Bản vẽ thùng loa sub đầy đủ, chi tiết

Khi tìm kiếm bản vẽ thùng loa sub, nhiều người thường mong muốn có ngay một bộ kích thước gồm chiều cao, chiều rộng, chiều sâu, kích thước lỗ bass và chiều dài cổng hơi để mang ra xưởng cắt gỗ. Cách làm này khá nhanh nhưng cũng là nguyên nhân khiến không ít thùng sau khi hoàn thiện gặp tình trạng bass yếu, tiếng kéo đuôi, ù rền hoặc đánh lớn nhưng thiếu độ sâu.

Thực tế, bản vẽ thùng sub không đơn thuần là một bản vẽ cơ khí. Nó còn liên quan trực tiếp đến đặc tính của củ loa, thể tích không khí bên trong thùng, tần số cộng hưởng và cách cổng thoát hơi hoạt động. Eminence cũng lưu ý rằng thiết kế bass-reflex cần tính toán cẩn thận hơn thùng kín, trong đó diện tích và chiều dài cổng hơi là những yếu tố trực tiếp liên quan tới tần số tuning của thùng.

Vì vậy, trước khi tải một bản vẽ trên mạng rồi đóng theo, chúng ta nên hiểu bản vẽ đó dành cho loại loa nào và tại sao nó lại có những kích thước như vậy.

Bản vẽ thùng loa sub là gì?

Bản vẽ thùng loa sub là tài liệu thể hiện cấu trúc và kích thước cần thiết để chế tạo một thùng loa chuyên tái tạo dải tần thấp. Một bản vẽ tương đối đầy đủ thường thể hiện mặt trước, mặt sau, mặt bên, mặt trên, kích thước tổng thể, vị trí lắp củ loa, kích thước cổng hơi, chiều dài đường hơi và hệ thống giằng bên trong.

Nếu là thùng sub đơn giản dạng bass-reflex, số lượng chi tiết không quá nhiều. Nhưng với những thiết kế như bandpass, horn, folded horn hay tapped horn, cấu trúc bên trong có thể gồm nhiều vách chia và đường dẫn âm khá phức tạp. Mỗi kiểu thùng đều tạo ra sự đánh đổi khác nhau giữa độ sâu của bass, hiệu suất, kích thước thùng, mức âm lượng và độ phức tạp khi chế tạo.

Điều quan trọng là phải phân biệt kích thước bên ngoài và thể tích âm học thực tế bên trong. Hai chiếc thùng có kích thước ngoài gần giống nhau chưa chắc đã có cùng thể tích sử dụng, bởi củ loa, cổng hơi, giằng gỗ hay module công suất đều chiếm một phần không gian.

Vì sao không nên đóng thùng sub chỉ dựa vào kích thước củ loa?

Một trong những nhầm lẫn phổ biến nhất là nghĩ rằng cứ bass 30 cm thì dùng một kiểu thùng, bass 40 cm dùng một kiểu khác và bass 50 cm chỉ cần tăng kích thước thùng lên tương ứng.

Cùng bass 18 inch nhưng thể tích thùng có thể khác nhau

Đường kính chỉ cho biết kích thước tương đối của củ loa, chưa phản ánh đầy đủ cách củ loa hoạt động trong thùng.

Ví dụ, B&C khuyến nghị driver 18SW115 sử dụng enclosure khoảng 150 dm³, tương đương khoảng 150 lít, với tần số tuning 35 Hz. Trong khi đó Eminence Omega Pro-18A được hãng đưa ra dải thể tích thùng vented khoảng 96–198 lít. Một driver Eminence NSW4018-8 khác lại có dải khuyến nghị khoảng 99–340 lít.

Những con số này cho thấy câu hỏi “bass 50 đóng thùng bao nhiêu lít?” chưa đủ thông tin để có một đáp án chính xác.

Thông số Thiele-Small mới là dữ liệu cần quan tâm

Khi thiết kế thùng sub, các thông số thường được quan tâm gồm Fs, Vas, Qts, Qes, Qms, Re, Sd và Xmax. Chúng mô tả đặc tính cơ học và điện của củ loa, từ đó giúp dự đoán cách driver phản ứng khi đặt trong một thể tích thùng cụ thể.

