Cách Ampli Đèn sinh ra Hài Âm (Harmonic Distortion) bậc 2 và 3

Cách ampli đèn sinh ra hài âm bậc 2 và bậc 3

Trong giới chơi âm thanh Ampli đèn luôn giữ một vị trí đặc biệt mà Ampli bán dẫn hiện đại khó sánh được. Dù công suất khiêm tốn và thông số kỹ thuật không “sạch” như thiết bị Digital nhưng Ampli đèn lại tạo ra một chất âm ấm áp, mượt mà, đầy đặn và giàu nhạc tính, chất âm mà chỉ cần nghe một lần là rất dễ bị cuốn hút. Bí mật nằm ở một hiện tượng tưởng chừng như tiêu cực nhưng lại chính là điểm quyến rũ nhất của Ampli đèn đó là chúng tự nhiên sinh ra các hài âm bậc 2 và bậc 3 trong quá trình khuếch đại. Đây không phải là méo tiếng xấu mà là dạng “méo đẹp”, giúp âm thanh trở nên mềm mại hơn, gần gũi hơn và đậm tính cảm xúc hơn. Xem thêm: Hài Âm Là Gì? 

Bài viết này sẽ giải thích rõ ràng và dễ hiểu cách mà Ampli đèn tạo ra những hài âm ấy, vì sao chúng dịu tai, và tại sao chính những điểm “không hoàn hảo” này lại khiến Ampli đèn trở thành lựa chọn đầy cảm xúc cho người yêu âm thanh Analog.

Ống đèn hoạt động theo cơ chế phi tuyến là gốc rễ của hài âm đẹp

Bóng đèn trong Ampli dù là Triode, Pentode hay Tetrode đều là những linh kiện hoạt động theo một đường cong khuếch đại có tính phi tuyến. Khi tín hiệu âm thanh dạng sóng đi vào nó không được khuếch đại theo tỉ lệ hoàn toàn thẳng mà bị biến đổi nhẹ theo chính đường cong đặc trưng của bóng đèn. Sự biến đổi này làm xuất hiện những thành phần âm mới có tần số cao hơn nốt gốc, tức là các hài âm hay còn gọi là harmonic distortion.

Điều đáng chú ý là các hài âm do bóng đèn sinh ra chủ yếu nằm ở bậc 2 và bậc 3 vốn là những bậc hài mà tai người cảm nhận rất tự nhiên, vì thế chúng được xem là “méo đẹp”. Trong khi đó Ampli bán dẫn hiện đại dùng Transistor hoạt động rất tuyến tính nên hầu như không tạo ra các hài âm bậc thấp này, âm thanh vì vậy tuy sạch nhưng đôi khi hơi lạnh, thiếu sự mềm mại. Ngược lại Ampli đèn sinh ra Harmonic một cách tự nhiên, mang lại chất âm ấm, mượt và giàu cảm xúc mà người nghe vẫn xem là đặc trưng không thể thay thế của Analog. 

Vì sao Ampli Đèn tạo ra nhiều Harmonic bậc 2?

Ampli đèn đặc biệt là đèn Triode tạo ra hài âm bậc 2 nhiều hơn bởi nó hoạt động theo một đường đặc tuyến cong mềm mại. Khi tín hiệu âm thanh đi vào và di chuyển lên xuống dọc theo đường cong này, 2 nửa chu kỳ âm dương không còn đối xứng tuyệt đối như trong linh kiện tuyến tính. Sự không đối xứng ấy khiến tín hiệu đầu ra lệch nhẹ so với tín hiệu đầu vào, và chính sự sai nhỏ này sinh ra các hài âm bội số của nốt gốc, nổi bật nhất là hài âm bậc 2.

Hài âm bậc 2 có tần số gấp đôi tần số gốc, tương ứng với quãng tám trong âm nhạc, nên tai người cảm nhận nó một cách rất tự nhiên và dễ chịu. Đây là lý do những bóng đèn Triode kinh điển như 300B hay 2A3 nổi tiếng với chất âm ấm, dày, ngọt và mượt, tất cả đều đến từ lượng hài âm bậc 2 mà chúng tạo ra một cách rất tự nhiên. Có thể nói, chất Triode chính là chất của sự dịu dàng, bởi chính hài âm bậc 2 đã làm cho âm thanh trở nên mềm mại và giàu cảm xúc hơn. 

