Tìm hiểu về tiêu âm, tán âm, bass trap và làm thế nào để các vật liệu này hỗ trợ phòng nghe nhạc tốt nhất

1.1 Tiêu âm (Absorber) là gì?
Một loại tiêu âm hay được nhắc đến nhiều chính là loại "mút trứng gà" mà các bạn thường gặp. Có hình dáng tương tự như sau:

Mút trứng tiêu âm vật liệu xuất hiện tại nơi nào có âm thanh

Loại tiêu âm này bằng chất liệu mút thường được sử dụng trong các phòng thu âm với mục đích "tiêu diệt" âm thanh đi đến nó. Xét về kết cấu, khi cắt đôi một Absorber ra ta thấy nó có hình dạng giống như những miếng Phô Mai trong Tom and Jerry vậy (loại phô mai có rất nhiều lỗ trống bên trong) Loại Absorber này đặt biệt có rất nhiều không gian rỗng bên trong và những khoảng không này liên kết với nhau thành một mạng lưới. Với kết cấu như vậy nó cho phép một dòng không khí bay xuyên qua nó. Vấn đề chỉ là những cái khoảng trống này có một diện tích bề mặt nhỏ hơn so với tổng diện tích bề mặt của Absorber, như vậy khi một dòng chất khi bay đến Absorber phải chui vào những những cái lỗ có diện tích nhỏ này sẽ khiến vận tốc dòng khí tăng lên.

Đường đi của âm thanh qua các lỗ tiêu âm

Ở đây bạn để ý khi một dòng không khí càng bay sát một bề mặt, thì dòng khí sẽ bị giảm tốc độ. Và vì kết cấu mạng lưới như vậy, không khí bay vào trong Absorber sẽ tiếp xúc với một diện tích rất rất lớn, sẽ khiến vận tốc dòng không khí càng ngày càng giảm mạnh.

Hiện tượng dòng chảy không khí bị càng gần bề mặt vật chất thì càng giảm vận tốc được thấy khá rõ trong tự nhiên, ví dụ như các bạn ngồi trên bờ ngắm một con sông, dòng nước càng gần bờ thì càng chậm, dòng nước ở giữa lòng sông là nhanh nhất. Hiện tượng này xuất hiện một phần là do Ma Sát, một phần là do Độ nhớt của chất lỏng, hoặc trong không khí hiện tượng này xuất hiện còn do sự chênh lệch nhiệt độ. (hiện tượng năng lượng bị hấp thụ do chênh lệch nhiệt độ chúng tôi không muốn đi sâu quá, vì không cần lắm, nhưng đây sẽ là một hiện tượng chính, được sử dụng trong Tán âm (diffusion) ở phần sau)

Hình ảnh dưới đây miêu tả việc dòng không khí càng gần một bề mặt thì càng chậm, hay nói một cách khác, năng lượng của dòng chuyển động của không khí đã bị bề mặt vật liệu hấp thụ. Bề mặt càng lớn thì năng lượng bị hấp thụ càng nhiều:

Các hoạt dao động bề mặt tán âm

Với kết cấu mạng lưới bên trong Tiêu âm, đã khiến cho tiêu âm có một diện tích bề mặt cực lớn, điều này là nguyên nhân chính khiến cho dòng không khí khi bay vào trong Tiêu âm đã bị hấp thụ hết.
Kết cấu mạng lưới trong vật liệu tiêu âm

Như các bạn đã thấy, kết cấu của Absorber tạo nên cho nó một diện tích bề mặt cực lắn, điều này khiến hiệu ứng hấp thụ của Absorber cũng lớn theo. HIệu ứng đó tỉ lệ với mật độ những cái lỗ bên trong vật liệu. Hiện nay trên thị trường, sản phẩm BASOTECT của tập đoàn BASF là có mật độ lỗ lớn nhất (và giá thành rất rất mềm, 7 Euro cho một tấm 50cm x 50cm x 4 cm)
 

1.2 Đặt Tiêu âm (Absorber) ở nơi đâu là tốt nhất?

Tiêu âm (Absorber) sử dụng diện tích của nó làm vũ khí để hấp thụ (hoặc có thể nói là triệt tiêu) năng lượng của sóng âm, nên vị trí đặt của nó phải là nơi sóng âm cực đại. Vậy sóng âm cực đại nằm ở đâu? Giờ mà phân tích coi sóng âm cực đại nằm ở đâu thì chắc phải thêm 1000 từ nữa. Nếu các bạn tin tưởng tôi, thì coi như chúng ta đã tính được, sóng âm cực đại nằm cách tường một đoạn LAMBDA / 4 trong đó LAMBDA là bước sóng mà mình đang quan tâm. Nguyên nhân là do hiệu ứng sóng đứng.

