô tả ở mức cơ bản nhất có thể. Người ta có rất nhiều phương pháp để tối ưu, cân chỉnh hiệu năng cho thùng transmission line. Nhưng để nói hết ra thì bài viết sẽ quá dài. Chúng ta sẽ đi tiếp tới những thứ được và mất của hệ thống này.

Ưu điểm

• Bass sâu hơn thùng sealed ở F3, F6 và đôi khi là cả F10 tùy theo cách cân chỉnh
• Trải nghiệm về âm trầm nhất quán từ mức âm lượng thấp tới cao so với bass reflex và passive radiator
• Âm trầm của thùng transmission line thiết kế tốt có cảm giác chính xác hơn so với âm trầm của bass reflex và passive radiator
• Độ méo của Low Frequency thấp hơn so với các thiết kế thùng loa ở trên
• Nếu dùng cùng vật liệu, thùng transmission line thường cứng hơn, ít làm sai lệch âm thanh gốc hơn do bản thân các đường gấp của máng dẫn đóng vai trò là các tấm giằng cỡ lớn cực kỳ chắc chắn

Cái giá phải trả

• Đáp tuyến cận trên của bass và vùng low mid rất khó phẳng do sóng âm thoát ra từ lỗ hở chỉ in-phase với âm thanh từ mặt trước củ loa trong 1 khoảng tần số nhất định. Do đó, âm thanh ngược cực ở cận trên của bass và low mid mà chưa được máng dẫn hấp thụ hoàn toàn sẽ giao thoa với âm thanh từ củ loa gây ra những điểm biến thiên bất thường trong đáp tuyến của loa. Độ phẳng của đáp tuyến loa thường sẽ bị trả giá bằng hiệu suất của bass vì càng cố hấp thụ cho hiệu quả năng lượng không mong muốn thì bạn càng giảm cường độ của năng lượng thoát ra khỏi ống dẫn
• Cũng chính vì lý do bên trên, low frequency của thùng transmission line có xu hướng giảm áp suất nhanh chóng ngoài phạm vi hiệu dụng của thùng do sóng siêu trầm ngược cực thoát ra từ lỗ hở triệt tiêu khoảng tần số tương ứng phát ra từ trước mặt củ loa
• Để có thiết kế transmission line tối ưu, hãng sản xuất sẽ phải thiết kế các củ loa với thông số kỹ thuật và cấu tạo riêng, dẫn tới nâng cao chi phí sản xuất vì các củ loa thông thường đại đa số chỉ phù hợp với thùng bass reflex hoặc passive radiator và sealed
• Kích thước thùng thường lớn nếu muốn đạt độ sâu bass tương đương với các thùng bass reflex hoặc passive radiator
• Thiết kế khó vì có quá trời biến tham gia vào quá trình tác động lên hành vi của củ loa. Nó phức tạp hơn mô tả đơn giản của tôi ở trên rất nhiều. Chính vì nhiều biến, nên đứng trên khía cạnh sản xuất hàng loạt, rất khó để đảm bảo hiệu năng đồng nhất của hàng trăm, hàng nghìn chiếc loa xuất ra trong 1 dây chuyền sản xuất
• Các thùng transmission line cỡ nhỏ dễ gặp vấn đề lớn liên quan tới âm thanh phản dội mạnh vào lưng củ loa khiến độ chính xác bị ảnh hưởng và màng loa nếu không được thiết kế phù hợp sẽ dễ bị biến dạng trong quá trình vận hành dưới áp suất cao, biên độ dao động lớn khiến độ méo phi tuyến tính tăng lên đáng kể
• Ngược lại, thùng transmission line khi làm kích thước lớn sẽ dễ gặp vấn đề với các sóng đứng nội thùng có tần số thấp rất khó hấp thụ hoàn toàn, nó đóng góp vào sai lệch đáp tuyến, làm phức tạp hóa quá trình thiết kế
• Khi thiết kế ko tốt, thùng transmission line sẽ cho hiệu năng kém hơn thùng bass reflex hoặc passive radiator trong khi kích thước lại to hơn rất nhiều

Túm cái váy

Phù, vậy là chúng ta đã vừa cùng nhau cưỡi ngựa xem hoa xong 4 loại thùng loa phổ biến nhất hiện nay. Tôi đã cố gắng lược đi nhiều nhất có thể những chi tiết phức tạp để giúp mọi người hiểu được những nét đặc trưng cơ bản nhất của từng loại thiết kế. Nếu đi sâu hơn, rất có thể, video này sẽ không chỉ là 10 phút mà là 10 tiếng đồng hồ.

Để nói nguyên lý thùng nào tốt nhất là điều không thể. Nó giống như bạn hỏi xe ô tô nào tốt nhất vậy. Xe đua F1 chạy nhanh nhưng không thể đi được đường làng. Xe ô tô off-road chạy track hay drag thì ko thể đua với xe F1… Mỗi nguyên lý sẽ có ưu điểm và nhược điểm khác nhau, do đó sẽ phù hợp với từng đầu bài khác nhau.

Thiết kế loa tốt là một thiết kế hệ thống đảm bảo sự phối kết hợp hoàn hảo giữa tất cả các cấu phần của loa chứ không chỉ có riêng một thành phần nào như củ loa, phân tần, thùng loa. Dù là nguyên lý thùng nào, nhưng khi được thiết kế tốt, phù hợp với mục tiêu thiết kế, phù hợp với củ loa, phù hợp với mức ngân sách, bạn đều sẽ có âm thanh chất lượng. Tất nhiên là chất lượng trong phạm vi ngân sách và ứng dụng của loa đó.

Hi vọng bài viết này đã giúp các bạn hiểu thêm được về lĩnh vực thiết kế loa và lựa chọn được cho mình những model sản phẩm phù hợp.

Xin chào và hẹn gặp lại.