Phối hợp trở kháng là gì? Phương pháp phối hợp trở kháng chuẩn

Bên cạnh những thông số kỹ thuật của loa như công suất, tần số, đường tiếng… thì trở kháng là thống số giữ vai trò đặc biệt quan trọng của loa karaoke, loa nghe nhạc. Với bài viết này, Blog sẽ giúp bạn đọc hiểu thêm về trở kháng của loa cũng như cách tính, cách kết nối loa với Amply với chỉ số trở kháng phù hợp để bạn có thể tận hưởng được chất lượng âm thanh tốt nhất.

1. Trở kháng của loa là gì?

Như đã nói ở trên thì trở kháng chính là một thông số kỹ thuật nằm trong cấu tạo của một thiết bị loa. Trở kháng được hiểu một cách đơn giản chính là điện trở của loa điện đó. Trong vật lý học, điện trở hay trở kháng được ký hiệu là R và có đơn bị được tính theo Ohm (Ω).

1.1 Phối hợp trở kháng là gì?

Phối hợp trở kháng là công việc mà bạn cần phải chú ý đến khi lắp đặt dàn âm thanh của mình. Bạn cần phải phối kết hợp trở kháng sao cho trở kháng ra của tầng trước phải bằng chỉ số đầu vào của tầng sau. Để làm được điều này, bạn cần phải có sự hiểu biết và tính toán thật chuẩn xác.

Chúng ta gọi nội trở của nguồn là Rn, trở kháng đầu vào của tầng sau hay chính là tải là Rt, và E chính là nguồn lý tưởng. Cường độ dòng điện I sẽ được tính như sau:
I = E/R = E / (Rn+Rt)

Công suất ở trên tải sẽ được tính theo công thức:
Pt = I.Ut = I.I.Rt = E² * Rt / (Rn + Rt)²

1.2 Tại sao phải phối hợp trở kháng?

Theo như công thức ở trên, công suất tải sẽ lớn nhất chỉ khi nội trở của nguồn và tải bằng nhau. Điều này phụ thuộc rất nhiều vào việc bạn phối hợp trở kháng ra sao. Nếu phối hợp một cách chuẩn xác, bạn sẽ được mức công suất lớn nhất. Ngoài ra, việc phối hợp trở kháng còn chống được một phần những năng lượng phản xạ hay nhiễu nội mạch, làm suy yếu tín hiệu. Từ đó, bạn có thể được thưởng thức những âm thanh rõ ràng, sạch nhất.

1.3 Ý nghĩa của trở kháng đối với thiết bị loa

Trở kháng đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong loa. Chúng quyết định đến chất lượng hoạt động của loa cũng như sự tương thích của thiết bị loa với Ampli. Theo nghiên cứu của các chuyên gia, loa càng hoạt động ổn định và kết hợp hiệu quả với Ampli khi giá trị của trở kháng càng cao.

Để có được chất lượng âm thanh của loa tốt nhất, hay khi dùng loa để nghe nhạc, xem phim, người ta thường ưu tiên giá trị của trở kháng là 8Ohm hơn là mức 4Ohm. Điều này đã được giải thích và minh chứng bởi thống số damping factor có ở Ampli. Chỉ số này càng cao, bạn càng được thưởng thức những âm thanh mạnh mẽ, chắc khỏe và không vỡ tiếng.

1.4 Các tính trở kháng để phối ghép với Ampli đơn giản, hiệu quả

Khi bạn phối ghép loa với Ampli thì phải chú ý đến chỉ số của cả 2 thiết bị này. Các nghiên cứu của những chuyên gia đầu ngành đã chỉ ra rằng trở kháng của Ampli mà lớn hơn tổng trở của loa thì Ampli sẽ bị quá tải. Chúng sẽ khiến cả thiết bị loa lẫn Ampli của bạn bị ảnh hưởng thậm chí là bị chập cháy, hỏng ngay. Bởi vậy, khi phối ghép loa và Ampli, bạn phải đặc biệt chú ý đến điều này.

Việc kết nối loa với Amply karaoke sẽ được thực hiện theo 2 kiểu chính là kết nối song song và kết nối nối tiếp. Với mỗi kiểu kết nối, bạn lại có một cách tính tổng điện trở khác nhau. Sau đây, chúng ta sẽ dùng ký hiệu R để ký hiệu cho điện trở.

Trường hợp kết nối nối tiếp:

Cách tính tổng trở của kiểu kết nối gián tiếp khá đơn giản. Bạn chỉ cần cộng tổng của tất cả các điện trở cần phối ghép lại với nhau sẽ cho ra được điện trở tổng.

R = R1 + R2 + R3 +...+ R(n)

Trường hợp kết nối song song

Với cách kết nối này, cách tính tổng trở phức tạp hơn 1 chút. Nghịch đảo của tổng trở sẽ bằng nghịch đảo của các trở kháng con cộng lại. Công thức của chúng được tính như sau:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 +...= 1/R(n)

Lý luận : Phối hợp trở kháng là gì ? có tác dụng thế nào ?