Eminence cho biết việc hiểu các thông số Thiele-Small giúp lựa chọn driver phù hợp với enclosure, đồng thời lưu ý không nên nhìn riêng một thông số rồi kết luận ngay kiểu thùng thích hợp.

Nói đơn giản, củ loa và thùng loa phải được thiết kế như một hệ thống, không nên xem chúng là hai thành phần độc lập.

Các dạng bản vẽ thùng loa sub phổ biến

Tùy mục đích nghe nhạc, karaoke, âm thanh hội trường hay sân khấu mà cấu trúc thùng có thể rất khác nhau.

Bản vẽ thùng sub kín

Thùng kín có cấu tạo đơn giản nhất. Củ loa được lắp trên một khoang kín hoàn toàn, không sử dụng cổng thông hơi.

Ưu điểm lớn nhất là dễ chế tạo, ít chi tiết và thường dễ kiểm soát sai số hơn. Tuy nhiên hiệu suất dải thấp và độ mở rộng xuống tần số sâu có thể không bằng thiết kế bass-reflex trong cùng điều kiện driver phù hợp. Hệ thống acoustic suspension cũng dựa vào lượng không khí kín bên trong như một dạng “lò xo khí” hỗ trợ kiểm soát chuyển động của màng loa.

Dạng này thường phù hợp với hệ thống cần thùng gọn, bass kiểm soát tốt hơn là chạy theo SPL thật lớn.

Bản vẽ thùng sub bass-reflex

Đây là một trong những kiểu thùng phổ biến nhất. Ngoài củ loa, mặt trước hoặc mặt bên thùng có thêm cổng hơi dạng ống tròn hoặc khe chữ nhật.

Cổng này kết hợp với thể tích không khí bên trong tạo thành một hệ cộng hưởng được tuning tại một tần số nhất định. Khi thiết kế đúng, bass-reflex có thể tăng khả năng tái tạo dải thấp và cho mức đầu ra cao hơn trong vùng làm việc so với thùng kín.

Tuy nhiên đây cũng là dạng thùng dễ mắc lỗi. Port quá nhỏ có thể khiến vận tốc không khí lớn, xuất hiện tiếng gió hoặc tiếng “phì” khi loa hoạt động mạnh. Thay đổi tiết diện hoặc chiều dài port cũng làm thay đổi đặc tính tuning.

Bản vẽ thùng sub bandpass

Bandpass đặt củ loa bên trong thùng thay vì để màng loa phát trực tiếp hoàn toàn ra bên ngoài. Âm thanh được đưa ra ngoài thông qua một hoặc nhiều khoang và cổng hơi.

Kiểu thiết kế này có thể tối ưu mạnh cho một vùng tần số nhất định nhưng cách tính toán phức tạp hơn đáng kể. Phần mềm WinISD hiện hỗ trợ mô phỏng cả thùng kín, bass-reflex và bandpass, cho thấy đây là những cấu trúc cần được xem xét như các hệ thống âm học khác nhau chứ không đơn giản là thay đổi hình dáng thùng.

Bản vẽ thùng sub horn

Thùng horn sử dụng một đường dẫn âm có tiết diện thay đổi để ghép năng lượng từ driver ra môi trường bên ngoài. Các biến thể có thể gồm front-loaded horn, folded horn hoặc tapped horn.

Ưu điểm thường được nhắc đến là hiệu suất cao, rất phù hợp khi cần SPL lớn. Đổi lại, thùng horn thường lớn, nặng và kết cấu bên trong phức tạp hơn. Việc sai vài kích thước quan trọng trên đường horn cũng có thể khiến kết quả thực tế khác xa dự tính.

Vì vậy với người mới tự đóng loa, bass-reflex thường dễ tiếp cận hơn.

Một bản vẽ thùng loa sub cần có những thông tin gì?

