Cắt âm thanh là gì

Hãy đối mặt với sự thật, thế giới hệ thống âm thanh có thể giống như một khu rừng thực sự. Loa, bộ khuếch đại và nhiều thuật ngữ kỹ thuật có thể gây nhầm lẫn. Nhưng đừng lo lắng! Hôm nay, chúng ta sẽ giải quyết một trong những khía cạnh khó khăn nhất của hệ thống âm thanh: cắt bộ khuếch đại. Đến cuối hướng dẫn này, bạn sẽ biết hiện tượng cắt âm thanh là gì, tại sao nó xảy ra và quan trọng nhất là cách tránh hiện tượng này để giữ cho loa của bạn luôn ở tình trạng tốt. Thắt dây an toàn, chúng ta bắt đầu!

Khái niệm cơ bản: Cắt amp là gì?

Hãy tưởng tượng tình huống này: bạn đang tổ chức một bữa tiệc, âm nhạc nổi lên và đột nhiên âm thanh bắt đầu bị vỡ. Âm trầm phẳng, âm cao mất dần độ nét và chất lượng âm thanh tổng thể gây thất vọng. Thưa quý vị, chào mừng đến với thế giới của biến dạng bộ khuếch đại, còn được gọi là cắt bớt.

Clipping là một dạng biến dạng âm thanh xảy ra khi bộ khuếch đại cố gắng tái tạo nhiều công suất hơn mức nó có thể xử lý. Nói một cách đơn giản, đó là thời điểm bộ khuếch đại “bỏ cuộc” và tín hiệu vượt quá khả năng của nó. Thay vì sóng âm thanh tròn, mượt mà, bạn sẽ có sóng “cắt bớt” hoặc “dẹt”, do đó có tên là “cắt”.

Tại sao việc cắt xảy ra?

Hãy tưởng tượng bạn đang ở một buổi hòa nhạc đông người. Âm nhạc quá lớn và bạn đang la mắng bạn mình. Nhưng dù bạn có cố gắng thế nào đi chăng nữa, bạn cũng không thể nghe thấy nó vì tiếng ồn. Đó chính xác là những gì đang xảy ra trong bộ khuếch đại của bạn.

Khi bạn tăng âm lượng, bộ khuếch đại của bạn sẽ hoạt động mạnh hơn để tăng cường độ tín hiệu. Nhưng cũng giống như giọng nói của bạn tại buổi hòa nhạc, âm lượng mà bộ khuếch đại của bạn có thể đạt được cũng có giới hạn. Khi đạt công suất tối đa (hoặc nhận được tín hiệu vượt quá công suất), dạng sóng tín hiệu sẽ bị méo, gây ra hiện tượng cắt.

Cắt kỹ thuật số

Việc cắt kỹ thuật số có thể xảy ra cả khi chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và khi thực hiện các thao tác khác nhau trên tín hiệu số, chẳng hạn như chia tỷ lệ, lọc hoặc trộn. Khi tín hiệu vượt quá phạm vi chấp nhận được (ví dụ: -32768 đến +32767 đối với ADC 16 bit), hiện tượng cắt cứng xảy ra ở đầu dưới hoặc đầu trên của phạm vi. Trong một số ít trường hợp, việc xử lý số nguyên không chính xác có thể gây ra tình trạng tràn số nguyên với kết quả không thể đoán trước. Trong thực tế, việc xử lý âm thanh kỹ thuật số thường được thực hiện bằng cách sử dụng các số dấu phẩy động có độ sâu bit ít nhất là 32 bit, do đó hiếm khi xảy ra hiện tượng tràn. Việc cắt kỹ thuật số có nhiều khả năng xảy ra hơn khi chuyển đổi số dấu phẩy động thành giá trị số nguyên. Việc cắt kỹ thuật số tạo ra số lượng sóng hài của tín hiệu gốc nhiều hơn so với việc cắt analog. Bí danh cũng có thể gây ra âm bội cận điều hòa và không điều hòa. Ví dụ, việc cắt đối xứng một tín hiệu hài đơn giản – sóng hình sin có tần số 1 kHz – sẽ tạo ra cả hài âm và âm bội cao hơn với tần số dưới 1 kHz. Khi tín hiệu số bị cắt được tiếp tục xử lý bằng codec thích ứng được tối ưu hóa cho tín hiệu âm thanh tự nhiên và đặc điểm thính giác của con người, các thành phần nhân tạo này có thể “đánh lừa” codec, dẫn đến mất đi các thành phần hữu ích vẫn được bảo toàn trong tín hiệu bị cắt. . Hầu hết các chuyên gia đều đồng ý rằng việc cắt kỹ thuật số là loại hạn chế biên độ tồi tệ nhất và khó chịu nhất; nó khó sửa bằng phần mềm và hoàn toàn không thể chấp nhận được trong kỹ thuật âm thanh chuyên nghiệp. Tuy nhiên, theo Ethan Weiner, điều này chỉ đúng với tình trạng quá tải đáng kể; nếu mức quá tải ngắn hạn không vượt quá vài dB thì chất lượng âm thanh vẫn ở mức chấp nhận được.

