Better Sound for Commercial Installations
Part 2: Amplifers and Speakers
02. Bố trí loa và mức áp suất âm thanh
Việc bố trí loa cho bất kỳ không gian nào cần được lên kế hoạch theo kích thước, hình dạng và mục đích sử dụng của không gian để cung cấp đủ và nhất quán mức áp suất âm thanh trong toàn bộ khu vực nghe. Hiệu suất của hệ thống loa quan trọng, nhưng vị trí và cách bố trí là yếu tố quyết định âm thanh đạt chất lượng cao.
Vị trí cho âm thanh có tính định hướng hoặc không định hướng
Bước đầu tiên khi lập kế hoạch cho hệ thống loa là quyết định xem người nghe có thể xác định được nguồn phát âm thanh hay không. Cho dù hệ thống loa là định hướng hay không định hướng.
Lắp đặt không định hướng (âm thanh phân tán)
Trong trường hợp này, các loa được bố trí khắp khu vực nghe để đạt được mức áp suất âm thanh bằng nhau ở mọi vị trí nghe. Việc lắp đặt như vậy được gọi là "hệ thống loa phân tán". Hệ thống phân tán được thiết kế chú trọng đến việc đảm bảo duy trì cùng một mức âm lượng và chất lượng âm thanh trong toàn bộ không gian nghe hơn là đạt được tính định hướng. Hệ thống phân tán chủ yếu được sử dụng để phát thông báo và nhạc nền.
Lắp đặt định hướng
Trong kiểu lắp đặt này, tất cả các loa sẽ quay về cùng một hướng và thậm chí có thể được nhóm lại với nhau thành một phần. Người nghe sẽ nghe rõ âm thanh đang phát ra từ một hướng cụ thể. Kiểu lắp đặt này thích hợp cho các sự kiện trực tiếp và các tình huống khác chú trọng tính định hướng âm thanh và nơi người nghe sẽ ngồi hoặc ở trong một khu vực hạn chế.
Một số cài đặt kết hợp cả hai phương pháp ở trên. Ví dụ: trong một hệ thống định hướng mà các loa chính không thể cung cấp đủ mức áp suất âm thanh hoặc mức độ rõ ràng trong toàn bộ không gian, có thể bố trí các loa phụ để "lấp đầy khoảng trống". Loa bổ sung thường được yêu cầu trong không gian rất lớn hoặc có âm vang để đồng nhất âm thanh cho toàn bộ không gian mà vẫn duy trì cảm giác định hướng.
Hướng dẫn chính cho bố trí loa là SPL
Khi đã chọn được kiểu bố trí thì bước tiếp theo là chọn loại và số lượng hệ thống loa sẽ sử dụng. Tiêu chí quan trọng nhất để lựa chọn là mức áp suất âm thanh (SPL). Mục đích chính của hệ thống âm thanh là truyền âm thanh đến người nghe và nó phải có khả năng làm được điều đó trên bất kỳ tiếng ồn xung quanh nào. Do đó, cần phải đo tiếng ồn xung quanh trong nhiều điều kiện khác nhau, ví dụ như lượng khách hàng và thời gian trong ngày, và thiết kế hệ thống âm thanh sao cho mức áp suất âm thanh cao hơn mức tiếng ồn xung quanh một lượng xác định. Đối với các thông báo chung, hệ thống âm thanh phải có khả năng cung cấp mức áp suất âm thanh cao hơn 6dB so với tiếng ồn xung quanh và đối với nhạc nền, SPL phải cao hơn tiếng ồn ít nhất 3dB.
Với thông tin trên, chúng ta sẽ xem xét mức độ ồn trung bình của nền và mức áp suất âm thanh cần thiết của hệ thống âm thanh đối với nhiều loại cơ sở khác nhau.
Bây giờ chúng ta đã biết gần đúng mức áp suất âm thanh mình cần, vậy làm cách nào để xác định số lượng hệ thống loa mà chúng ta cần triển khai để đạt được mức áp suất đó? Đây là nơi chúng ta cần kiến thức chuyên môn của một chuyên gia để đưa ra dữ liệu chính xác, dưới đây chúng tôi sẽ tóm tắt cách tiếp cận cơ bản để lắp đặt loa phân tán bằng cách sử dụng loa gắn bề mặt và loa âm trần.
