Đề cương tốt nghiệp môn KT Audio B3DT1 doc

- đối với hệ thống điện thanh ở mức độ nào đó âm thanh tạo lại không hoàn toàn giống hạn chế đó do 1 số nguyên nhân sau: + phá vỡ và làm mất cảm giác về không gian của nguồn âm + một n

Mục lục

Câu 1: Những hạn chế của hệ thống điện thanh

- nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống điện thanh là tạo ra cho người nghe một cảm giác khi nghe ở trong trường âm thanh của nguồn âm thực

- đối với hệ thống điện thanh ở mức độ nào đó âm thanh tạo lại không hoàn toàn giống hạn chế

đó do 1 số nguyên nhân sau:

+ phá vỡ và làm mất cảm giác về không gian của nguồn âm

+ một nguồn âm thanh bất kì luôn có tính không gian của 3 chiều gọi là tính lập thể của âm thanh

+ khi nguồn âm di chuyển trong không gian người nghe có thể định vị được nguồn âm đã qua

hệ thống điện thanh, khả năng đó có thể xảy ra

+ các hệ thống điện thanh thường tạo ra những tín hiệu chỉ mang thông tin về sự thay đổi biên

độ tần số và pha của tín hiệu Chứ hoàn toàn không có thông tin nào về không gian và vị trí của nguồn âm ban đầu , toàn bộ âm thanh đều phát ra từ 1 điểm duy nhất Như vậy đã vô tình thu hẹp không gian truyền nguồng âm thanh thành 1 điểm ở trong hệ thống âm thanh và có kèm theo ảnh động như điện ảnh, video thì hiện tượng bất trung thực tăng lên và làm giảm chất lượng âm thanh 1 cách nghiêm trọng , để khắc phục nhược điểm nà người ta sử dụng hệ thống

âm thanh lập thể Studio

→ thu hẹp dải động dải động

Dải động cực đại của nguồn âm thực vào khoảng 80dB hiện nay không thể chuyển đổi 1 hệ dải động lớn vì giới hạn dưới bị hạn chế bởi các loại nhiễu và tạp âm trong kênh truyền âm, bất kì

nơi đặt nguồn âm nào đều tồn tại mức tạp âm nội bộ ( kí hiệu là N tạp âm ) để lấn át những tín hiệu tạp âm đó thì mức tín hiệu hữu ích phải luôn luôn > 1 lượng là Nn ( Nn thấp nhất= 20dB)

- khi đó dải động tổng cộng của 1 kênh là:

D = Dthực + Nt â + Nn

= 80 + 30 + 20 = 130dB

Không có 1 kênh truyền nào truyền đi 1 dải động lớn, vì vậy phải thu hẹp dải động của tín hiệu xuống khoảng 40÷50 dB Việc thu hẹp này ảnh hưởng đến độ trung thực của tín hiệu, vì vậy để nâng cao chất lượng của hệ thống điện thanh người ta dùng phương pháp nén tạp âm

* nhiễu:

Tín hiệu điện thanh truyền đi trong tất cả hệ thống thông tin nào cũng bị tác động bởi nhiều loại nhiễu như:

+ nhiễu của các linh kiện điện tử, trong các kênh thông tin, nhiễu do nguồn điện để nuôi hệ thống, nhiễu do môi trường xung quanh.

* các loại méo khác

- tất cả sự sai khác về hình dạng giữa nguồn tín hiệu ban đầu và tín hiệu sau khi tạo lại đều gọi

là méo tín hiệu Ở đây ta chỉ so sánh tín hiệu điện giữa đầu vào và đầu ra của kênh truyền tin tức là đánh giá khách quan chứ không đề cập đến cảm giác chủ quan

- các loại méo chủ yếu do các thiết bị điện tử gây ra là méo tần số và méo pha tức là méo tuyến tính và méo phi tuyến

- méo tuyến tính là dạng méo tín hiệu do phần tử tuyến tính ở trong hệ thống gây ra Méo tuyến tính không làm xuất hiện những tần số lạ không có mặt ở trong thành phần tần số của tín hiệu nối vào, đặc trưng cảu méo tuyến tính là hệ số KĐ thay đổi theo tần số vì trong mạch điện gồm

có các điện trở và điện kháng lên hệ số cực đại là đại lượng phức do đó méo tuyến tính bao gồm méo tần số và méo pha