Cách chính để tránh bị cắt khi số hóa âm thanh analog là đặt cẩn thận mức tín hiệu đầu vào để cung cấp đủ khoảng trống nhằm chuyển đổi chính xác ngay cả những mức đỉnh mạnh nhất và tồn tại trong thời gian ngắn nhất. Ví dụ: tiêu chuẩn của Liên minh Phát thanh Truyền hình Châu Âu yêu cầu mức tín hiệu tối đa được hiển thị bởi chỉ báo mức đầu vào phải thấp hơn 9 dB (hoặc 2,8 lần) so với giới hạn chuyển đổi toàn thang đo. Khoảng trống 9 dB này ngăn ngừa tình trạng quá tải ADC do các đỉnh ngắn có thể không được hiển thị trên các chỉ báo truyền thống.

Cắt tương tự

Giới hạn biên độ tín hiệu là một đặc tính cố hữu của bất kỳ mạch analog nào. Điện áp trên các thành phần của nó không được vượt quá giá trị được xác định bởi điện áp cung cấp (có tính đến điện áp bổ sung và các xung điện tạm thời trên các phần tử cảm ứng). Trong các mạch có giới hạn dòng điện đầu ra nghiêm ngặt (ví dụ: với chức năng bảo vệ dòng điện hoạt động liên tục), cả giới hạn dòng điện và điện áp đều có hiệu lực đồng thời.

Trong các mạch không có phản hồi chung, độ méo tín hiệu tăng dần và giới hạn ở mức nhẹ. Điều này đặc biệt được nhấn mạnh trong các bộ khuếch đại guitar ống, trong đó tín hiệu đầu ra dần dần được làm giàu với các hài âm (hiệu ứng méo tiếng) và chỉ ở mức cực cao, nó mới chuyển sang trạng thái cắt. Trong các mạch có phản hồi chung, mức tăng vẫn ổn định và độ méo ở mức tối thiểu trên một phạm vi điện áp đầu ra rộng. Gần mức cực độ, độ méo tăng mạnh khi chuyển sang cắt xén sau đó, nhưng ngay cả trong trường hợp này, việc cắt vẫn mềm hơn so với các thiết bị kỹ thuật số. Mức độ hài âm cao hơn được tạo ra thấp hơn đáng kể, không có âm bội thiếu điều hòa. Quá trình chuyển đổi sang cắt và thoát khỏi nó có thể đi kèm với sự tăng vọt tín hiệu ngắn hạn và tiếng ồn cộng hưởng. Việc thoát khỏi quá trình cắt có thể khó khăn do việc mở tạm thời hoặc phản hồi yếu đi, dẫn đến tín hiệu “dính” ở mức cắt. Trong một số trường hợp (ví dụ: trong các thiết bị có bộ khuếch đại hoạt động dòng TL07x), hiện tượng cắt có thể đi kèm với hiện tượng đảo pha cực kỳ khó chịu: khi tín hiệu có cực âm đạt đến giới hạn dưới, nó đột ngột thay đổi cực và “dính” vào giới hạn trên.

Trong điều kiện phòng thu, hiện tượng cắt âm thanh có thể xảy ra ở tất cả các giai đoạn ghi âm – ví dụ: trong micrô, bộ khuếch đại micrô tích hợp và bên ngoài. Trong điều kiện gia đình, tình trạng cắt xén thường thấy nhất ở các bộ khuếch đại công suất tần số âm thanh; nó thường không được chú ý, vì những biến dạng ngắn hạn trong quá trình cắt thường nằm trong giá trị có thể chấp nhận được về mặt chủ quan. Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng cắt ngắn nhưng thường xuyên là do độ nhạy của loa thấp và hệ số đỉnh cao (tỷ lệ giữa mức ghi trung bình và mức ghi tối đa). Hầu như không thể loại bỏ hoàn toàn hiện tượng cắt khi có các yếu tố này, vì điều này đòi hỏi quá nhiều công suất đầu ra. Hệ số cao nhất của bản ghi nhạc chất lượng cao ít nhất là 14 dB, có nghĩa là công suất tối đa phải vượt quá mức trung bình 25 lần. Để đạt được mức âm thanh tối ưu 96 dB tại 1 m đối với loa có độ nhạy 83 dB tại 1 m, cần có công suất trung bình là 20 W và công suất tối đa là 500 W. Các thí nghiệm thực tế xác nhận điều này: ví dụ: khi phát âm trong phòng rộng 40 mét vuông với loa có độ nhạy 84 dB tại 1 m, bộ khuếch đại có công suất 250 W trên mỗi kênh thường xuyên được cắt, trong khi công suất trung bình của các rãnh gõ không vượt quá 2 W.