Lắp đặt phân tán loa gắn bề mặt
Số lượng hệ thống loa sử dụng phải được xác định sao cho đạt mức áp suất âm thanh nhất quán trong toàn bộ khu vực nghe. Đối với giá treo tường, phần cứng lắp đặt được chọn cho phép lắp đặt ở độ cao tối ưu với khả năng điều chỉnh góc thích hợp. Ngay cả trong phạm vi phủ sóng của một hệ thống loa, mức độ sẽ giảm theo khoảng cách, do đó sẽ có sự khác biệt giữa SPL tại các điểm nghe gần nhất và xa nhất. Điều quan trọng là đảm bảo rằng mức độ sẽ không quá cao hoặc quá thấp ở những điểm đó. Chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn về sự suy giảm theo khoảng cách sau.
Lắp đặt phân tán loa âm trần
Như bạn thấy trong sơ đồ, trần nhà thấp hơn - tức là khoảng cách giữa loa trần và điểm nghe ngắn hơn - dẫn đến vùng phủ sóng cho mỗi loa sẽ nhỏ hơn. Do đó, trần nhà thấp hơn yêu cầu số lượng loa nhiều hơn cho phạm vi phủ sóng đồng đều. Sử dụng loa gắn trên bề mặt ở nơi trần thấp trong một số trường hợp sẽ hiệu quả hơn. Nhưng chiều cao trần không phải là yếu tố duy nhất ảnh hưởng đến phạm vi phủ sóng. Chiều cao của điểm nghe - cho dù người nghe đang đứng hay ngồi - phải cũng được tính đến. Và tất nhiên nếu trần nhà cao, phạm vi phủ sóng của mỗi loa lớn hơn nhưng mức output cần cao hơn để cung cấp đủ SPL tại điểm nghe. Cần cân nhắc tất cả các yếu tố này, số lượng và cách bố trí của loa âm trần phải được xác định để cung cấp đủ mức áp suất âm thanh trong toàn bộ khu vực nghe.
Suy giảm theo khoảng cách trong hệ thống định hướng
Việc tính toán mức áp suất âm thanh cho các hệ thống định hướng trong đó các loa đều hướng về cùng một hướng và/hoặc được tập trung lại với nhau thì khác hoàn toàn với các hệ thống được thiết kế cho thông báo hoặc nhạc nền (BGM). SPL tối đa 100dB thường được coi là mục tiêu phù hợp cho âm thanh chất lượng cao trong các hệ thống như trên. Nhưng chỉ đạt được SPL 100dB ở hàng ghế đầu là không đủ. Mức độ âm thanh rời khỏi loa sẽ giảm dần theo khoảng cách. Cụ thể, mức âm thanh giảm theo bình phương của khoảng cách trong điều kiện "tiêu chuẩn", bỏ qua ảnh hưởng của phản xạ. Điều này có nghĩa là cứ tăng gấp đôi khoảng cách thì SPL sẽ bị suy giảm khoảng 6dB.
Tham khảo biểu đồ, chúng ta có thể thấy rằng mặc dù SPL ở hàng ghế trước, cách loa 1 mét, là 100dB, suy giảm ở khoảng cách 32 mét là 30dB, chúng ta chỉ còn SPL là 70dB. Chúng ta có thể thiết kế hệ thống để cung cấp 130dB để tạo nên sự khác biệt, nhưng khi thực sự cung cấp SPL 100dB ở 32 mét, người nghe ở phía trước sẽ nghe với mức 130dB cao gây khó chịu. Như chúng ta đã học trong "Phần 1 - Khái niệm cơ bản về âm thanh", mức âm thanh tối đa mà một người bình thường có thể chịu được là khoảng 120dB, vì vậy 130dB quá cao so với sự thoải mái của người nghe và thậm chí có thể gây hại cho thính giác.
Sự suy giảm âm thanh theo khoảng cách phải luôn được tính đến khi thiết kế hệ thống âm thanh định hướng và hệ thống loa bổ sung được đưa vào thiết kế theo yêu cầu.
Lựa chọn hệ thống loa để lắp đặt nhiều loa
Hai cân nhắc quan trọng nhất để kết hợp nhiều hệ thống loa trong một không gian rộng lớn là đặc tính và phase của âm thanh.
Đặc tính nhất quán của âm thanh
Vì các hệ thống loa khác nhau thường cho âm thanh khác nhau, khi chúng được sử dụng cùng nhau trong một không gian duy nhất, có thể có sự khác biệt về đặc tính âm thanh giữa các vùng bao phủ của mỗi loại.
