Giáo trình kỹ thuật truyền thanh (nghề điện tử công nghiệp cđ)

QUÂN KHU TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SỐ 20 - - GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT TRUYỀN THANH Nghề đào tạo: Điện tử cơng nghiệp Trình độ đào tạo: Cao đẳng nghề LƯU HÀNH NỘI BỘ Biên soạn: Cồ Như Tụng Năm 2022 PHẦN MÁY TĂNG ÂM BÀI CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 1.1 Khái niệm 1.1.1 Khái niệm chung âm a Nguồn gốc âm - Lấy tay bật vào dây đàn, dây đàn rung lên phát tiếng Tiếng đàn ngân dài, dây đàn hết rung âm tắt Nếu ta gõ trống, mặt trống rung lên phát tiếng Lấy tay sờ vào màng loa kêu tay ta cảm thấy màng loa rung động Như ta kết luận: Âm vật thể rung động, phát tiếng lan truyền khơng khí Sở dĩ tai ta nghe âm nhờ màng nhĩ, màng nhĩ nối liền với hệ thống thần kinh Làn sóng âm từ vật thể rung động phát ra, lan truyền không gian, tới tai ta làm rung màng nhĩ theo nhịp điệu rung động vật thể phát tiếng Nhờ đó, ta nghe âm - Khơng khí môi trường truyền dẫn âm Âm truyền lan chất khí, chất lỏng, chất rắn, không truyền lan khoảng chân không Một số chất truyền dẫn âm Các chất dẫn âm thường loại mềm, xếp bông, dạ, cỏ khô… gọi chất hút âm Các chất dùng lót tường rạp hát, phịng bá âm … để hút ẩm, giảm tiếng vang Vận tốc truyền lan âm phụ thuộc vào môi trường truyền âm Thí dụ khơng khí 340m/s, nước 1.480m/s, sắt 5000m/s b Đặc tính âm * Tần số: - Tần số số âm đơn số tần dao động khơng khí truyền dẫn âm giây đồng hồ Khi ta gẩy nốt mi đàn dây rung 330 lần giây Ta gọi tần số âm mi 330 Héc (Hz) Đơn vị tần số Héc, viết tắt Hz - Tần số biểu thị độ cao âm thanh: tiếng trầm có tần số thấp tiếng bổng có tần số cao Tai người nghe thấy tần số thấp tới 16Hz tần số cao tới 20.000Hz Dịng điện có tần số khoảng 16Hz đến 20.000 Hz gọi dòng điện âm tần - Ứng với tần số dao động f có chu kỳ dao động T bước sóng  Chu kỳ dao động âm thời gian âm dao động lần Chu kỳ ký hiệu T, có đơn vị giây (s) T = 1/f Bước sóng âm ký hiệu  , có đơn vị mét  = CT, C tốc độ truyền lan âm khơng khí (C – 340m/s), T chu kỳ âm Ví dụ, tần số 16Hz bước sóng : tần số 20kHz bước sóng : Vậy bước sóng âm khoảng truyền lan âm tương ứng với chu kỳ dao động Bước sóng âm tương ứng dải âm tần từ 21,25m đến 0,017m - Trên thực tế phát âm thường âm đơn, mà âm phức Âm phức bao gồm âm đơn số âm hài có tần số gấp 2,3,4 … lần âm đơn - Trong dải âm tần, người ta chia ra: Tiếng trầm từ 16 đến 300Hz, tiếng vừa (tiếng trung) từ 300 đến 3000Hz, tiếng bổng (hay tiếng thanh) 3000Hz đến 20.000Hz Tiếng nói người thường có tần số từ 80Hz đến 8000Hz Các nốt nhạc bát độ thứ ba có tần số: độ: 262 Hz, rê: 294 Hz, mi: 300 Hz, pha: 349 Hz, son: 392 Hz, la: 440Hz, si: 494 Hz * Áp suất âm thanh: - Áp suất âm gọi tắt áp Âm truyền lan đến đâu làm thay đổi áp suất khơng khí áp suất âm tạo thêm điểm gọi áp điểm - Đơn vị áp bar Một bar áp tác động lên diện tích 1cm lực đin, bar = 1đin/cm2 * Công suất âm thanh: - Công suất âm lượng âm qua diện tích S thời gian giây - Công suất âm P tính cơng thức: P = p.s.v Trong p áp, v tốc độ dao động phần tử khơng khí S diện tích Cơng suất âm tính theo ốt (W) - Sau cơng suất âm số nguồn âm Số liệu có tính chất tham khảo: Máy bay phản lực: 10.000W, búa máy: 1W, tơ vận tải phóng nhanh: 0,12W, nói chuyện bình thường: 0,0003W * Cường độ âm thanh: - Cường độ âm công suất âm qua đơn vị diện tích 1cm2 : I = p.v Ba đại lượng áp suất âm thanh, công suất âm thanh, cường độ âm gắn liền với nhau: P = IS – pvs Cả ba biểu thị độ lớn nhỏ âm Âm có lượng lớn cơng suất, cường độ áp suất âm lớn - Cần lưu ý thành áp tỷ lệ với bậc hai công suất âm thanh, ta tăng công suất âm lên lần thi áp tăng lần, tăng công suất lên lần áp tăng lần Đây điều cần lưu ý khai thác nguồn điện * Sự phản xạ sóng âm thanh: - Sóng âm có bước sóng  , đường truyền lan gặp vật chắn có kích thước d, xảy trường hợp sau đây: + Trường hợp thứ nhất:  > d sóng âm trườn qua vật chắn, tượng gọi sóng uốn vòng + Trường hợp thứ hai:  < d phần sóng phản xạ trở lại phần khác xuyên qua vật chắn truyền vào môi trường Hiện tượng vật chắn đổi hướng gọi tượng khúc xạ Hiện tượng khúc xạ phản xạ sóng âm tuân theo định luật phản xạ, khúc xạ ánh sáng - Định luật phản xạ: góc tới góc phản xạ nhau, tia tới tia phản xạ nằm mặt phẳng Ta xét giải tần số âm thanh: Ở tần số thấp, bước sóng lớn Thí dụ: f = 100Hz , l = = 3,4m So với kích thước vật chắn: thí dụ tường bao phịng … có kích thước tương đương Như tần số thấp hay xảy tượng sóng uốn vịng Ở tần số trung thí dụ: f = 1.000Hz l = 0,34 Sóng bị phản xạ khúc xạ * Trường âm: Môi trường vật chất, âm sóng âm truyền lan gọi trường âm Có hai loại trường âm: - Trường âm tự do: trường âm khơng gian mở (khơng có tường chắn bao quanh) - Trường âm tán xạ: trường âm phịng khơng gian kín (có tường chắn bao quanh thí dụ: phịng ở, nhà hát, Studio …) trường âm tán xạ có hai thành phần: trực âm (sóng trực tiếp) phản âm (sóng phản xạ) Thành phần phản âm thành phần phức tạp * Vang trễ: Vang đặc tính âm phịng kín Vang tượng kéo dài âm sau tắt nguồn âm Thời gian vang (T) đại lượng vật lý sử dụng để xác định mức độ vang phòng Đơn vị đo thời gian vang giây (s) c Sự cảm thụ tai người âm - Người bình thường nghe âm dải tần số từ 20Hz đến 15.000 Hz Có người nghe âm có tần số cao hơn, có người lại nghe tần số thấp Người già nghe tiếng người trẻ Người ta phân biệt khoảng 130 mức áp khác nhau, mức cách 1dB Tai người nghe nhậy với tần số khoảng 500Hz đến 5000Hz khoảng tần số cần nguồn âm có áp nhỏ, nghe rõ khơng khoảng tần số cao hay thấp có áp lớn … d Âm nhạc Các âm theo chu kỳ tần số dễ chịu với thính giác, kết hợp với cách thích hợp tạo tượng gọi âm nhạc Các tính âm nhạc : - Cao độ : hầu hết nhạc phân chia theo nốt nhạc, ký hiệu âm tần số riêng Tần số cao độ nốt nhạc - Âm sắc : nốt nhạc bao gồm tần số bản, vài sóng hài (họa tần), tần số liên quan biến điệu biên độ tần số hay nhiều thành phần khác Sự kết hợp tạo cảm giác gọi âm sắc Đây đặc tính để phân biệt âm nhạc cụ khác nhạc cụ chơi nốt nhạc Để tái tạo lại đủ âm sắc âm thanh, độ rộng dải băng tần phải rộng (16Hz đến 20kHz) - Nhịp điệu : tốc độ chơi nốt nhạc gọi nhịp điệu Nhịp điệu không cần xác cao độ Thay đổi nhịp điệu nhạc nhanh hay chậm cao độ không đổi 1.1.2 Khái niệm hệ thống khuếch đại âm Hệ thống khuếch đại âm máy khuếch đại tín hiệu âm từ đầu vào thành tín hiệu điện có biên độ, dịng điện, cơng suất đủ lớn phục vụ cho mục đích sử dụng đầu Ví dụ: máy tăng âm (Ampli), hệ thống loa vi tính, dàn kết hợp máy tăng âm với đầu CD, thiết bị kết hợp hình ảnh âm ti vi, điện thoại, máy chiếu Projector… Trong giáo trình ta xét hệ thống khuếch đại âm chủ yếu máy tăng âm hệ thống loa vi tính 1.1.3 Audio đa kênh Hai hay nhiều kênh mô âm từ nguồn với phân bổ không gian tạo âm gần với thực tiễn người nghe cảm nhận tính có hướng âm - Âm hai kênh (phải R trái L) gọi âm (stereo), dùng rộng rãi ghi/phát phát truyền hình Hình 1.1.1 Âm stereo - Hiện người ta áp dụng nguyên lý âm vòm hay âm xoay vịng (surround) thêm kênh phát âm phía sau người nghe Âm xoay vòng loại 4.1 (gồm loa chính, loa vệ tinh loa trầm phụ - sub woofer), 5.1 (gồm loa chính, loa vệ tinh, loa trung tâm loa loa trầm phụ), 6.1 (2 loa chính, loa vệ tinh, loa trung tâm (trước sau) Sub) hay 7.1 (2 loa chính, loa vệ tinh, loa trung tâm Sub) tạo hiệu ứng âm thật trung thực sống động, người nghe cảm nhận khơng gian thực Hình 1.1.2 Kết cấu hệ thống âm 5.1 1.1.4 Vấn đề đo biên độ âm tần Trong kỹ thuật điện tử, để đo độ khuếch đại mạch điện tử, đáp ứng biên độ mạch lọc…người ta dùng đơn vị decilBel( dB ; 1decilBel = 0,1Bel) Để đo biên độ âm tần, người ta dùng đơn vị quy định điện trở tải có trị số 600 Đối với ngõ vào mạch, muốn tính theo đơn vị phải có tổng trở 600 Hình 1.1.3 Quy định tải tổng trở vào Đơn vị dB định nghĩa : ’’Nếu công suất P = 1mW điện trở tải R = 600 điện áp âm tần tải 0dB ’’ Ta có cơng thức : hay Như : Trường hợp tính gần quy trịn 1V 0dB Độ khuếch đại cơng suất tính theo cơng thức : Người ta cảm nhận âm khơng tỷ lệ tuyến tính theo công suất mà theo hàm logarit thập phân Độ khuếch đại tính theo dB : (lg10 = ; lg1 = 0) (do R0 = RI) Trên thiết bị thu phát âm tần, người ta không ghi đơn vị Volt mà ghi dB (với ngõ vào UI = 1V 0dB) Ví dụ : - Nếu có : U0 = 1V  AP = 0dB - Nếu có : U0 = 10V  AP = +20dB - Nếu có : U0 = 0,1V  AP = -20dB 1.2 Phân loại - Theo mục đích sử dụng, máy tăng âm phân thành máy tăng âm thông thường máy tăng âm chuyên dụng: + Máy tăng âm thông thường loại tăng âm công suất nhỏ, dùng buổi nói chuyện, hội họp, thưởng thức âm Loại tăng âm cịn gọi phóng thanh, cơng suất vài chục Watt + Máy tăng âm chuyên dụng dùng đài trạm phát để phục vụ cho mạng lưới đường dây loa tương đối lớn Ngồi cịn sử dụng buổi biểu diễn ca nhạc trời Loại tăng âm có cơng suất từ vài chục Watt đến vài chục kilô Watt - Dựa vào loại linh kiện chủ yếu máy tăng âm phân thành máy tăng âm điện tử, máy tăng âm bán dẫn máy tăng âm dùng IC + Máy tăng âm điện tử có linh kiện chủ yếu transistor điện tử dùng nguồn cung cấp xoay chiều + Máy tăng âm bán