Lý tưởng nhất và cũng là được người ta thường làm nhất, chính là treo Tiêu âm sát tường. Thật ra treo sát tường lại là vị trí ít đem lại hiệu quả nhất. Vậy câu hỏi tiếp theo sẽ là, nếu tôi muốn gắn Tiêu âm trên tường tôi phải gắn như thế nào? Cách tường một khoảng bao nhiêu là tốt nhất và Tiêu Âm của tôi nên dày bao nhiêu là vừa phải?

Để trả lời câu hỏi này trước hết, mình tự xác định một vấn đề: mình muốn tiêu âm của mình "tiêu diệt" những âm thanh từ tần số bao nhiêu trở lên?

Ví dụ: Sau khi tôi đo cái phòng của tôi bằng micro và software chuyên dụng, em phát hiện ra từ tần số 400 Hz trở lên sóng âm tạo hiệu ứng sóng đứng, làm cho đường tuyến tính không nằm ngang mà nhảy lung tung lên hết. Vậy tôi cần Tiêu âm để giải quyết những âm từ 400 Hz trở lên.

Khoảng cách tiêu âm = vận tốc âm / (tần số * 4)

Theo ví dụ này: Vận tốc âm 344m/s, tần số 400Hz, suy ra khoảng cách = 21 cm

Như vậy để có được một hiệu ứng tiêu âm lớn nhất dành cho tần số 400Hz tôi cần một khoảng cách 21 cm từ mặt trước của Tiêu âm đến tường. Thật ra ta không cần đến một cái Absorber dày 20 cm đâu, chỉ cần một miếng Tiêu âm có độ dày một nữa so với tính toán thì hiệu ứng đã bắt đầu mạnh rồi. Như vậy với 400Hz em cần một cái Absorber dày 10cm, và đặt cách tường thêm 10 cm nữa. Thế là xong.

Tôi không biết các nhà sản xuất VN khi bán các miếng Tiêu âm có đưa ra thông số sử dụng hay không? Đối với các nhà SX ở Đức thì điều này cực kì quan trọng. Sản phẩm bán ra phải được ghi: "Có tác dụng tiêu âm cho những tần số nào"

Đến đây chắc các anh chị cũng nhìn rõ ràng, với cách tính như ở trên, nếu tôi muốn tìm một cái Tiêu âm để triệt âm Bass tần số 50Hz em sẽ cần một miếng tiêu âm có bề dày 170 cm( khiếp quá) như vậy đối với âm trầm mà nói, Tiêu âm bình thường chẳng có tác dụng gì. Mình cần một giải pháp khác. Đó là:

1.2.1 Tấm Tiêu âm (Plattenabsorber)

Nó là gì? Nó là một cái thùng, mà mặt trước của thùng là một tấm phẳng có khả năng dao động. Và cái mặt đó không cho không khí thấm qua. Khác với Tiêu âm ở trên, Tiêu âm dành cho bass được đặt sát tường, khi một sóng âm va đập vào mặt trước của nó, năng lượng của sóng âm được truyền một phần qua bề mặt của tiêu âm (bởi vì bề mặt của tiêu âm là một tấm phẳng có khả năng dao động) Và dao động này được tấm phẳng truyền ra phía sau.

Phương thức họat động của cái Tấm tiêu âm này đã bắt đầu hơi phức tạp, càng phức tạp hơn khi, chả biết dùng ngôn ngữ miêu tả như thế nào... tôi sẽ cố gắng viết nó được rõ ràng nhất (như tôi có thể ).

Bản thân tấm dao động có khả năng dao động ở tần số riêng của nó, tần số này mỗi vật chất đều có, và mỗi vật chất thì đều khác nhau. Khi âm thanh được truyền tới tấm tiêu âm này, những tần số KHÁC với tần số riêng của tấm tiêu âm sẽ bị phản xạ. Những tần số trùng với tần số riêng của tấm tiêu âm sẽ bị hấp thụ mạnh và truyền vào bên trong. Bên trong của Tiêu âm là một khối khí được đóng kình, khối khí này hoạt động như một lò xo. Lò xo này được sự giúp đỡ của hiệu ứng Absorber ở trên làm cho dao động của khối khí càng ngày càng tắt dần.