Giao thoa phase
Khi cùng một tín hiệu âm thanh được phát ra bởi hai hệ thống loa hoặc hai bộ loa khác nhau, giao thoa phase có thể là một vấn đề. Ví dụ: nếu có sự khác biệt về khoảng cách từ điểm nghe giữa hai hệ thống loa khác nhau cung cấp cùng một tín hiệu, thì hiện tượng giao thoa phase sẽ xảy ra và một số tần số nhất định có thể bị suy giảm hoặc bị loại bỏ trong khi các tần số khác được tăng cường bất thường. Vấn đề này có thể đặc biệt nghiêm trọng giữa các hệ thống loa có đặc tính phase khác nhau đáng kể. Sự cố tương tự có thể xảy ra giữa các đơn vị loa trong cùng một thùng loa. Ví dụ, trong hệ thống 2-way, có một lượng chồng chéo nhất định giữa các dải tần số, do các đơn vị tần số cao và tần số thấp xử lý. Giao thoa phase trong vùng chồng chéo này, tại "điểm giao nhau" của hệ thống, có thể dẫn đến âm thanh không tự nhiên.
Ngoài các vấn đề về đặc tính âm thanh và giao thoa phase, chuyên gia âm thanh phải tính đến các đặc điểm acoustic của không gian và nhiều yếu tố khác khi lắp đặt và điều chỉnh hệ thống âm thanh. Nhưng trước khi bắt đầu, chuyên gia âm thanh phải đưa ra các lựa chọn thiết bị dựa trên sự hiểu biết thấu đáo về tất cả các đặc điểm acoustic ở trên.
Ví dụ, hệ thống dòng loa lắp đặt của Yamaha dành cho các cơ sở lắp đặt vừa và nhỏ, đã được thiết kế cẩn thận để đạt được đặc tính nhất quán âm thanh trong toàn bộ khu vực nghe. Quan trọng hơn, đặc điểm đồng nhất phase đã đạt được trong toàn đội hình. Điều này có nghĩa là các hệ thống loa khác nhau từ dòng cài đặt có thể kết hợp để mang lại chất lượng âm thanh vượt trội với nổ lực cài đặt và điều chỉnh tối thiểu.
Mức áp suất âm thanh đầu ra cho biết hiệu suất của loa
Bạn hầu như luôn thấy mức áp suất âm thanh hoặc "SPL" của hệ thống loa được liệt kê trong thông số kỹ thuật. Trong trường hợp này, SPL được sử dụng để chỉ hiệu suất của hệ thống loa.
Mức áp suất âm thanh output được chỉ định của hệ thống loa là mức áp suất âm thanh được đo ở khoảng cách 1 mét với tín hiệu âm thanh 1 watt được áp dụng cho input của hệ thống loa. Vì output của power amplifier luôn là 1 watt cho phép đo này, SPL đo được ở một mét cho biết hệ thống loa cụ thể đó chuyển đổi input điện thành output âm thanh hiệu quả như thế nào. Giá trị SPL càng cao thì hiệu suất của hệ thống loa càng cao. Biểu đồ cho thấy mức tăng của output power amplifier liên quan đến output loa. Về cơ bản, để tạo ra mức áp suất âm thanh tăng 3dB từ loa, công suất output của amplifier phải được tăng gấp đôi.
Nếu bạn so sánh các mức áp suất âm thanh output được chỉ định của một số loa, bạn sẽ nhận thấy rằng sự khác biệt về các con số là khá nhỏ. Nhưng nếu bạn cân nhắc tăng gấp đôi output bộ khuếch đại để tạo ra SPL output loa tăng 3dB, thì rõ ràng sự khác biệt thực tế là đáng kể.
Ví dụ: nếu hệ thống loa "A" có SPL output được chỉ định là 99dB trong khi hệ thống loa "B" có SPL output là 96dB, hệ thống loa "A" sẽ cung cấp cùng mức áp suất âm thanh như hệ thống loa "B" với chỉ một nửa công suất! Hệ thống loa "A" hiệu suất cao hơn. Nếu bạn cân nhắc hóa đơn tiền điện và các chi phí vận hành dài hạn khác, hệ thống loa "A" có thể là sự lựa chọn kinh tế hơn. Tất nhiên hiệu suất của một hệ thống loa không chỉ dựa trên các thông số SPL, mà đây chỉ là một yếu tố quan trọng cần xem xét.
Hai phần trước đã đề cập đến các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến việc lựa chọn hệ thống loa. Khi đã có hệ thống loa, tiếp theo là xem xét lựa chọn power amplifier. Power amplifier chỉ có thể xem xét liên quan đến hệ thống loa đang sử dụng. Chúng ta sẽ xem qua một số cấu hình kết nối amplifier với loa trong phần sau.
Nội dung
Hệ thống âm thanh phát thông tin bạn đang nghe đã được thiết kế và lắp đặt cẩn thận để phù hợp với nhu cầu của từng địa điểm.
Loạt bài này sẽ cung cấp thông tin giúp đạt được âm thanh tốt nhất trong các hệ thống lắp đặt thương mại, từ cơ bản đến lựa chọn thiết bị và cách lắp đặt, vận hành.