+ Méo tần số: biểu hiện ở độ lớn của hệ số khuếch đại phụ thuộc vào tần số và gọi là đặc tuyến tần số, ở trong thực nghệm cho thấy rằng méo tần số xảy ra ở tần số thấp và tần số cao, méo tần

số tạo ra cảm giác về sự thay đổi âm sắc

+ Méo pha: đặc trưng cho sự thay đổi góc lệch pha giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra theo tần số

nó sẽ làm thay đổi dạng của tín hiệu nhưng sự thay đổi về pha, thính giác của con người khó phát hiện lên nhiều khi người ta bỏ qua

+ méo phi tuyến: do các phần tử phi tuyến trong sơ đồ gây ra, nó biểu hiện ở chỗ sai khác về dạng tín hiệu giữa đầu vào và đầu ra, nhưng méo phi tuyến làm xuất hiện các hài bậc cao của tín hiệu Giả sử tín hiệu đưa vào có tần số ω, tín hiệu đưa ra nω ( n = 0,2,2,3….) thì hệ số méo phi tuyến ( γ )

γ = %

Câu 2: trình bày nguyên tắc hoạt động của hệ biến đổi điện động và hệ biến

* nguyên tắc hoạt động của hệ biến đổi điện động

- Được mô tả như hình sau:

Cho 1 dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn dây m n đặt trong từ trường của nam châm vĩnh cửu

sẽ gây ra 1 lực tương tác làm dây dẫn dịch chuyển vuông góc với đường sức của từ trường Nếu

từ cảm của nam châm là B, chiều dài dây dẫn là l thì lực tác dụng là: F = B.l.i ( 1 )

- trên cơ sở của ( 1 ) người ta có thể thiết kế được loa điện động, ngược lại nếu dây dẫn m n dịch chuyển vuông góc với đường sức của từ trường với tốc độ là v

Thì trên 2 đầu cuộn dây sẽ sinh ra 1 suất điện động cảm ứng: E = B.l.v ( 2 )

Từ biểu thức (1),(2) ta suy ra biểu thức ghép:

M = = = B.l

Qua biểu thức ta thấy hệ số ghép cơ điện tỉ lệ với cuộn cảm β và chiều dài cuộn dây l

* nguyên tắc hoạt động của hệ biến đổi tĩnh điện

- dạng đơn giản nhất của hệ biến đổi này có thể coi như một tụ điện gồm 1 phiến cố định và 1

phiến có thể di động được, sơ đồ của bộ biến đổi như sau:

U0 là nguồn điện áp phân cực 1 chiều đặt vào 2 phiến của tụ điện, R là trở tải

a là khoảng cách giữa 2 phiến của tụ điện

S là diện tích của phiến, lực tĩnh điện giữa 2 phiến của tụ điện được xác định theo biểu thức:

F = = ( 3 )

Biểu thức ( 6 ) là cơ sở để chế tạo loa tĩnh điện.

- cho 1 tín hiệu âm tần vào sẽ có lực xoay chiều tác động, gắn màn loa tuyến tính→được cơ cấu loa tĩnh điện Ngược lại dưới tác động của sóng âm thanh phiến động của tụ điện dịch chuyển theo tín hiệu âm thanh

X = Xm.e j ω t khi đó điện dung xoay chiều biến đổi

C~ = ; = ( 7 )

- nếu trên 2 phiến của tụ điện ta đặt điện áp phân cực 1 chiều có giá trị U0 thì sự thay đổi của điện dung sẽ dẫn đến sự thay đổi điện tích Q = C.U→tạo ra 1 dòng điện xoa chiều

i = =

thay giá trị của C ta thấy x << a ; i = ( 8 )

như vậy: hệ biến đổi tĩnh điện có thể coi như máy phát dòng với trở nội

và sức điện động E = từ các công thức trên → biến đổi điện cơ tĩnh điện:

M = = = ( 9 )

Hệ số ghép cơ điện tỉ lệ thuận với điện áp phân cực U0, tỉ lệ nghịch với khoảng a và tần số ω

Câu 3: trình bày các loại Micro, các loại loa và nguyên tắc hoạt động

I ) micro

Căn cứ vào đặc tính hướng và kết cấu Micro người ta phân thành 3 loại Micro đó là:

- Micro thu thanh áp: nếu Micro có kết cấu sao cho sóng âm chỉ tác động vào diện tích di động

ở phía trước còn phía sau hoàn toàn bị ngăn lại Nghĩa là là lực F2 = 0 và S2 = 0 Micro như vậy gọi là Micro thu thanh áp, loại Micro có đặc tuyến hướng hình tròn

- Micro thu gradient thanh áp: nếu Micro có kết cấu sao cho lực tác động lên hệ di động được

- Micro thu phức hợp: Micro thu phức hợp có kết cấu kết hợp cả 2 loại trên nghĩa là 1 mặt không phụ thuộc góc tới của sóng âm, 1 mặt phụ thuộc vào cosθ của góc tới Như vậy đối với loại Micro này đặc điểm hướng có thể thay đổi tùy thuộc vào hệ di động của Micro.