Dưới đây là một hình minh họa kết câu bên trong của một Tấm Tiêu Âm dành cho âm trầm

Dễ dàng thấy đường chéo là một "Tấm giao động". Phần màu trắng bên trong là khối khí được đóng kín hoạt động như một lò xo. 2 cạnh còn lại của tam giác vuông chỉ là 2 miếng Absorber (tiêu âm) bình thường mà em đã đề cập ở chương trước. 2 tấm Absorber này giúp cho dao động bên trong ống khí từ từ được triệt tiêu.

Đó là cấu tạo vào hoạt động của một Tấm Tiêu Âm dành cho âm bass hay còn gọi là basstrap. Bên cạnh thiết kế ở trên còn có một thiết kế khác chính là xử dụng hiệu ứng Helmholtz

1.2.2 Tiêu âm Helmholtz

Phương thức hoạt động của Tiêu âm Helmholtz tương tự với ống thoát khí sau lưng cái loa, chỉ khác một cái là, ống khi sau lưng loa lợi dụng hiệu ứng Helmholtz để làm âm trầm xuống thêm được một vài Hz, còn tiêu âm Helmholtz là sử dụng hiệu ứng để triệt tiêu một vài tần số "chướng tai gai mắt"

Khi sóng âm bay đến va vào tiêu âm Helmholtz, nếu tần số của sóng âm bay đến KHÔNG phù hợp với tần số đã được tính toán sẵn, nó sẽ bị phản xạ. Còn nếu tần số sóng âm bay đến mà phù hợp, thì ống khí bên trong sẽ bị kích thích giao động, năng lượng của sóng âm đi đến bị hấp thụ hết và chuyển hết thành dao động của ống khí Helmholtz, giao động này tắt dần từ từ ở bên trong. Phương thức hoạt động nhìn chung là giống với Tấm tiêu âm ở trên, chỉ khác là ở đây sử dụng ống khí Helmholtz làm "phương tiện dao động" thay vì một "tấm dao động" như ở trên. Một điểm khác nữa là, đối với tiêu âm Helmholtz, ống khí hở một đầu, còn Tấm tiêu âm thì là một khối khí được đóng kín.

Tiêu âm Helmholtz tác động lên một tần số nhất định, và tần số này phụ thuộc nhiều vào thể tích của ông và diện tích mặt ống.

Dưới đây là cách tính toán cho Tiêu âm Helmholtz. (công thích em chôm từ KEA AUDIO, thank you)

Tần số cần triệu tiêu = 172,71 * căn bậc hai của (A/V * (L+(0,732 * D)))

V = Thể tích ống Helmholtz

L = chiều dài vòi ống Helmholtz

A = diện tích mặt cắt của vòi ống

D = đừong kính của vòi ống

Công thức tính trên sử dụng con số 0,732, là một con số phụ thuộc nhiều vào hình dạng của vòi ống Helmholtz. Đối với vòi hình trụ thì là 0,732 đối với những hình dạng khác thì con số có thay đổi.

hình dạng của một Tiêu âm Helmholtz sẽ như thế này
Thật ra, như tôi đã nói ban đầu, Tiêu âm được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiêp thu âm, đặt biệt là thu Vocal, ví dụ như thế này:

Hệ thống mút gai tiêu âm tại phòng thu

Đối với một Studio như vầy họ chỉ muốn thu những âm thanh trực tiếp từ Singer vào micro, họ không muốn nhận những âm thanh phản xạ... Lý do là vì cái mícro này quá nhạy đi, nếu âm thanh phản xạ mình nghe bằng lỗ tai bình thường chỉ có 1, nhưng đi qua cái mic này sẽ lên đến 10 và điều này là cực kì khó chịu. Cho nên trong Studio phòng thu, người ta rất thích dùng tiêu âm.

Các anh chị có lần nào bước vào phòng thu âm chưa ạ? Tôi có vào 1 lần, cái phòng khó chịu cực kì, cảm giác giống như là tách biệt khỏi thế giới vậy. Cái dở của tiêu âm, là hút hết tất cả, làm mất luôn những âm thanh của tự nhiên, cho nên việc lạm dụng tiêu âm sẽ dẫn đến một kết quả tiêu cực. HDvietnam đã từng up một cái hình của một phòng nghe nhạc, 4 bức tường và trần đều được dùng loại mút này bao kính lại... Tôi đã hoảng sợ khi thấy cái hình đó, tôi mà ở trong cái phòng đó chắc sẽ bứt rứt mà chết mất.