Một bản vẽ tốt không nên chỉ có ba con số dài × rộng × cao.

Kích thước tổng thể

Đây là chiều rộng, chiều cao và chiều sâu bên ngoài thùng. Nó giúp xác định khả năng vận chuyển, xếp chồng, bố trí trong phòng hoặc đặt dưới hệ thống loa chính.

Nếu dùng ván dày 18 hoặc 19 mm, kích thước bên trong sẽ nhỏ hơn đáng kể so với kích thước ngoài, vì vậy không được lấy ba kích thước ngoài nhân với nhau để tính trực tiếp thể tích âm học.

Thể tích thùng thực

Giả sử kích thước lòng thùng là:

• Rộng 500 mm
• Cao 500 mm
• Sâu 600 mm

Thể tích hình học ban đầu sẽ là:

500 × 500 × 600 / 1.000.000 = 150 lít

Nhưng 150 lít này vẫn chưa phải thể tích net.

Cần tiếp tục trừ đi thể tích củ loa, port, giằng gỗ và các linh kiện nằm bên trong. Chẳng hạn riêng B&C 18SW115 đã chiếm khoảng 10,5 dm³ không khí khi lắp trong thùng.

Vì vậy, khi một bản thiết kế ghi “Vb = 150 L”, cần kiểm tra đó là gross volume hay net volume.

Kích thước lỗ lắp củ loa

Không nên lấy “18 inch” rồi tự đổi thành 457 mm để khoét lỗ.

Củ loa 18 inch thường có đường kính vành khoảng 450–460 mm nhưng lỗ khoét thực tế nhỏ hơn. Ví dụ B&C 18SW115 có đường kính tổng 460 mm nhưng đường kính khoét baffle là 425 mm.

Kích thước chính xác phải lấy từ bản datasheet của driver đang sử dụng.

Kích thước và chiều dài cổng hơi

Với slot port, bản vẽ cần thể hiện tối thiểu:

chiều rộng cổng × chiều cao cổng × chiều dài cổng.

Không nên chỉ ghi kích thước miệng port mà bỏ qua chiều dài phía trong.

Cùng một diện tích miệng port nhưng thay đổi chiều dài có thể làm tần số tuning thay đổi. Ngược lại, tăng diện tích port để giảm vận tốc không khí thường khiến port phải dài hơn nếu vẫn muốn giữ nguyên tần số tuning. Đây chính là lý do thiết kế port thường phải thực hiện theo quá trình thử – mô phỏng – điều chỉnh thay vì chọn kích thước cảm tính.

Hệ thống giằng thùng

Subwoofer tạo áp suất không khí lớn bên trong enclosure nên các tấm ván rộng có thể rung nếu không được gia cố.

Kicker khuyến nghị thùng sub sử dụng MDF dày khoảng 3/4 inch trở lên, các mối ghép cần kín và chắc, đồng thời những bề mặt lớn nên có giằng bên trong.

Với loa sân khấu thường xuyên di chuyển, plywood chất lượng tốt cũng được sử dụng phổ biến nhờ độ cứng và khả năng chịu va đập.

Cách thiết kế bản vẽ thùng sub đúng hơn

Thay vì bắt đầu bằng câu hỏi “đóng thùng kích thước bao nhiêu?”, cách hợp lý hơn là đi từ mục tiêu sử dụng.

Xác định mục đích của chiếc sub

Sub dùng trong phòng karaoke sẽ có yêu cầu khác sub hội trường hoặc sub sân khấu ngoài trời.

Nếu ưu tiên bass sâu, thiết kế có thể hướng đến tuning thấp hơn. Nếu cần lực bass mạnh, độ nhạy cao và đánh ở mức âm lượng lớn, người thiết kế có thể chấp nhận kích thước enclosure lớn hơn hoặc lựa chọn cấu trúc khác.

Đây là một bài toán đánh đổi. Không thể đồng thời yêu cầu chiếc sub cực nhỏ, xuống cực sâu, hiệu suất cực cao và sử dụng driver bình thường mà không có sự hy sinh ở yếu tố nào đó. Các tài liệu về loudspeaker enclosure cũng nhấn mạnh mối quan hệ giữa kích thước thùng, khả năng xuống thấp và hiệu suất của hệ thống.

Lấy đầy đủ thông số củ loa

Tốt nhất nên sử dụng datasheet chính hãng.

Không nên lấy thông số của một củ bass “gần giống” để thay thế, vì hai model có cùng đường kính và công suất nhưng Vas, Qts, Fs hay Xmax hoàn toàn có thể khác nhau.

Mô phỏng trước khi vẽ chi tiết

WinISD là một phần mềm miễn phí dành cho Windows có khả năng thiết kế và mô phỏng thùng closed, vented và bandpass. Người dùng có thể nhập thông số driver rồi thay đổi Vb, Fb và các thông số port để theo dõi phản ứng của hệ thống.

Các công cụ hiện đại hơn còn có thể hiển thị SPL, cone excursion, port velocity, impedance và tạo mô hình thùng 3D. Tuy nhiên phần mềm chỉ là công cụ hỗ trợ; kết quả vẫn phụ thuộc vào độ chính xác của thông số nhập vào.

Chuyển mô hình âm học thành bản vẽ cơ khí

Sau khi xác định được thể tích net và port, lúc này mới tính chiều rộng, chiều cao và chiều sâu.

Ví dụ cần 150 lít net, không nhất thiết phải tạo một chiếc hộp có đúng 150 lít thể tích hình học. Có thể phải thiết kế tổng thể lên khoảng 165–175 lít rồi trừ dần phần chiếm chỗ của driver, port và brace cho đến khi còn đúng thể tích mong muốn.

Đây là bước rất nhiều bản vẽ chia sẻ trên mạng bỏ qua.

Một cách nghĩ khác khi tìm bản vẽ thùng loa sub

Có một điểm khá thú vị: người mới thường tìm “bản vẽ chuẩn”, trong khi người thiết kế có kinh nghiệm lại quan tâm nhiều hơn tới bản vẽ phù hợp.

Hai khái niệm này rất khác nhau.

Một chiếc thùng có thể xuống rất sâu nhưng quá lớn để mang đi sự kiện. Một mẫu khác có SPL cao nhưng không phù hợp với phòng nhỏ. Một mẫu sub bass đôi rất mạnh nhưng lại làm hệ thống trở nên cồng kềnh. Vì thế trước khi vẽ thùng, hãy thử đặt ra bốn câu hỏi:

Củ loa nào sẽ được sử dụng? Bass cần xuống đến đâu? Mức âm lượng cần đạt khoảng nào? Chiếc thùng có giới hạn kích thước và trọng lượng hay không?

Khi trả lời được bốn câu hỏi này, bản vẽ bắt đầu có mục tiêu rõ ràng.

Eminence hiện cũng công bố nhiều dự án DIY riêng biệt, từ sub đơn 18 inch đến sub đôi 18 inch, thay vì đưa ra một bản vẽ duy nhất cho mọi ứng dụng. Điều đó phần nào phản ánh đúng bản chất của việc thiết kế enclosure: mỗi cấu hình có mục tiêu và điều kiện sử dụng riêng.

Có nên tải bản vẽ thùng loa sub có sẵn để đóng không?

Hoàn toàn có thể, đặc biệt khi bản vẽ được cung cấp bởi chính nhà sản xuất driver hoặc một đơn vị đã công bố rõ model củ loa, thể tích net, tần số tuning và cấu trúc port.

Ngược lại, nên thận trọng với những bản vẽ chỉ có vài kích thước nhưng không ghi driver sử dụng, không có Vb, Fb hoặc chiều dài port.

Nếu vẫn muốn áp dụng một bản vẽ có sẵn cho củ loa khác, ít nhất nên nhập lại thông số driver và kích thước enclosure vào phần mềm mô phỏng để kiểm tra trước. Việc dành thêm thời gian ở bước này thường rẻ hơn nhiều so với đóng xong một chiếc thùng lớn rồi mới phát hiện bass không như mong muốn.