Hiện nay,nhu cầu thiết kệ hệ thống âm thanh cho quán cafe,nhà hàng ngày càng nhiều.Việc lắp đặt loa tưởng chừng khá đơn giản,tuy nhiên việc hiểu rõ được các nguyên lý về âm học để thiết kế đáp ứng về các yêu cầu kỹ thuật thì không phải đơn vị nào cũng làm được.
Trong bài viết này, mình chỉ chú trọng tới nguyên tắc thiết kế một hệ thống âm thanh cho tòa nhà như thế nào, chủ yếu là các chú ý liên quan tới âm học để đảm bảo yêu cầu cho hệ thống.
1. Nguyên lý hoạt động
- Tín hiệu phát đi từ trung tâm thông qua mạng cáp truyền đến từng vùng hoặc toàn bộ các vùng loa trong chung cư.
- Toàn bộ các loa trong một khu vực được kết nối thành một Zone(vùng) sau đó đưa về trung tâm.
- Trung tâm sử dụng các bộ tăng âm có bộ chọn các vùng loa để tiện cho việc thông báo đến từng khu vực cần thiết. Ngoài ra các bộ tăng âm này có khả năng kết nối với các thiết bị ngoại vị khác như Microphone, đầu đĩa, bộ dò sóng Radio hay ghi băng...
2. Micro
2.1. Đối với đầu dây Micro, Micro
Mức rằt dây micro khá yếu, vì vậy, rất quan trọng phải sử dụng dây bọc chống nhiễu để tránh tạp âm. Dây bọc trở kháng thấp cho micro đã được sử dụng, dây bọc thường được sử dụng để chuyển tín hiệu âm thanh từ micro (-70 dB / 0.3 mV) hoặc thiết bị nguồn tín hiệu (0 dB / 1V).
2.2. Ngõ ra cân bằng và không cân bằng
Có hai loại ngõ ra từ micro: cân bằng và không cân bằng. Đối với ngõ ra cân bằng, tín hiệu âm thanh xuất hiện giữa dây nóng (tín hiệu đến) và dây lạnh (tín hiệu phản hồi) mà cả hai đều độc lập so với đầu dây nối đất. Đối với ngõ ra không cân bằng, tín hiệu âm thanh xuất hiện giữa dây nóng và đất (được nối với dây lạnh). Kết nối giữa ngõ vào và ra cân bằng (tại tăng âm) không bị ảnh hưởng bởi tạp âm ngoài, và nó được sử dụng để kết nối khoảng dài. Dây bọc hai lõi được sử dụng để kết nối ngõ ra cân bằng; dây bọc 1 lõi dùng để kết nối ngõ ra không cân bằng.
2.3. Khoảng cách mở rộng đối với dây micro
Bảng kê dưới đây cho biết về khoảng cách cực đại cho dây nối. Khi khoảng cách vượt quá những chỉ số dưới đây, tiếng ồn sẽ làm micro mất hiệu quả và vì vậy phải sử dụng bộ trộn micro để tăng cường mức tín hiệu, giảm thiểu ảnh hưởng của tiếng ồn.
Đối với loa: Khi chuyển tải giọng nói qua nhạc hoặc qua loa, phải chuyển tải với mứccao hơn mức độ tiếng ồn xung quanh. Để truyền tiếng, cần 5 - 10 dB lớn hơn mức tiếng ồn, nhạc nền 3 -6 dB, nhạc biểu diễn 15 - 20 dB lớn hơn mức ồn.
Cường độ âm thanh (dB) là chỉ số biểu hiện mức độ âm thanh từ loa. Cường độ âm thanh tăng khi điện vào loa tăng và giảm khi khoảng cách từ loa tăng
3. Loa
3.1. Hướng dẫn về mức độ tiếng ồn và âm thanh cần thiết cho các loa
Mức độ tiếng ồn được đo bằng decibel (dB). Dưới đây là một số ví dụ tiêu biểu
Khi chuyển tải giọng nói hoặc nhạc qua loa, phải chuyển tải với mức độ cao hơn mức độ tiếng ồn xung quanh. Để truyền tiếng, cần 5-10 dB lớn hơn mức tiếng ồn, nhạc nền 3-6 dB, nhạc biểu diễn 15-20 dB lớn hơn mức ồn.
3.2. Tính toán cường độ âm thanh
Cường độ âm thanh (dB) là chỉ số biểu hiện mức độ âm thanh từ loa. Cường độ âm thanh tang khi điện vào loa tang và giảm khi khoảng cách từ loa tăng. Mối quan hệ này được biểu hiện bằng công thức sau:
Cường độ âm thanh (1W/1m) là chỉ cường độ âm thanh ở nơi cách loa 1m khi loa có điện vào lfa 1W. Chỉ số này phản ánh hiệu quả so sánh giữa các loa, ví dụ như trong catalogue.