Để làm cho phòng nghe hay hơn, ngoài việc "giết sạch" các âm thanh mà mình không thích, thì còn một cách nữa dễ chịu hơn là sử dụng Tán âm (diffusion)

2.1 Tán âm (diffusion hay diffusor hay diffuser)

Định nghĩa, tán âm là từ gọi chung cho những vật thể có bề mặt không bằng phẳng. Cũng bởi vì sự không bằng phẳng này mà sóng âm khi va chạm đến nó sẽ bị phản xạ lại theo một trật tự nào đó. Mà không gây ra bất kì một sự méo mó nào về âm hình cũng như âm trường. (tôi dùng từ có đúng không nhỉ, âm trường là cái gì tự nhiên nghe thấy lạ quá )

Hai hiện tượng chính được sử dụng trong tán âm là Phản xạ và nhiễu xạ. Khi một sóng âm bay đến một vật thể, nếu kích thước của vật thể nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng thì sóng âm sẽ bị nhiễu xạ. Tất cả các điểm trên cạnh của vật thể sẽ được xem như là một ngưồn phát sóng mới. Các sóng này giao thoa với nhau và tao nên hiện tượng nhiêu xạ.

Cách vật liệu tán âm khuếch tán âm thanh tùy thuộc vào bước sóng 
 

Hình bên trái miêu tả quá trình phản xạ khi kich thước của tán âm nhỏ hơn bước sóng. Với kích thước này thì sự không bằng phẳng trên bề mặt vật liệu xem như là vô hình, sóng âm bị phản xạ như trên một mặt phẳng bình thường.

Hình ở giữa là quá trình khi bước sóng bằng với kích thước tán âm, trên cạnh của vật thể xuất hiện hiện tưởng nhiễu xạ, sóng âm được phản xạ lại một cách không kiểm soát được.

Hình bên phải là khi kích thước của tán âm lớn hơn bước sóng. Lúc này mỗi cạnh của bề mặt vật chất hoạt động như một tấm gương phản xạ.

Với cách hiểu ở trên, thì các anh chị cũng thấy đối với Tán âm, mình cũng cần phải xác định một tần số nhất định, tại đó tán âm bắt đầu có hiệu quả. Một Tán Âm lý tưởng hoạt động cho tất cả mọi bước sóng là không tồn tại.

Tương tự với Absorber một cái Diffusor cũng cần treo cách tường 1/4 Lambda thì mới phát huy hết hiệu quả.

2.2 Có những loại tán âm nào?

2.2.1 Tán âm một chiều

Tấm tán âm một chiều

Tán âm như thế này chỉ có tác dụng trên một mặt phẳng. Trong đó chiều cao của mỗi thanh đã được tính toán trước, chứ không phải chiều cao như thế nào cũng được. Ngoài đời nó trông như thế này:

Tấm tán âm có nhiều dạng đa hình khác nhau tùy mục đích sử dụng

2.2.2 Tán âm 2 chiều

Mô hình ma trận tán âm đa chiều


Tấm tán âm đa chiều bằng gỗ

Ở đây tán âm này còn được gọi là Skyline Diffusor, trong đó chiều cao của từng thanh gỗ được tính toán trước trong một Matrix nxn. À đương nhiên mình không cần phải tính đâu ạ, có một website giúp mình tính toán điều này, chỉ cần cho nó biết mình muốn làm Tán âm bắt đầu từ tần số nào, và kích thước như thế nào, nó sẽ tính cho mình biết mình cần làm một cái tán âm bao gồm bao nhiêu "đơn vị" và chiều cao của mỗi đơn vị. mh-audio.nl - Skyline

Nhập con số vào là ra ngay kết quả một Matrix, các anh chị cứ đem cái Matrix này ra xưởng mộc nói thợ người ta làm. Kết quả này rất rõ ràng và dễ hiểu.

Tính toán ma trận tán âm đa chiều

3. Tóm tắt

Tôi xin tóm tắt lại một vài điểm cần lưu ý khi sử dụng tiêu tán âm:

Tiêu âm, là thứ vũ khí giết hết những âm thanh đi đến nó, Tùy vào nhu cầu sử dụng muốn tiêu âm tại tần số nào mà mình có thể tính toán ra được chiều dày của nó. Không phải là dùng đại tiêu âm nào cũng được, không phải tiêu âm chiều dày bao nhiêu cũng được.

