Phần 7. Tần số âm thanh và các bộ lọc tần số

Tần số âm thanh và các bộ lọc tần số

Trong bài viết này iCar Việt Nam sẽ làm rõ các khái niệm và các thuật ngữ cần dùng đến khi căn chỉnh âm thanh trên ô tô, đặc biệt với các xe có sử dụng đầu DVD android Ownice C800 cũng như sử dụng âm lý rời và các loa phân tần. Nội dung bài viết gồm 2 phần: 1- Tần số âm thanh là gì, các dải tần số trong âm thanh; 2 – Các bộ lọc tần số, các bộ phân tần cho loa

1. Tần số âm thanh

Tần số âm thanh (viết tắt: AF) hoặc tần số nghe được là yếu tố vật lý được đặc trưng bởi rung động tuần hoàn có tần số nghe được với người thường. Đơn vị SI (hệ đơn vị quốc tế) của tần số âm thanh là Hertz (Hz). Đây là tính chất chủ yếu của âm thanh quyết định đến cao độ.

Quãng tần số nghe được tiêu chuẩn được chấp nhận là 20Hz đến 20.000 Hz, mặc dù quãng tần số mỗi người nghe được bị ảnh hưởng lớn bởi các yếu tố môi trường và tuổi tác. Tần số dưới 20 Hz thường có thể được cảm nhận thấy thay vì nghe thấy. Tần số trên 20.000 Hz đôi khi có thể được cảm thấy bởi người trẻ.

Bảng tần số âm thanh

Tần số (Hz) Quãng tám Mô tả
16 – 32 Thứ nhất Ngưỡng dưới của khả năng nghe của con người, và nốt thấp nhấp của đàn đại phong cầm.
32 – 512 Thứ 2 – 5 Tần số nhịp điệu, nơi có các nốt thấp và cao của giọng nam trầm.
512 – 2048 Thứ 6 – 7 Độ nghe rõ tiếng nói con người, có tiếng kim.
2048 – 8192 Thứ 8 – 9 Âm thanh lời nói, nơi có âm môi và âm xát.
8192 – 16384 Thứ 10 Chói, tiếng chuông và cái chũm chọe và âm xuýt
16384 – 32768 Thứ 11 Trên chói, đạt tới âm thanh âm u và hơi quá ngưỡng nghe của con người

Hình 1. Biểu đồ quãng âm của âm nhạc

2. Bộ lọc tần số

Bộ lọc tần số là một bộ phận có chức năng cho qua hoặc chặn lại một dải tần số nào đó. Nói cách khác, bộ lọc tần số cho phép tách được các âm thanh có tần số khác nhau ra khỏi tín hiệu đầy đủ ban đầu. Dựa vào đáp ứng tần số, có thể chia bộ lọc ra làm các loại sau:

+ Bộ lọc thông thấp LPF (Low Pass Filter): Bộ lọc thông thấp chỉ cho các tần số thấp hơn tần số cắt fL đi qua, các tần số cao hơn sẽ bị chặn lại.

+ Bộ lọc thông cao HPF (High Pass Filter): Bộ lọc thông cao chỉ cho các tần số cao hơn tần số cắt fH đi qua, các tần số thấp hơn sẽ bị chặn lại.

+ Bộ lọc thông dải BPF (Band Pass Filter): Bộ lọc thông dải chỉ cho các tần số nằm trong dải thông fL – fH đi qua, các tần số cao hơn và thấp hơn sẽ bị chặn lại. Bộ lọc thông dải bản chất là sự kết hợp của hai bộ lọc độc lập, bao gồm một bộ lọc thông cao có tần số cắt fL kết hợp với một bộ lọc thông thấp có tần số cắt fH.

+ Bộ lọc chặn dải BSF (Band Stop Filter): Bộ lọc chặn dải fL – fH chỉ cho các tần số nằm ngoài dải chặn đi qua, các tần số nằm trong dải sẽ bị chặn lại. Bộ lọc chặn dải bản chất là sự kết hợp của hai bộ lọc độc lập, bao gồm một bộ lọc thông thấp có tần số cắt fL kết hợp với một bộ lọc thông cao có tần số cắt fH.

Hình 2. Đồ thị làm việc của các bộ lọc lý tưởng

Trong phần trên các bạn gặp thuật ngữ tần số cắt, vậy “Tần số cắt” là gì? Trên hình 2 thể hiện là bộ lọc lý tưởng (tức là tín hiệu mất hoàn toàn tại tần số cắt) tuy nhiên, trong thực tế các bộ lọc không làm được như vậy, tần số sẽ bị suy hao dần theo một đường cong, điểm mà biên độ (độ lớn) của tín hiệu bị suy giảm đi 3dB (Đề xi ben) được gọi là tần số cắt của bộ lọc.

Bộ lọc trong âm thanh được sử dụng để chia tần cho các loa bởi vì mỗi một loa đều được thiết kế cho các mục đích tái tạo âm thanh khác nhau, chúng thường có tần số cắt đi kèm theo catalog của nhà thiết kế. Nhiệm vụ của bộ lọc là loại các tín hiệu có tần số nằm ngoài khoảng làm việc của loa, chỉ đưa vào loa các tín hiệu có tần số nằm trong vùng làm việc của nó. Vì sao cần loại bỏ? bởi vì các tần số cao hơn tần số cắt của loa thì loa sẽ không phát ra được, nếu để nó đi qua loa vừa tăng áp lực cho loa (dẫn đến quá tải) trong khi không đem lại âm thanh cho người nghe.