Vì sao Ampli đèn cũng sinh ra hài âm bậc 3?

Không chỉ sinh ra hài âm bậc 2 mềm mại Ampli đèn còn tạo ra hài âm bậc 3 nhờ những đặc điểm rất riêng của linh kiện và cấu trúc mạch bên trong. Trong quá trình khuếch đại đường cong đặc tuyến của bóng đèn tương tác trực tiếp với biến thế xuất âm, tạo nên những sai biệt nhỏ ở biên độ và pha khi tín hiệu di chuyển qua từng giai đoạn. Sự lệch nhẹ giữa tín hiệu đi vào cực lưới và tín hiệu ra tại cực Anod đã góp phần hình thành hài âm bậc 3. Đặc biệt, trong các mạch Push-Pull, khi 2 bóng đèn cùng thay phiên xử lý nửa chu kỳ âm dương, vùng giao điểm giữa hai nửa sóng thường xuất hiện méo giao điểm, làm cho hài âm bậc 3 trở nên rõ rệt hơn. Vì vậy Ampli đèn push-pull thường có lượng hài âm bậc 3 cao hơn, trong khi các mạch Triode Single Ended lại thiên về hài âm bậc 2 nhiều hơn.

Hài âm bậc 3 mang lại cho âm thanh sự rõ ràng, chắc tiếng và có lực, giúp âm nhạc nghe mạnh mẽ hơn và tạo cảm giác nhạc cụ có độ khối rõ ràng. Điều thú vị là tần số của bậc 3 cao hơn nốt gốc một quãng năm, đây là một quãng rất quen thuộc và hài hòa trong âm nhạc nên dù “méo”, tai người vẫn cảm nhận nó rất tự nhiên. Chính sự kết hợp giữa hài âm bậc 2 dịu dàng và hài âm bậc 3 mạnh mẽ đã tạo nên chất âm đặc trưng của Ampli đèn: vừa ấm áp, vừa đầy đặn, lại vừa rõ nét mà không chói gắt. 

Mỗi dạng mạch Ampli đèn tạo ra lượng hài âm khác nhau và đó là lý do không Ampli đèn nào có chất âm giống Ampli đèn nào

Mạch Ampli đèn có vai trò quyết định đến kiểu hài âm mà thiết bị sinh ra, vì vậy mỗi loại mạch lại mang một chất âm rất riêng. Trong số đó, mạch Single Ended Triode (SET) điển hình với các bóng 300B hay 2A3 nổi tiếng nhất về khả năng tạo ra lượng hài âm bậc 2 nhiều hơn bất kỳ dạng mạch nào khác. Nhờ đó chất âm SET thường rất ấm, mềm, ngọt và giàu nhạc tính, cực kỳ hợp với Vocal, Jazz nhạc Bolero hay Acoustic. Ngược lại, Ampli đèn mạch push-pull chia tín hiệu thành 2 pha rồi ghép lại khiến hài âm bậc 2 bị triệt tiêu bớt và hài âm bậc 3 trở nên nổi bật hơn.

Ampli Sun Audio với sử dụng bóng 2A3 mạch Single Ended

Điều này tạo cho Push-pull chất âm khỏe khoắn, có lực và kiểm soát tốt, phù hợp với loa lớn, sân khấu rộng hoặc những thể loại nhạc mạnh mẽ hơn. Các Ampli đèn chạy Class A cho phổ hài âm đều và đẹp, mang đến chất âm mượt mà và êm dịu. Trong khi đó Ampli đèn Class AB nếu thiết kế chưa tinh tế có thể sinh ra nhiều hài âm bậc cao hơn, khiến tiếng mạnh nhưng đôi khi hơi thô. Chính sự khác biệt trong cách từng dạng mạch sinh ra hài âm đã tạo nên cá tính riêng cho mỗi Ampli đèn và đó cũng là lý do không Ampli đèn nào hoàn toàn giống nhau về chất âm dù sử dụng cùng loại bóng. 