- Đặc tuyến hướng:

* Micro điện động:

- làm việc trên nguyên tắc của hệ biến đổi điện động, tùy thuộc vào kết cấu micro có thể có cả

3 dạng: đó là thu thanh áp, thu gradient thanh áp, thu phức hợp Hình sau là sơ đồ cấu tạo của micro thanh áp

- Hệ từ của micro gồm 1 nam châm vĩnh cửu hình trụ có mặt tích ở trên và ở dưới cùng với lõi sắt non tạo thành 1 khe hở hẹp có từ trường không đổi Hệ dao động của micro gồm 1 màng rung được gắn chặt với cuộn dây âm tần có khối lượng tổng cộng là m Đồng thời được nối với mặt tích trên bởi lớp viền C Khi âm thanh tác động trước màng micro làm cho màng micro

động cảm ứng biến thiên theo quy luật của tín hiệu âm tần, ở trong lõi sắt non người ta làm nhiều khe thoát không khí để khi màng micro bị nén không khí có thể thoát đi để tránh tạp âm trên mặt của khối sắt non, các lỗ thoát không khí người ta dán giấy hút ẩm, mặt tích ở phía dưới

* micro điện dung

- về kết cấu micro điện dung có thể thu thanh áp hay gradient thanh áp

- sơ đồ của micro điện dung:

- Phiến cố định của tụ được xẻ thành nhiều rãnh có tác dụng tăng thể tích không khí giữa phiến tĩnh và phiến động

- phiến động có thể di chuyển 1 cách dễ dàng thường trên đó người ta mạ vàng hoặc mạ kim loại quý

- nguồn U0 có tác dụng phân cực cho tụ điện khi có âm thanh tác động trước màng micro sẽ làm cho điện dung của nó thay đổi như vậy xuất hiện 1 tín hiệu qua tụ điện C1 đưa tới tầng KĐ

dùng TZT trường, tầng KĐ có điện trở rất lớn do đó có thể đáp ứng được yêu cầu tải lớn của micro điện dung.

- loại micro điện dung thu gradient thanh áp có dạng sau:

- loại micro này gồm có phiến động nằm giữa 2 phần tĩnh, tín hiệu được lấy ra nằm giữa 2 phiến tĩnh do đó luôn luôn ngược pha nhau làm cho biên độ tín hiệu tăng lên

độ nhạy cảm khá cao thường có kích thước nhỏ, đặc tuyến tần số bằng phẳng trong 1 dải tần số khá rộng do đó người ta thường dùng loại micro này làm micro trong đo lường.

II) Loa

- loa là một thiết bị biến đổi điện thanh nhằm biến đổi các tín hiệu điện thành âm thanh

Loa được chia thành 3 loại: loa điện động bức xạ trực tiếp

Loa nén

Loa tĩnh điện

* loa điện động bức xạ trực tiếp

- Sơ đồ điện động của loa điện động bức xạ trực tiếp:

- hiện nay loa điện động bức xạ trực tiếp hay bức xạ thẳng được sử dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật điện thanh Gọi là bức xạ trức tiếp vì màng rung của loa bức xạ âm thanh trực tiếp ra môi trường xung quanh Ở trong sơ đồ trên màng rung (1) có dạng hình nón được chế tạo bởi màng giấy ép dặc biệt phía ngoài màng rung được nối với viền mép ngoài (2), viền mép ngoài được

gắn chặt với giá đỡ (4), phần đáy nhỏ của màng rung được đậy kín bởi tấm chắn lồi (6), với mục đích tăng bề mặt bức xạ âm thanh Cuộn dây âm tần (3) được đặt giữa khe hở của mặt bích trên (8) và khối sắt (7) Mặt bích dưới (9) tạo thành mạch từ thông khép kín do nam châm (10) tạo ra Đối với loa điện động bức xạ trực tiếp bức xạ tốt âm thanh ở vùng tần số trung bình va vùng tần số thấp, đặc tính hướng và bức xạ ở tần số cao kém.

