Frequency Response có lẽ là một thuật ngữ khá xa lạ đối với mọi người. Vậy chúng có những đặc điểm gì? Hãy cùng giải pháp âm học tìm hiểu ngay sau đây.
Frequency Response là gì?
Frequency Response hay được gọi là Tần số đáp ứng hay đáp tần. Chúng mô tả phản ứng trạng thái ổn định của một hệ thống đối với các đầu vào hình sin có tần số khác nhau và cho phép các kỹ sư điều khiển phân tích và thiết kế các hệ thống điều khiển trong miền tần số.
Để hiểu tại sao miền tần số lại quan trọng, hãy xem xét một cây đàn guitar. Nếu chúng ta đặt micro gần bảng âm thanh cua nó và nhỏ một trong các dây, dây rung sẽ cộng hưởng trong khoang đàn guitar và tạo ra sóng âm thanh được micro thu lại. Nhìn vào dấu vết thời gian của tín hiệu thu được (hình 1, bên phải), rất khó để nhanh chóng trích xuất thông tin về những gì đang diễn ra.
Khi chúng ta nhìn vào cùng một tín hiệu trong miền tần số trên máy phân tích phổ hoặc bằng cách thực hiện biến đổi Fourier nhanh (FFT) cúa tín hiệu miền thời gian, chúng ta thấy đỉnh biên độ ở một số tần số (Hình 2, bên trái). Tần số đỉnh này là giai điệu cơ bản tạo thành nốt nhạc mà chúng ta vừa chơi. Khi chúng tôi điều chỉnh núm chỉnh hoặc nhấn dây vào cổ đàn guitar, chúng tôi thay đổi tải trước hoặc độ dài hiệu quả của dây đó. Điều này sẽ thay đổi tần số mà tại đó chuỗi cộng hưởng lên hoặc xuống, và chúng tôi tạo ra một nốt khác (Hình 2, bên phải). Với phân tích đơn giản này trong miền tần số, chúng ta có thể thấy cây đàn guitar (hệ thống) phản ứng như thế nào khi nhổ (đầu vào hệ thống).
Sự tương tự này có thể được chuyển sang các hệ thống khác, nơi chúng tôi quan tâm đến phản ứng của hệ thống đối với đầu vào hoặc kích thích từ môi trường. Chúng ta có thể hiểu rõ hơn về động lực học hệ thống như tần số của đỉnh cộng hưởng, độ lợi DC, băng thông, độ trễ pha và biên độ pha và độ lợi cho hệ thống vòng kín.
Đường cong của Frequency Response
Chúng ta có thể thấy rằng Frequency Response của bất kỳ mạch nhất định nào là sự thay đổi trong hành vi của nó với những thay đổi trong tần số tín hiệu đầu vào vì nó hiển thị dải tần số mà đầu ra (và độ lợi) vẫn khá ổn định. Phạm vi tần số lớn hoặc nhỏ giữa ƒL và ƒH được gọi là băng thông mạch. Vì vậy, từ đó, chúng tôi có thể xác định trong nháy mắt mức tăng điện áp (tính bằng dB) cho bất kỳ đầu vào hình sin nào trong một dải tần số nhất định.
Như đã đề cập ở trên, sơ đồ Bode là một trình bày logarit của Frequency Response. Hầu hết các bộ khuếch đại âm thanh hiện đại đều có đáp ứng tần số phẳng như được hiển thị ở trên trên trên toàn bộ dải âm thanh của các tần số từ 20 Hz đến 20 kHz. Phạm vi tần số này, đối với bộ khuếch đại âm thanh được gọi là Băng thông của nó, (BW) và chủ yếu được xác định bởi đáp ứng tần số của mạch.
Các điểm tần số ƒL và ƒH liên quan đến góc dưới hoặc tần số cắt và góc trên hoặc điểm tần số cắt tương ứng là mức tăng mạch rơi ra ở tần số cao và thấp. Những điểm này trên đường cong đáp ứng tần số thường được gọi là điểm -3dB (decibel). Vì vậy, băng thông được đưa ra đơn giản là:
Decibel, (dB) bằng 1/10 bel (B), là một đơn vị phi tuyến tính phổ biến để đo độ lợi và được định nghĩa là 20log10(A) trong đó A là độ lợi thập phân, được vẽ trên trục y. Không decibel, (0dB) tương ứng với hàm cường độ của sự thống nhất cho đầu ra tối đa. Nói cách khác, 0dB xảy ra khi Vout = Vin vì không có sự suy giảm ở mức tần số này và được đưa ra là.