dẫn có linh kiện chủ yếu transistor ,nguồn cung cấp xoay chiều hay chiều Tuy nhiên IC mạch tích hợp tính cao nên máy tăng âm dùng IC có kích thước nhỏ, chất lượng tốt sản xuất chủ yếu ngày CÁC CHỈ TIÊU, THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN 2.1 Hệ số khuếch đại Hệ số khuếch đại tỉ số tín hiệu đầu tín hiệu đầu vào khuếch đại Gồm có: - Hệ số khuếch đại công suất : tỷ số cơng suất tín hiệu nhận tải P0 công suất tác động mạch KP = P0 / Pi - Hệ số khuếch đại dòng điện : tỉ số dịng điện tín hiệu nhận tải I0 dòng điện tác động vào đầu vào mạch KI = I0 / Ii - Hệ số khuếch đại điện áp : tỉ số điện áp tín hiệu nhận tải U0 điện áp đầu vào mạch KU = U0 / Ui Do hệ số hệ số khuếch đại thường lớn, để tiện tính tốn, người ta dùng đơn vị tính logarit thập phân Kp Bel S p  lg K p  lg Ta có : P0 ( Bel ) Pi S p  10 lg K p  10 lg P0 (dB) Pi 2.2 Điện áp vào danh địmh : - Điện áp vào danh định trị số điện áp tín hiệu cần đưa vào đầu vào máy để đưa công suất âm tần cố định - Đơn vị tính điện áp danh định mV, V hay tính dB - Trị số điện áp vào danh định đầu vào micro, máy thu không giống Ví dụ điện áp vào danh định micro 3mV điện áp vào danh định đầu máy thu 800 mV - Khi mức điện áp vào thực tế nhỏ trị số điện áp vào danh định cơng suất âm tần cho loa nhỏ công suất danh định Khi mức điện áp vào lớn trị số điện áp danh định mà ta khơng có biện pháp khống chế xuống cho vừa đủ cơng suất lớn cơng suất danh định tiếng bị méo nhiều Trường hợp q lớn dẫn tới hỏng transistor công suất, cháy biến áp hay hỏng loa mắc với máy 2.3 Công suất danh định - Công suất danh định công suất âm tần lớn mà máy tăng âm cung cấp với tiêu kỹ thuật máy tăng âm méo phi tuyến, dải tần, tạp âm … không vượt giới hạn cho phép ( thường nhỏ 5%) - Cơng suất danh định tính cho trị số điện trở tải xác định dải tần định độ méo cho phép Đây tiêu quan trọng máy tăng âm Ví dụ: máy tăng âm QSC DCA 3433, hai kênh, công suất danh định kênh 700W, tải 8Ω, dải tần 20Hz – 20kHz, méo phi tuyến < 0,3% 2.4 Hiệu suất - Hiệu suất máy tăng âm tỉ số công suất âm tần lấy cuối máy (P0) với tổng công suất điện lực cung cấp cho máy (Pt)  P0 100 % Pt - Trong tồn máy hiệu suất tầng cuối quan trọng tiêu thụ transistor tầng lớn công suất tiêu thụ tầng khác nhiều Do ta phải nâng cao hiệu suất tầng cuối 2.5 Dải tần số làm việc - Dải tần số làm việc khoảng tần số tần số thấp tần số cao mà hệ số khuếch đại máy không bị biến đổi mức độ quy định Ví dụ: dải tần làm việc 20  20.000Hz, méo  0,1dB - Dải tần số làm việc rộng chất lượng máy tăng âm cao máy phức tạp giá thành đắt, thực tế yêu cầu dải tần số làm việc đủ rộng để đảm bảo chất lượng âm yêu cầu máy Máy tăng âm chuyên dụng: 50Hz  20000Hz Máy tăng âm thông thường: 100Hz  15000Hz Máy tăng âm điện thoại: 300Hz  3400Hz - Dải tần số làm việc có liên quan trực tiếp đến cảm thụ người âm mặt tần số Dải tần số 16Hz  20000Hz phạm vi tần số âm mà người cảm thụ Nếu dải tần làm việc ampli không lớn dải tần tín hiệu đầu vào gây méo tín hiệu âm làm giảm 10