Về cơ bản trên thị trường hiện nay có các loại loa như sau:

* Loa siêu trầm (loa SUB): Mục đích của loa siêu trầm là để tái tạo các âm thanh có tần số thấp (thường dưới 160Hz) như tiếng bom nổ, tiếng gầm của động cơ,….) các loa siêu trầm có tần số cắt thiết kế thường ≤ 300Hz, điều này có nghĩa là bộ lọc chia tần cho loa này cần “bộ lọc thông thấp” để cho các tín hiệu có tần số dưới 300Hz ra loa, các tần số cao hơn cần phải được loại bỏ. Thực tế người ta hay cắt tần số ≤ 160Hz cho loa siêu trầm đảm nhiệm.

* Loa trung tâm (loa Center): Trong các hệ thống âm thanh, loa Center làm nhiệm vụ tái tạo âm thanh hội thoại (tiếng hội thoại của con người) vì vậy nó có tần số làm việc thường trong khoảng 1 – 5kHz, các tần số thấp hơn hoặc cao hơn cần được lọc bỏ. Trong thực tế người ta hay sử dụng “bộ lọc thông giải” từ 1,25 ÷ 4 kHz cho loa Center. Bộ lọc thông giải này gồm một bộ lọc thông cao 1,25kHz kết hợp với một bộ lọc thông thấp 4kHz, đây là điểm cần chú ý khi cài đặt các bộ lọc trên đầu DVD.

* Loa trung tần (loa Mid): Tái tạo âm thanh trong khoảng 300Hz đến 10 Kz. Trong thực tế người ta hay sử dụng “bộ lọc thông giải” từ 630 Hz đến 6,3kHz cho các loa này.

* Loa cao tần (loa Tweeter): Tái tạo các âm lách tách, leng keng, gió thổi, huýt sáo, kính vỡ… không thể thiếu loa này, tần số làm việc của loa cao tần thường trên 5kHz. Trong thực tế người ta hay lọc thông cao trên 6,3kHz cho loa cao tần.

* Loa toàn dải (Full Range): Đây là loa thường gặp trong các hệ thống nghe nhạc stereo mà chỉ gồm 2 loa. Loa có khả năng tái tạo toàn bộ âm thanh con người nghe được từ 20Hz đến 20.000Hz. Tuy nhiên với cùng một công suất phát nhạc so với loa phân tần thì loa toàn dải phải to hơn và thường thì nó sẽ không mạnh mẽ bằng các loa phân tần được thiết kế chuyên dụng cho một dải tần hẹp cụ thể. So sánh một cách khập khiễng với con người, thì một người có khả năng làm mọi việc và làm mọi việc thì làm thường không tốt bằng một người có chuyên môn và chỉ tập trung vào chuyên môn của họ.

Mạch lọc tuyến tính có lẽ là phổ biến nhất cho lọc tín hiệu. Có các loại lọc được thiết kế để loại bỏ các tần số nhất định, như một bộ lọc tuyến tính. Các tính chất phi tuyến sẽ đem lại cho tín hiệu đầu ra chứa các tần số mà không có trong tín hiệu đầu vào. Phương pháp thiết kế hiện nay cho các bộ lọc liên tục tuyến tính được gọi là tổ hợp mạng (bản chất của phương pháp này là nhằm thu được các giá trị thành phần của đa thức tỉ lệ cho trước đại diện cho hàm truyền đạt mong muốn). Các bộ lọc theo cách này:

– Chebyshev, có xấp xỉ tốt nhất cho đáp ứng lý tưởng của bất cứ bộ lọc nào với bậc và độ gợn sóng xác định

– Butterworth, có đáp ứng tần số phẳng tối đa

– Bessel, có trễ pha phẳng tối đa

– Elliptic, có độ dốc tại tần số cắt tốt nhất với cùng bậc và độ gợn xác định

Sự khác biệt giữa các lớp bộ lọc này là chúng đều dùng những đa thức để xấp xỉ các đáp ứng bộ lọc lý tưởng. Điều này dẫn tới mỗi loại có một hàm truyền đạt riêng

Hình 3. Đường đặc tính làm việc của các kiểu bộ lọc

Butterworth có độ thoải cao hơn (lọc kém hơn) Chebyshev và Elliptic nhưng điểm lợi là không nhấp nhô

Ứng dụng của các bộ lọc tần số trong âm thanh ô tô được sử dụng để lọc nhiễu và thường thấy nhất là các bộ lọc phân tần cho loa (loa siêu trầm, loa trầm, loa trung, loa bổng).

Các nội dung khác có thể bạn quan tâm:

======================================================================================

Phần 1. Âm thanh kỹ thuật số là gì?

09/14/2018 bởi icar.vn admin

Phần 2. Sự Khác Biệt Giữa Công Nghệ Âm Thanh Kỹ Thuật Số (Digital) Và Âm Thanh Tương Tự (Analog)

09/14/2018 bởi icar.vn admin

Phần 3. Tác dụng bộ nén âm thanh (Compressor) trong xử lý âm thanh kỹ thuật số (DSP)

09/14/2018 bởi icar.vn admin

Phần 4. Hướng dẫn cài đặt và sử dụng bộ xử lý âm thanh kỹ thuật số (DSP) đầu android C500+ ô tô

09/17/2018 bởi icar.vn admin

Phần 5. Bộ nén (Compressor) và bộ giới hạn (Limiters)

09/19/2018 bởi icar.vn admin

Phần 6: Bộ xử lý tín hiệu số (DSP)

09/14/2018 bởi icar.vn admin

Phần 7: Tần số âm thanh và bộ lọc tần số

13/02/2019 bởi icar.vn admin

Phần 8: Hướng dẫn căn chỉnh bộ xử lý DSP trên đầu DVD Android Ownice C800

13/02/2019 bởi icar.vn admin

======================================================================================

One thought on “Phần 7. Tần số âm thanh và các bộ lọc tần số

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Call Now Button