Nếu việc sử dụng một lúc quá nhiều tiêu âm trong phòng nghe sẽ biến cái phòng nghe thành phòng "chết" vì đã mất hết các âm thanh của tự nhiên, thì đối với phòng nghe dùng tán âm sẽ hay hơn. Tán âm được sử dụng trong phòng nghe để tránh hiện tượng tạo sóng đứng. Tác dụng của tán âm sẽ không mạnh như tiêu âm nhưng về mĩ thuật sẽ đẹp hơn, sẽ mắc tiền hơn, nhưng sẽ không biến phòng nghe thành cái phòng "chết"

Basstrap về nguyên lý Basstrap là một tiêu âm thôi, nhưng vì đối tượng mà basstrap nhắm đến là những âm trầm cho nên nếu chỉ sử dụng những miếu tiêu âm bình thường thì phải dùng những miếng rất rất dày. Để khắc phục chuyện đó kết cấu của Basstrap có thay đổi chút so với miếng tiêu âm thông thường, và được sử dụng thêm một hoặc 2 hiện tượng vật lý là "dao động cưỡng bức" và "hiệu ứng Helmholtz".

Thông thường hầu như ai cũng treo tiêu tán âm sát tường đó là việc đơn giản nhất nhưng lại sai lầm nhất. Tiêu tán âm phải treo ở một vị trí cách tường một đoạn (hoặc phải làm nó dày hơn) sao cho khoảng cách từ mặt trước của của tiêu tán âm đến tường phải là một phần tư bước sóng mà mình muốn "tiêu diệt".

4. Vị trí treo tiêu tán âm trong phòng

Sau khi các anh chị cùng tôi dạo một vòng quanh tiêu âm và tán âm, nay mình quay lại vấn đề chính... Là sử dụng tiêu tán âm như thế nào là hiệu quả? Trước khi gắn tiêu âm tán âm, việc đầu tiên là cần biết mình đang có gì, đang cần gì.

Mình sẽ dùng một phần mềm đo + micro để đo lại đường tuyến tính và Waterfall của cặp loa. Sau đó xem xét trên đường tuyến tính những tần số nào là nguyên nhân gây tiếng vang tiếng ù, những tần số nào bị tạo nên sóng đứng và những tần số nào cần phải dùng tiêu âm và tán âm.

Để làm ví dụ tôi sẽ sử dụng luôn những đồ thị được đo ngay tròng của tôi, trước và sau khi thêm vào các thiết bị tiêu tán âm.

Phần mềm tôi sử dụng để đo đạc tên là Carma 3.0 của Audionet cung cấp. Một phần mềm đo rất tốt. Đây là đường tuyến tính tôi đo khi trong phòng trống trơn không có gì hết, chỉ có cặp loa và một ít bàn ghế thông thường.

Kết quả test khả năng tán âm qua các thông số tính toán cho trước
Các anh chị nhìn thấy ở một vài vị trí tần số âm thanh bị triệt tiêu do hiệu ứng sóng đứng tạo ra, tại những vị trí này sóng âm lúc tăng lúc giảm, và đường tuyến tính mất đi sự bằng phẳng.
Tiếp theo là đồ thị Waterfall, đồ thị này miêu tả độ vang của các âm thanh trong phòng, các âm thanh tầng số cao thường ít bị vang hơn các âm tầng số thấp, Đồ thị càng bị kéo dài chứng tỏ độ vang trong phòng càng nhiều. Bởi vì em quên save lại hình waterfall của phòng em lúc chưa gắn gì vào hết nên em dùng tạm một hình trên mạng để các anh chị nhìn thử, nếu xử lý không đúng phòng sẽ bị vang như thế nào

Đồ thị Waterfall, đồ thị này miêu tả độ vang của các âm thanh trong phòng

các anh chị có thể nhận thấy rất rỏ ràng các âm trên 200 Hz thì tiếng vang rất bình thường trong khoảng chấp nhận được, nhưng dưới 200 Hz thì để lại hiệu ứng Echo hay Reverb khá lâu. Đây là một ví dụ rất điển hình của phòng nghe bị vang bị ù.

Hình sau đây là Waterfall của tôi hiện nay, các anh chị nhìn thử:

Các anh chị cũng nhìn thấy, so với hình người ta ở trên, phòng của tôi chỉ bị vang một ít tại tần số dưới 50 Hz, trên 50 Hz độ vang nằm trong khoảng dễ chịu. Đây chính là những lợi thế và những hiệu quả thật sự khi sử dụng các vật liêu chuyên dùng.

Giờ quay lại với bài viết. Sau khi các anh chị đã đo đạc nhìn trên đồ thị tuyến tính biết mình nên thao tác vào những tần số nào, thì bắt đầu sử dụng các cách tính ở trong bài để tìm tiêu âm và tán âm phù hợp. (độ dày, kích thước và vị trí treo) Sau đó. Treo lên thôi và đo đạc lại. Mọi chuyện thế là xong