Vai trò quan trọng của biến áp xuất âm trong việc hình thành hài âm

Biến áp xuất âm là một trong những linh kiện quan trọng nhất trong Ampli đèn và gần như không thể thay thế, bởi nó ảnh hưởng trực tiếp mạnh mẽ đến cách Ampli tạo ra harmonic distortion (hài âm). Khi tín hiệu đi qua biến áp, lõi thép của biến áp bước vào trạng thái bão hòa từ đồng thời xuất hiện độ trễ từ tính và những sai lệch nhỏ trong vòng lặp khuếch đại. Bên cạnh đó biến áp còn tạo các cộng hưởng tự nhiên ở những vùng tần số thấp và cao. Chính những hiện tượng vật lý này dù rất nhỏ nhưng lại góp phần hình thành các hài âm bậc 2 và bậc 3 một cách mềm mại và nhạc tính, làm cho âm thanh trở nên ấm, đầy và có hồn hơn.

Đây cũng là lý do những Ampli đèn cao cấp thường dành phần đầu tư lớn nhất cho biến áp xuất âm nhiều trường hợp giá trị của biến áp xuất âm còn cao hơn cả bộ bóng đèn vì nó chính là linh kiện quyết định tới chất âm đặc trưng của Ampli.  

Tại sao Harmonic (hài âm) của Ampli đèn nghe “hay”, còn Harmonic Digital lại nghe “không hay”?

Hài âm do Ampli đèn tạo ra luôn nghe dễ chịu vì chúng xuất hiện đúng theo quy luật tự nhiên của âm học. Những hài âm này chủ yếu rơi vào bậc 2 và bậc 3 tương ứng với quãng tám và quãng năm trong âm nhạc vốn là những khoảng hòa âm rất thân thuộc với tai người. Không những vậy, phổ hài âm của Ampli đèn tăng dần một cách mềm mại, rồi giảm nhẹ ở dải cao nên không bao giờ mang lại cảm giác sắc, gắt hay khó chịu. Chính vì gần với hài âm của nhạc cụ thật  Harmonic của đèn thường được não bộ chấp nhận như một phần hài hòa của âm thanh tạo nên chất âm ấm áp, tròn đầy và giàu cảm xúc.

Ngược lại harmonic distortion digital đặc biệt là khi tín hiệu bị clipping (sóng bị cắt) hoặc overload (quá tải tín hiệu) lại sinh ra nhiều hài âm bậc cao như bậc 5, bậc 7 hay bậc 9. Đây là những bậc hài xa nốt gốc và không xuất hiện nhiều trong âm thanh tự nhiên khiến tai người cảm nhận chúng như những âm sắc "lạ", “gắt” hoặc “sắc” bất thường.

Khi dạng sóng bị cắt phẳng và méo theo kiểu vuông hóa não bộ lập tức phản ứng khó chịu vì nhận biết đó là tín hiệu sai lệch. Chính sự khác biệt về bản chất này tạo nên bí mật khiến Ampli đèn luôn cho cảm giác mềm mại, tình cảm và dễ nghe hơn, trong khi distortion của digital thường khiến người nghe mệt và thiếu cảm xúc. 

Tóm tắt dễ hiểu hơn

Ampli đèn sinh ra hài âm vì bản thân bóng đèn hoạt động theo đặc tuyến phi tuyến, biến áp xuất âm tạo ra cộng hưởng tự nhiên và hai nửa chu kỳ âm dương trong quá trình khuếch đại không hoàn toàn cân bằng. Những yếu tố này khiến Ampli đèn tạo ra một dạng méo rất đặc biệt, méo nhưng lại là méo đẹp.

Hài âm bậc 2 mang đến sự ấm áp và ngọt ngào, trong khi hài âm bậc 3 tạo ra độ lực, độ rõ và độ dày cho nhạc cụ. Khi hai loại hài âm này hòa trộn, chúng hình thành chất âm Analog đặc trưng mềm mại, dễ chịu và đậm cảm xúc.

Chính vì vậy Ampli đèn không bao giờ cho cảm giác gắt hay chói mà thay vào đó là một chất âm rất hợp với Vocal, nhạc vàng, Jazz và các thể loại nhạc nhẹ thiên về sự trữ tình. 

Theo Vinhstudio