Gọi Rn là nội trở của nguồn (hay trở kháng ra của tầng trước), Rt là tải (hay trở kháng vào của tầng sau), E là nguồn lý tưởng.

theo Ohm-Law, dòng điện I qua mạch là:

I = E/R = E / (Rn+Rt)

Công suất trên tải là:

Pt = I.Ut = I.I.Rt = E^2 * Rt / (Rn + Rt)^2

Pt lớn nhất khi Rn = Rt

Như vậy, việc "làm sao đó" để trở kháng ra của tầng trước bằng trở kháng vào của tầng sau (gọi là phối hợp trở kháng) nhằm đạt công suất tải lớn nhất.

Ngoài ra, phối hợp trở kháng tốt còn chống được tín hiệu "dội" do một phần năng lượng bị phản xạ (reflection), nhiễu nội mạch và suy hao tín hiệu (signal absorbtion) làm giảm total công suất ngõ ra.

Tần số hoạt động của mạch càng cao thì yêu cầu phối hợp trở kháng càng chặt chẽ, nhất là phối hợp trở kháng trong kỹ thuật bức xạ cao tần (RF = Radio Frequency).

Cụ thể và tiêu biểu nhất là phối hợp trở kháng antenna - Tx trong kỹ thuật cao tần, phối hợp trở kháng Ampli - loa trong kỹ thuật truyền thanh.

Trở kháng và sự kết hợp trở kháng

Trở kháng là gì

Trở kháng là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự cản trở dòng điện trong mạch điện khi có hiệu điện thế đặt vào. Thường được kí hiệu Z đơn vị Ω (Ohm).

Đối với các linh kiện như tụ điện và cuộn dây thì trở kháng còn phụ thuộc vào tần số.

Đối với điện trở thì giá trị trở kháng chính là giá trị của chính điện trở đó. Hay nói cách khác, trở kháng của điện trở không phụ thuộc vào tần số.

Và các linh kiện như IC, transistor, diode lại có trở kháng thay đổi theo điều kiện hoạt động của mạch.

Trở kháng đầu vào, trở kháng đầu ra

Trở kháng không chỉ dừng lại ở các linh kiện đơn thuần như điện trở, tụ điện, cuộn dây, transistor. Sự phối hợp giữa các linh kiện ấy tạo nên các thành phần trở kháng khác nhau. Trong đó, chúng ta quan tâm tới hai thành phần chính là trở kháng ngõ vào và trở kháng ngõ ra.

Trở kháng ngõ vào là trở kháng được đo tại ngõ vào của thiết bị. Trở kháng ngõ ra là trở kháng được đo tại ngõ ra của thiết bị.

Tầm quan trọng của việc phối hợp trở kháng

Xem xét sơ đồ mạch điện đơn giản như sau.

Ta luôn có công thức tính toán:

Vo = Vi*Ro/ (Ri + Ro)

Vi là tín hiệu điện áp ngõ vào

Vo là tín hiệu điện áp ngõ ra

Đối với hầu hết các mạch điện từ thì thường được thiết kế chia thành các cụm, các tầng có chung chức năng. Các tầng này có liên kết chặt chẽ với nhau. Đầu ra của tầng trước được kết nối với đầu vào của tầng sau. Và mô hình trên tương đương như việc kết nối các thiết bị với nhau.

Nếu Ro >> Ri thì gần như Vo = Vi. Hay nói cách khác, tín hiệu ngõ vào Vi được truyền gần như hoàn toàn đến thiết bị phía sau.

Nếu Ro << Ri thì gần như Vo = o. Hay nói cách khác, tín hiệu ngõ vào Vi không được truyền đến thiết bị phía sau.

Như vậy, nếu trở kháng được phối hợp không tương xứng sẽ làm suy hao tín hiệu ngõ vào của tầng tiếp theo. Điều này được thấy rõ ràng trong việc kết nối các thiết bị theo ví dụ sau:

Khi kết nối một micro thu âm đến một preamp thông thường sẽ không nhận thấy sự thay đổi đáng kể. Bởi vì, trở kháng ngõ ra của micro thu âm tầm khoảng 600 ohm. Trong khi đó trở kháng ngõ vào của preamp ít nhất cũng khoảng 20kohm. Do đó, hầu hết tín hiệu điện áp ngõ ra của micro thu âm đều được truyền đến preamp.

Tuy nhiên, đối với thiết bị nhạc cụ lại đi theo chiều hướng khác. Trở kháng ngõ ra của nhạc cụ thường tầm 20kohm. Nếu trở kháng ngõ vào của preamp cũng là 20kohm thì như vậy tín hiệu điện áp ngõ ra được tiếp nhận bởi preamp chỉ là 50%. Do đó, hầu như các thiết bị sound card thu âm, preamp đều có tính năng trở kháng cao dành cho nhạc cụ.

Những điều lưu ý khi phối hợp trở kháng thiết bị thu âm

Khi sử dụng các thiết bị đặc biệt là sound card thu âm với micro thu âm và nhạc cụ. Người sử dụng cần lưu ý rằng ngõ vào sẽ hỗ trợ kết nối dành cho thiết bị nào? Micro thu âm, nhạc cụ hoặc cả hai. Khi kết nối với thiết bị là nhạc cụ, người sử dụng cần kích hoạt chức năng trở kháng cao. Mục đích để tín hiệu được tiếp nhận tốt nhất

Ngược lại tín hiệu sẽ bị suy hao đáng kể. Hiện tượng mà người nghe có thể cảm nhận được âm thanh rất mỏng, khá nhỏ, không đầy đủ dãi tần.