Tìm hiểu trở kháng: Người chơi sức mạnh vô hình

Trở kháng là một trong những yếu tố chính thường bị bỏ qua trong các cuộc thảo luận về việc cắt bộ khuếch đại. Trở kháng là gì? Hãy coi nó như mức điện trở mà dòng điện trong thiết bị gặp phải, được đo bằng ohm.

Trong hệ thống âm thanh, cả loa và bộ khuếch đại đều có trở kháng nhất định. Loa có trở kháng thấp có ít điện trở hơn đối với dòng điện, nghĩa là chúng yêu cầu nhiều năng lượng hơn từ bộ khuếch đại. Trở kháng không khớp giữa bộ khuếch đại và loa có thể dẫn đến hiện tượng đứt quãng và thậm chí có thể gây hư hỏng cho hệ thống âm thanh của bạn.

Tác hại của việc cắt âm thanh trên loa của bạn

Mặc dù một chút biến dạng có vẻ như là một vấn đề nhỏ nhưng việc cắt âm thanh liên tục có thể làm hỏng loa, đặc biệt là loa tweeter, vốn chịu trách nhiệm tái tạo âm thanh tần số cao. Đây là lý do tại sao:

Tín hiệu bị cắt chứa nhiều sóng hài tần số cao hơn vốn không có trong tín hiệu ban đầu. Những tần số cao “bổ sung” này được chuyển đến loa tweeter thông qua bộ phân tần của loa (một thiết bị phân phối tần số giữa các phần khác nhau của loa). Điều này có thể khiến cuộn dây âm thanh của loa tweeter quá nóng và bị hỏng, cuối cùng có thể gây hư hỏng vĩnh viễn cho hệ thống loa của bạn.

Mẹo để tránh bị cắt: Cách giữ an toàn cho loa của bạn

Bây giờ chúng ta hãy đến phần quan trọng nhất – cách ngăn chặn tình trạng cắt xén. Có, điều đó là có thể và bạn không cần phải là kỹ sư âm thanh chuyên nghiệp mới có thể làm được điều đó! Dưới đây là một số mẹo đơn giản để giúp bảo vệ loa của bạn:

1. Kết nối loa của bạn với bộ khuếch đại mạnh mẽ:

Để tránh bị cắt, điều quan trọng là phải kết nối loa của bạn với bộ khuếch đại có khả năng tạo ra tín hiệu mạnh và rõ. Sử dụng loa hiệu suất cao với bộ khuếch đại công suất yếu cũng giống như lắp động cơ máy cắt cỏ vào xe đua – không chỉ làm giảm hiệu suất mà còn có thể làm hỏng loa của bạn.

2. Xem âm lượng của bạn:

Việc cắt thường xảy ra ở mức âm lượng rất cao. Bạn cần kiểm soát âm lượng của mình và không đẩy bộ khuếch đại đến giới hạn. Nếu âm thanh bắt đầu bị méo, hãy giảm âm lượng xuống.

3. Hãy xem xét một bộ khuếch đại có chức năng chống cắt:

Có những bộ khuếch đại được tích hợp sẵn tính năng chống cắt. Các thiết bị này giám sát tín hiệu đầu ra và tự động giảm mức tăng nếu phát hiện hiện tượng cắt.

4. Bảo trì, cập nhật thiết bị thường xuyên:

Giữ hệ thống âm thanh của bạn ở tình trạng tốt và cập nhật các thành phần của nó có thể giúp ngăn chặn hiện tượng cắt âm thanh và cải thiện chất lượng âm thanh tổng thể. Khi công nghệ tiến bộ, các mẫu mới được ra mắt với các tính năng được cải tiến và giới hạn hiệu suất cao hơn. Luôn cập nhật hệ thống âm thanh của bạn để tránh bị cắt và đảm bảo chất lượng âm thanh tốt nhất.

Tìm hiểu sâu: Các khía cạnh kỹ thuật của việc cắt amp

Bây giờ chúng ta đã hiểu khái niệm cơ bản về việc cắt amp, hãy xem xét các khía cạnh kỹ thuật. Câu hỏi đầu tiên có thể nảy sinh là: điều gì xảy ra với bộ khuếch đại khi nó bị tăng tốc quá mức và điều này dẫn đến hiện tượng cắt âm thanh như thế nào? Hãy phá vỡ nó.

Khi bộ khuếch đại nhận được tín hiệu âm thanh, nó sẽ khuếch đại điện áp của tín hiệu đó để điều khiển loa và tạo ra âm thanh. Mỗi bộ khuếch đại có một điện áp cung cấp cụ thể, xác định điện áp tối đa mà nó có thể cung cấp cho loa.

Khi bạn tăng âm lượng hoặc bộ khuếch đại nhận được tín hiệu cần nhiều năng lượng hơn mức điện áp cung cấp cho phép, bộ khuếch đại sẽ cố gắng cung cấp quá nhiều điện áp và dạng sóng âm thanh bị “cắt bớt”. Các đỉnh và đáy tròn của tín hiệu lẽ ra phải được khuếch đại sẽ bị cắt đi, như thể tín hiệu đã bị “cắt ngắn”.

Sự biến dạng này, mặc dù đôi khi rất nhỏ, nhưng làm giảm chất lượng âm thanh và có thể đặc biệt có hại cho một số thành phần trong loa của bạn. Về lâu dài, việc cắt liên tục có thể gây ra những tổn thương không thể khắc phục được.

Trở kháng không khớp: Điều kiện lý tưởng để cắt

Một khía cạnh quan trọng khác cần xem xét là trở kháng. Như chúng tôi đã đề cập, trở kháng là thước đo điện trở mà một thiết bị điện cung cấp cho dòng điện chạy qua nó. Lý tưởng nhất là trở kháng của bộ khuếch đại và loa phải phù hợp. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu họ không làm vậy?

Khi trở kháng của loa thấp hơn trở kháng của amply thì loa sẽ tiêu thụ nhiều điện năng hơn. Nếu bộ khuếch đại không thể cung cấp công suất cần thiết, nó sẽ bị quá tải và gây ra hiện tượng cắt âm thanh. Mặt khác, nếu trở kháng của bộ khuếch đại thấp hơn, nó có thể cố gắng cung cấp nhiều công suất hơn mức loa có thể xử lý, điều này cũng sẽ dẫn đến âm thanh bị méo và có thể làm hỏng loa.

Các kiểu cắt khác nhau: Cứng và mềm

Điều quan trọng là phải hiểu rằng có nhiều kiểu cắt khác nhau. Có hai loại chính: cắt cứng và cắt mềm.

Cắt cứng : Đây là dạng biến dạng nghiêm trọng nhất, xảy ra khi bộ khuếch đại đạt đến giới hạn khả năng của nó, khiến một phần đáng kể tín hiệu âm thanh bị cắt. Điều này dẫn đến âm thanh bị biến dạng nghiêm trọng và có thể nhanh chóng làm hỏng loa.

Cắt mềm : Dạng biến dạng này ít mạnh hơn và thường được so sánh với biến dạng tự nhiên do bộ khuếch đại ống tạo ra. Trong trường hợp này, sự hạn chế của tín hiệu âm thanh xảy ra dần dần, khiến hiện tượng méo tiếng ít được chú ý hơn và ít gây hại cho loa hơn. Tuy nhiên, ngay cả hiện tượng giật nhẹ nếu xảy ra liên tục cũng có thể gây hư hỏng loa theo thời gian.

Vai trò của Cáp Âm thanh trong việc Cắt: Không chỉ Bộ khuếch đại và Loa của bạn

Bạn có thể ngạc nhiên khi biết rằng ngay cả cáp âm thanh cũng có thể góp phần cắt amp. Cáp chất lượng thấp hoặc quá dài có thể làm tăng trở kháng trong hệ thống âm thanh, đẩy bộ khuếch đại của bạn đến giới hạn và có khả năng gây ra hiện tượng đứt quãng.

Sử dụng cáp chất lượng cao có độ dài phù hợp có thể giảm đáng kể nguy cơ cắt tín hiệu và bảo toàn tính toàn vẹn của tín hiệu âm thanh.

Tổng hợp

Đó là nó! Cắt amp có vẻ là một chủ đề phức tạp nhưng nó không đòi hỏi kiến ​​thức kỹ thuật sâu. Điều quan trọng là bạn chỉ cần hiểu khả năng của hệ thống âm thanh của mình và không vượt quá chúng. Hãy nhớ rằng một hệ thống có quy mô phù hợp là chìa khóa thành công và phòng bệnh luôn tốt hơn chữa bệnh.

Làm theo hướng dẫn này sẽ không chỉ ngăn chặn hiện tượng cắt âm thanh mà còn cải thiện đáng kể tuổi thọ và chất lượng âm thanh của loa. Vì vậy, hãy tăng âm lượng (tất nhiên là có trách nhiệm) và thưởng thức âm thanh của bạn mà không lo bị cắt amp!