* loa nén

- Nhược điểm cơ bản của lao điện động bức xạ trực tiếp là hiệu xuất thấp đặc tuyến hướng kém

để khắc phục nhược điểm này người ta dùng lao nén, cơ sở lý thuyết của loa nén dựa trên quá trình lan truyền sóng âm trong 1 ống dẫn âm có tiết diện thay đổi theo quy luật nhất định

- sơ đồ loa nén:

- loa nén có khả năng định hướng tốt và ổn định trong 1 dải tần số rộng, hướng của loa cũng có thể khống chế bằng cách ghép theo các kiểu khác nhau, điều đó đóng vai trò quan trọng trong

việc trang âm ngoài trời hay trong các hội trường lớn.

- về mặt cấu tạo loa nén chỉ khác loa điện động bức xạ trực tiếp ở chỗ là màng rung không bức

xạ trực tiếp năng lượng âm thanh ra môi trường mà qua 1 hoặc 1 số ống dẫn âm, về nguyên lý phần màng rung hệ từ và cuộn dây âm tần giống loa điện động bức xạ trực tiếp, điều khác loa điện động bình thường là, đây là 1 loa điện động đặt trong ống dẫn âm, âm thanh được đi qua

ống dẫn âm đi ra ngoài, ống dẫn âm có tiết diện tăng theo quy luật hàm mũ, ở hình trên màn rung chính là màng ngăn D, màng rung gắn với cuộn âm tần khi màng loa dao động sóng âm thanh trước tiên là qua kênh dẫn phụ K sau đó mới đến cửa vào của ống dẫn âm, sau đó mới đến cửa vào của ống dẫn âm nắp đậy B để cân bằng pha của những dao động bức xạ từ các điểm khác nhau trên mặt căng để lấy sóng âm thanh không bức xạ về phía sau Dưới màng rung được bố trí 1 lớp chất hút ẩm và đằng sau có nắp đậy kín n, loa nén có hiệu suất cao và bức xạ tốt ở vùng có tần số cao của âm thanh.

- 1 điện áp phân cực đặt vào 2 phiến của tụ điện do vậy khi có tín hiệu đặt vào sẽ tạo ra lực tĩnh điện biến thiên theo quy luật của tín hiệu âm tần, điện trở mắc nối tiếp nguồn phân cực nhằm hạn chế dòng của tín hiệu đi qua

- trong các hệ thống âm thanh chất lượng cao người ta dùng loa tĩnh điện có kết cấu kép như (hình b) Sơ đồ này loại trừ được sự phát sinh ra của các hài bậc 2→ giảm được méo phi tuyến cho loa, phiến động được bố trí ở giữa 2 phiến tĩnh, 2 phiến cố định được cấp 1 điện áp có cùng biên độ nhưng ngược pha nhau, từ nguồn thứ cấp của biến áp, loa tĩnh điện có ưu thế bức xạ âm thanh ở tần số cao và thường có kích thước nhỏ nên thường được dùng làm tai nghe hoặc ghép với các loa tần số thấp

Câu 4 trình bày nguyên tắc ghi âm từ tính:

- trong quá trình ghi mỗi phần tử cực nhỏ của băng từ chịu tác động của xung nhiễu từ đầu ghi ( hình trên ) là dòng từ thông biến thiên trong lõi sắt từ Khi qua khe từ từ thông phân ra làm 3 nhánh từ thông ngắn mạch qua lớp không khí ngoài khe từ Φ1 và từ thông ngắn mạch qua lớp không khí trong mặt phẳng song song của khe từ Φ2 và từ thông ngắn mạch qua lớp bột từ Φ3 Trong 3 thành phần trên thì thành phần ngắn mạch qua lớp bột từ Φ3 là lớn nhất vì có từ trở nhỏ nhất và chính từ thông này là thành phần hữu ích để nhiễm từ dọc theo băng Sau khi ra khỏi đầu từ thì từ cảm giữa lại trên băng gọi là từ cảm dư có thể xác định bằng biểu thức:

Jxm: là biên độ của mức nhiễu từ

- lớp bột từ cạnh nhau sẽ có hướng ngược nhau Chiều dài của mỗi đoạn nhiễm từ = và gọi

là đoạn nửa bước sóng, tần số của tín hiệu ghi càng cao thì các đoạn càng ngắn thì từ cảm và

từ thông cũng giảm đi để méo và nâng cao chất lượng ghi qua cuộn dây đầu ghi ngoài dòng tín hiệu còn có dòng từ hóa với nhiệm vụ dich điểm làm việc từ gốc tọa độ của đường cong nhiễm

từ, là đoạn có đặc tuyến cong nhất lên đoạn đặc tuyến tương đối thẳng.