Chúng ta thấy từ biểu đồ Bode ở trên rằng ở hai góc hoặc các điểm tần số cắt, đầu ra giảm từ 0dB xuống -3dB và tiếp tục giảm với tốc độ cố định. Sự sụt giảm hoặc giảm độ lợi này thường được gọi là vùng cuộn của đường cong đáp ứng tần số. Trong tất cả các mạch lọc và bộ khuếch đại đơn bậc cơ bản, tốc độ cuộn này được định nghĩa là 20dB/thập kỷ, tương đương với tốc độ 6dB/octave. Các giá trị này được nhân với thứ tự của mạch.
Các điểm tần số góc -3dB này xác định tần số mà tại đó mức tăng đầu ra giảm xuống còn 70,71% giá trị tối đa của nó. Sau đó, chúng ta có thể nói chính xác rằng điểm -3dB cũng là tần số mà tại đó mức tăng hệ thống đã giảm xuống còn 0,707 giá trị tối đa của nó.
Những điểm nổi bật của Frequency Response
- Frequency Response là đường biểu diễn, khi mô tả chính xác sẽ giúp cho người dùng thiết bị biết trước khỏng cách gần đúng để không làm ảnh hưởng tới chất âm.
- Khi tái tạo tần số tròn giảm tần nhất định với mức độ quan trọng như nhau, so với cường độ của tần số có trong tín hiệu INPUT, đường biểu diễn đáp ứng của thiết bị được gọi là phẳng (flat) trong dải tần đó. Vì đường biểu diễn đáp ứng cho giải đó đi ngang, đi thẳng hoặc trên đoạn đồ thị này. không phải ai cũng có thể thấy được biểu diễn đáp ứng phẳng trong phổ âm thanh, đặc trưng duy nhất là bộ khuếch đại âm thanh.
- Một số micro condenser có thể đạt tới độ lý tưởng này và micro thường không cần phải đáp ứng tần số Flat.
- Loa gần như không thể đạt được điều này bởi dung sai thường rất nhỏ ngoại trừ trong mức giải tần giới hạn.
- Một số thiết bị như mixer, thiết bị xử lý tín hiệu lý tưởng khác thì sẽ hiển thị đặc tính này trong suốt toàn bộ phổ âm thanh. Tuy nhiên trên thực tế có nhiều thiết bị thay đổi chất lượng ôm đáng kể, thậm chí là khi thiết lập EQ ở vị trí Flat. Hiểu một cách đơn giản thì đáp ứng của nó không nhất thiết là flat mặc dù mixer có chất lượng cao và thiết bị xử lý tín hiệu có khuynh hướng gần với điều này.
- Bất kỳ đặc điểm kỹ thuật của đáp ứng tần số – Frequency Response đều không được hiển thị như đồ thị, có dung sai tối thiểu ở loa thường là ±3dB nghĩa là cộng thêm hoặc trừ đi 3dB. Quy cách kỹ thuật cũng cần phải hội tụ đủ điều kiện để đáp ứng toàn dải để vẫn trong giới hạn dung sai quy định. Với thông số ±3dB thì sẽ có một tổng 6dB lên xuống trong giản tần số trích dẫn. Khi sử dụng bộ khuếch đại hay bộ xử lý tín hiệu chất lượng cao, dung sai cũng sẽ có thể được quy định nhiều hơn vào khoảng ±1dB trên hầu hết các phổ âm thanh.
Những lưu ý về Frequency Response
Sẽ có một số vấn đề xảy ra đối với thông số kỹ thuật của micro và loa. Nguyên nhân thường là do đường biểu diễn đáp ứng trực tiếp của trục. Nếu rời khỏi trục đáp ứng, rất có thể sẽ bị chệch rất nhiều so với các đường biểu diễn trên trục, kể cả đường biểu diễn chính xác và trung thực.
Việc âm thanh bị giảm cường độ có thể là do sự lan truyền hình học của âm thanh và tổn thất do ma sát giữa các hạt không khí. Nếu ở khoảng cách ngắn thì sự lan truyền hình học của âm thanh có khuynh hướng chiến ưu thế, được mô tả bởi luật bình phương nghịch đảo và ngược lại. Ở khoảng cách xa hơn thì sự ma sát giữa những hạt không khí lại chiếm ưu thế.
Kết
Hầu hết các bộ khuếch đại và bộ lọc đều có đặc tính Frequency Response phẳng trong đó băng thông hoặc phần băng thông của mạch phẳng và không đổi trên một dải tần số rộng. Các mạch cộng hưởng được thiết kế để truyền một loạt các tần số và chặn các tần số khác. Chúng được xây dựng bằng cách sử dụng điện trở, cuộn cảm và tụ điện có phản ứng thay đổi theo tần số, đường cong đáp ứng tần số của chúng có thể trông giống như một điểm tăng hoặc điểm mạnh vì băng thông của chúng bị ảnh hưởng bởi cộng hưởng phụ thuộc vào Q của mạch, vì Q cao hơn cung cấp băng thông hẹp hơn.
Tham khảo thêm: Tần số cắt là gì? Cách cắt tần số loa đúng chuẩn