3.3. Ví dụ minh họa
Cường độ âm thanh (1W/1m) của kiểu SC-615M là 112dB. Cường độ âm thanh của kiểu này trong khoảng cách 10m và điện vào loa là 10W có thể được tính theo bảng tính trên.
SPL=112dB-20dB(10m)+10dB(10W)=102dB
4. Cách bố trí loa
4.1. Cách bố trí loa trong văn phòng (loa trần)
Loa trần thường được sử dụng, và góc phát của loa là giữa 90 độ cvà 120 độ. Khoảng cách giữa các loa càng nhỏ thì chất lượng âm thanh cành tốt và tiếng càng to.
Đối với các văn phòng không sử dụng chức năng phát nhạc nền, các loa cần được bố trí cách nhau từ 9 - 12m.
Đối với văn phòng không sử dụng chức năng phát nhạc nề, các loa cần được bố trí cách nhau từ 9m đến 12m. Dưới đây là ví dụ của các bố trí loa dành cho văn phòng 30mx20m có trần cao 3m, điều này đòi hỏi văn phòng phải có khoảng 6 loa.
4.2. Cách bố trí loa trong nhà máy (loa nén – còi)
Nhà máy với cường độ tiếng ồn cao thường sử dụng loa nén (còi, loại loa có thể phát ra cường độ âm thanh cao. Nếu biết rõ vị trí làm việc của nhân viên trong nhà máy thì loa phải được bố trí thích hợp cho khu vực đó. Nếu không biết rõ thì loa nên được bố trí theo khoảng cách bề mặt sàn.
Sau đây là một ví dụ ở một xưởng 40mx90m với cường độ tiếng ồn 85dB. Trong xưởng này, loa SC-616M được lắp đặt, vì thế cường độ âm thanh có đợc tại điểm cách loa 20m có điện vào 15W sẽ là:
[112dB(1W/1m)-26.0dB(20m)+11.8dB(15W)]=97.8dB
Đây là cường độ âm thanh có hiệu quả, 10dB lớn hơn cường độ tiếng ồn. Các loa đặt cách nhau 20-30m, và chỉ có 6 loa có thể bao phủ cả vùng. Cường độ âm thanh gần các loa là khá cao. Vì vậy cần lắp đặt loa ở độ cao hơn 4m.
5. Dây nối loa
Để nối loa, sử dụng dây bọc cách điện vynyl (PVC) 600V có đường kính dây là 1.2mm đến 1.6mm (AWG 17 đến AWG 14).
6. Kết nối trở kháng cao và kết nối trở kháng thấp
Bộ tăng âm thường có ngõ ra loa trở kháng thấp (ví dụ như 4Ω, 8Ω, 16Ω,...) và ngõ ra trở kháng cao (ví dụ như 70Ω, 100Ω,...). Ngõ ra trở kháng thấp thường được sử dụng khi có ít loa (1 đến 4) đồng thời khoảng cách giữa bộ tăng âm và loa ngắn (khoảng 10m). Ngõ ra trở kháng cao sử dụng với nhiều loa và khoảng cách lớn. Loa có biến áp thường được sử dụng cho ngõ có trở kháng cao. Đối với hệ thống PA truyền thanh, nếu xem xét đến việc đấu nối loại sai và hiệu quả truyền âm thanh thì nên sử dụng trở kháng cao nếu có thể.
6.1. Ví dụ kết nối trở kháng thấp:
Cần thiết phải thiết kế sao cho tổng trở kháng vào của loa lớn hơn trở kháng ra của bộ tăng âm, khi tổng trở kháng loa thấp hơn trở kháng ra của bộ tăng âm sẽ dẫn đến kết quảlà hoạt động không ổn định và bộ tăng âm hoạt động sai chức năng. Khoảng cách nối giữa bộ tăng âm và loa nên nhỏ hơn 10m. Nếu khoảng cách này lớn hơn, công suất ra từ bộ tăng âm sẽ làm nóng dây dẫn và không thể cung cấp cần thiết cho loa.
6.2. Ví dụ kết nối trở kháng cao:
Trong hệ thống truyền thanh công cộng, để bao phủ một diện tích rộng nên có khoảng cách nối dây lớn. Vì vậy người ta thường dùng kết nối trở cao. Trong đó tất cả các loa (có biến áp) sẽ được mắc song song, tránh sử dụng những loa này với loa không có biến áp.
Ở kết nối trở kháng cao, khi bạn còn mắc các loa song song, nó sẽ rất hữu hiệu khi thiết kế sao cho tổng đầu vào loa nhỏ hơn công suất đầu ra tăng âm. Điều này sẽ giúp loại bỏ tính toán trở kháng phức tạp.
Thậm chí khi kết nối loa với các đầu vào khác sẽ chẳng có vấn đề gì nếu giữ tổng công suất loa nhỏ hơn mức tăng âm.