- thường sử dụng 2 loại từ hóa là từ hóa 1 chiều và từ hóa siêu âm Phương pháp ghi với dòng

từ hóa 1 chiều là qua cuộn dây đầu ghi ngoài dòng tín hiệu còn có 1 dòng 1 chiều chạy qua để

tạ ra từ trường hóa 1 chiều hoặc cũng có thể tạo ra bằng cách đặt 1 nam châm vĩnh cửu tại khe

hở từ đầu ghi

- Phương pháp này có nhược điểm là khi không có tín hiệu thì mức tạp âm lớn do tính chất của băng từ không đồng nhất tiếp xúc 1 đầu từ băng từ không cố định lên thành phần nhiễm từ 1 chiều sẽ thay đổi ngẫu nhiên và ghi lại trên băng từ khi tạo lại ở đầu đọc sẽ sinh ra tạp âm làm thu hẹp dải động của tín hiệu cần ghi Do những hạn chế đó phương pháp này hiện nay không được sử dụng

- Phương pháp ghi âm với dòng từ hóa siêu âm Để giảm méo phi tuyến nâng cao độ nhạy và

mở rộng giải thông tất cả các máy ghi âm hiện nay đều dùng phương pháp ghi âm có dòng từ hóa siêu âm, nếu qua cuộn dây đầu ghi có dòng âm tần và dòng siêu âm có tần số cao chạy qua với 1 dòng tối ưu của siêu âm tín hiệu tạo lại hoàn toàn không bị méo

- thông thường thì dòng siêu âm lớn hơn dòng tín hiệu vài lần: Is â = ( 2÷3 ) It h

- tần số của tín hiệu bằng 4→5 lần tần số cực đại của tín hiệu âm tần cần ghi Khi đồng thời tác động cả trường âm tần và trường siêu thì trường từ hóa siêu âm như được điều chế bởi trường tín hiệu âm tần, đường bao của tín hiệu siêu âm chính là tín hiệu âm tần, còn điểm làm việc được dịch chuyển lên vùng tuyến tính của đặc tuyến từ đến khi tạo thành hài hay đọc băng, đầu đọc chỉ ghi được giá trị trung bình của từ thông biến thiên tức là đường bao của trường siêu âm còn trường siêu âm thì không ghi nhận được trên băng từ do đó tín hiệu âm tần không bị méo.

Câu 5: trình bày nguyên tắc hoạt động của bộ khuếch đại ghi

- khi có dòng tín hiệu chạy qua cuộn dây của đầu ghi thì trong lõi từ xuất hiện dòng từ thông và

có thể xác định theo công thức:

Φ =

- trong đó: k là hệ số tỉ lệ

W là số vòng dây trong đầu từ

I là dòng điện của tín hiệu âm tần

Rm là tổng trở của đầu ghi

- qua biểu thức trên ta thấy rằng: từ thông tỉ lệ thuận với số vòng dây với cường độ dòng điện

và tỉ lệ nghịch với tổng trở của đầu từ Không thể tăng từ thông bằng cách tăng số vòng dây vì khi đó sẽ làm cho tổng trở Rm tăng, nên trường chọn số vòng dây là nhỏ do đó điện trở của tổng trở của nó cũng nhỏ do vậy điện áp để từ hóa không cần lớn lắm và bộ tạo sóng siêu âm sẽ đơn giản, trở kháng của cuộn dây đầu ghi nếu không tính đến điện trở thuần thì trở kháng của nó chính là trở tải (Kí hiệu: Zt ) Ta có: Zt = ω.L sẽ tăng theo tần số

L là hệ số từ cảm của cuộn dây đầu ghi Nếu dòng điện ghi được giữ không đổi thì điện áp ra

sẽ tăng với tỉ lệ tần số, bởi vậy phải có mạch sửa tần số trước khi đưa vào đầu từ Ở đoạn tần số thấp và tần số trung bình trở kháng xoay chiều của cuộn dây đầu từ là nhỏ nên gay ra méo khi tuyến, để tăng trở kháng tải của tầng KĐ và giảm méo phi tuyến người ta mắc nối tiếp với cuộn dây đầu từ 1 điện trở có giá trị khá lớn so với trở kháng của cuộn dây đầu từ Khi đó trở tải của

bộ KĐ ghi là Zt = R + ω.L ≈ R = const

- trong thực tế người ta thường chọn giá trị của R theo biểu thức:

R = 2ω.L = 4π.fC.L ( fC là tần số cao trong dải tần số của tín hiệu âm tần cần ghi )

- Sơ đồ lối ra của bộ KĐ ghi: