Loa sub array là gì? Cách bố trí và ứng dụng trong hệ thống âm thanh

Với những hệ thống âm thanh hội trường, sân khấu hay sự kiện quy mô lớn, chỉ tăng số lượng loa sub chưa chắc đã giúp tiếng bass hay và đều hơn. Nếu các loa được đặt không hợp lý, chúng có thể cộng âm rất mạnh ở một khu vực nhưng lại triệt tiêu nhau ở vị trí khác. Người đứng giữa sân cảm thấy tiếng trống cực kỳ uy lực, trong khi chỉ cần di chuyển sang một bên vài mét, lượng bass đã giảm rõ rệt.

Đây cũng là lý do loa sub array ngày càng được quan tâm trong thiết kế âm thanh chuyên nghiệp. Thay vì coi từng chiếc subwoofer là một nguồn âm hoạt động độc lập, nhiều loa sub được tổ chức thành một hệ thống thống nhất nhằm tăng khả năng kiểm soát dải tần thấp, tạo vùng phủ phù hợp và hạn chế năng lượng âm thanh đi về những khu vực không mong muốn.

Loa sub array là gì?

Loa sub array có thể hiểu đơn giản là một hệ thống gồm nhiều loa subwoofer được bố trí theo một cấu trúc nhất định và hoạt động phối hợp với nhau. Khoảng cách giữa các loa, hướng đặt, mức âm lượng, polarity, delay cũng như xử lý DSP có thể được tính toán để điều khiển cách các nguồn âm cộng và triệt tiêu lẫn nhau.

Các phần mềm thiết kế hệ thống hiện nay cũng xem subwoofer array như một phần riêng cần được mô phỏng. Chẳng hạn, RCF RDNet hỗ trợ cấu hình các dạng Cardioid, Arc và EndFire; trong khi MAPP của Meyer Sound cho phép mô hình hóa hệ thống sub và các cấu hình gradient trước khi triển khai thực tế.

Điểm quan trọng cần hiểu là sub array không nhất thiết là một loại loa riêng biệt. Một chiếc sub thông thường hoàn toàn có thể trở thành một phần của sub array nếu model đó hỗ trợ cách bố trí và xử lý phù hợp.

Loa sub array khác gì một chiếc loa sub thông thường?

Một loa sub đơn chủ yếu được quan tâm tới những yếu tố như công suất, kích thước củ loa, dải tần, SPL hay cấu tạo thùng. Khi chuyển sang sub array, ngoài khả năng của từng loa, người thiết kế còn phải quan tâm đến mối quan hệ giữa nhiều nguồn âm.

Ví dụ, nếu đặt nhiều loa cùng hàng và phát cùng tín hiệu, chúng có thể tạo ra mức năng lượng lớn hơn. Nhưng khi khoảng cách hoặc vị trí giữa các loa thay đổi, sự chênh lệch quãng đường truyền âm đến người nghe sẽ tạo ra khác biệt về pha. Một số tần số cộng với nhau, trong khi một số tần số khác lại bị giảm.

Vì vậy, tư duy khi làm sub array không phải là:

“Cần bass mạnh thì cứ thêm loa.”

Mà nên là:

“Cần bao nhiêu nguồn bass, đặt chúng ở đâu và điều khiển chúng như thế nào để năng lượng đi đúng nơi cần nghe?”

Đây chính là khác biệt quan trọng nhất.

Vì sao hệ thống âm thanh lớn thường cần sub array?

Tăng khả năng tái tạo dải trầm

Lợi ích dễ nhận thấy nhất khi sử dụng nhiều subwoofer là tăng headroom cho hệ thống. Các chương trình biểu diễn có nhiều kick drum, bass guitar, EDM hoặc hiệu ứng tần số thấp thường yêu cầu năng lượng đáng kể ở dải trầm.

Một subwoofer đơn phải làm việc rất nặng để đạt SPL lớn. Khi có nhiều loa cùng đảm nhiệm dải tần này, tải âm thanh được chia cho nhiều thiết bị hơn, giúp hệ thống có thêm khoảng dự trữ khi chương trình xuất hiện những đoạn cao trào.

Các hãng âm thanh chuyên nghiệp cũng phát triển hệ thống sub theo hướng có khả năng mở rộng từ một vài thiết bị thành những cụm lớn phục vụ sân khấu và touring. Meyer Sound, chẳng hạn, cho phép các dòng LFC được ground-stack hoặc treo thành những array riêng biệt tùy quy mô hệ thống.

Kiểm soát vùng phủ bass tốt hơn

Đây mới là lợi ích khiến sub array trở nên thực sự đáng giá.

Ở dải tần thấp, bước sóng rất dài. Với tốc độ âm thanh trong không khí khoảng 343 m/s, bước sóng có thể ước tính theo:

λ = c / f

Trong đó λ là bước sóng, c là tốc độ âm thanh và f là tần số.

Ví dụ, ở 50 Hz, một bước sóng dài gần 7 m. Chính vì bước sóng lớn nên việc kiểm soát hướng phát của bass khó hơn đáng kể so với dải trung và cao.

Thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào hướng vật lý của một thùng loa, sub array khai thác giao thoa giữa nhiều nguồn âm. Khi thời gian phát và vị trí của từng nguồn được tính đúng, âm thanh có thể cộng mạnh hơn về phía khán giả và giảm ở phía khác.

Giảm tiếng bass phía sau sân khấu

Nếu sử dụng sub phát gần như đa hướng, lượng âm trầm không chỉ đi tới khán giả mà còn lan ngược về sân khấu.

Điều này có thể khiến sân khấu bị “ngập bass”, gây khó chịu cho nghệ sĩ, kỹ thuật viên và ảnh hưởng đến hệ thống microphone, monitor. Những cấu hình cardioid được phát triển chính để giải quyết vấn đề đó.

d&b cho biết các hệ thống Cardioid Subwoofer Array của hãng có thể tạo khả năng kiểm soát hướng tính ở tần số thấp và giảm đáng kể năng lượng phát về phía sau. Meyer Sound cũng cho phép bố trí ba sub cùng mặt phẳng, trong đó một loa quay ngược hướng kết hợp xử lý phù hợp để tạo mô hình cardioid.

Nguyên lý hoạt động của loa sub array

Sự cộng và triệt tiêu giữa các nguồn âm

Giả sử có hai loa sub cùng phát một tín hiệu.

Nếu sóng âm từ cả hai đến một vị trí gần như cùng pha, chúng sẽ cộng với nhau và tạo mức âm lớn hơn. Ngược lại, nếu tại một tần số nào đó chúng tới vị trí nghe với quan hệ pha bất lợi, mức năng lượng tại đó có thể giảm đáng kể.

Đây là lý do một hệ thống có rất nhiều subwoofer vẫn có thể xuất hiện vị trí “bass cực mạnh” và vị trí “bass biến mất”.

Khoảng cách vật lý, tần số, vị trí người nghe và delay đều ảnh hưởng đến kết quả.

Delay trở thành một công cụ tạo hướng tính

Delay trong sub array không đơn thuần dùng để sửa một chiếc loa “đến chậm” hơn chiếc khác.

Kỹ thuật viên có thể chủ động tạo ra chênh lệch thời gian giữa các nguồn để thay đổi cách chúng giao thoa.

Đây chính là nền tảng của nhiều cấu hình như Arc, End-Fire hay Gradient. Các hệ thống quản lý hiện đại thậm chí đã có công cụ tính và thiết lập những cấu hình này trực tiếp. RCF RDNet, ví dụ, cung cấp quy trình thiết lập Cardioid, Arc và EndFire trong phần quản lý subwoofer.

Các kiểu bố trí loa sub array thường gặp

Không có một kiểu xếp sub nào tốt nhất cho mọi sân khấu. Mỗi cấu hình giải quyết một vấn đề khác nhau.

Sub đặt cụm giữa sân khấu

Một trong những phương án đơn giản là gom nhiều loa sub thành một cụm gần khu vực chính giữa sân khấu.

Ưu điểm

Cách này có thể giúp hệ thống trở nên đối xứng hơn theo chiều ngang và giảm bớt một số vấn đề giao thoa thường gặp khi chia sub thành hai cụm trái – phải cách xa nhau.

Với những hội trường hoặc sân khấu nhỏ và vừa, đây có thể là lựa chọn thực tế khi không cần steering quá phức tạp.

Hạn chế

Vị trí giữa sân khấu đôi khi phải dành cho lối đi, màn LED hoặc các yêu cầu mỹ thuật. Một cụm sub lớn đặt phía trước cũng có thể ảnh hưởng tầm nhìn.

Vì vậy, phương án về âm học tốt chưa chắc đã là phương án khả thi nhất về thi công.

Sub trái – phải sân khấu

Đây có lẽ là cách bố trí quen thuộc nhất: một cụm sub bên trái và một cụm bên phải, tương ứng với hai hệ thống loa main.

Bố cục này gọn, dễ thi công và có tính đối xứng cao về hình thức. Tuy nhiên, nó có thể tạo ra hiện tượng thường được gọi là power alley.

Khi hai cụm sub cách xa nhau cùng phát một tín hiệu mono, khu vực nằm trên trục giữa có thể nhận được sự cộng âm rất mạnh. Khi người nghe di chuyển sang hai bên, chênh lệch quãng đường từ hai cụm loa thay đổi và tạo ra các vùng cộng – triệt khác nhau. Fulcrum Acoustic mô tả đây là nguyên nhân khiến tiếng bass có thể mạnh ở trung tâm nhưng trở nên thiếu đồng đều khi di chuyển ngang khu vực khán giả.

Điều này giải thích một tình huống rất quen thuộc tại sự kiện: đứng đúng giữa sân thấy bass “đập vào ngực”, nhưng sang một bên lại thấy kick drum mất lực dù mức volume trên mixer hoàn toàn không thay đổi.

Sub array chạy ngang trước sân khấu

Thay vì gom sub thành hai bên, các loa có thể được phân bố dọc theo chiều ngang phía trước sân khấu.

Khi xử lý thích hợp, cách bố trí này giúp người thiết kế kiểm soát vùng phủ theo chiều ngang tốt hơn và có thể giảm hiện tượng bass tập trung quá nhiều ở chính giữa.

Trong thực tế, các hệ thống lớn thường sử dụng phần mềm dự đoán để quyết định khoảng cách, gain và delay của từng cụm thay vì đặt tất cả loa theo khoảng cách bằng nhau rồi cho chạy cùng tín hiệu. Meyer Sound đã ghi nhận một hệ thống gồm nhiều cụm cardioid trải ngang phía trước sân khấu, trong đó các cụm ngoài được delay để điều chỉnh vùng phủ và giảm hiệu ứng power alley.

Một cách nhìn khác khi thiết kế sub array: chia không gian thành ba vùng

Thay vì bắt đầu bằng câu hỏi “nên xếp mấy loa sub?”, có thể tiếp cận bài toán theo ba vùng cần kiểm soát.

Vùng cần nhiều năng lượng

Đây chính là khu vực khán giả.

Cần xác định chiều rộng, chiều sâu, khoảng cách hàng đầu – hàng cuối và khu vực nào là quan trọng nhất. Một sân khấu rộng nhưng khán giả chỉ tập trung ở giữa sẽ có yêu cầu khác hoàn toàn với lễ hội ngoài trời có người nghe trải rộng 50–60 m.

Vùng cần hạn chế năng lượng

Thông thường là sân khấu.

Micro vocal, micro trống, monitor, in-ear và nghệ sĩ đều có thể chịu tác động khi lượng sub phía sau quá lớn. Các thiết kế cardioid được sử dụng chính vì chúng có khả năng giảm năng lượng LF về phía sau, qua đó giúp môi trường sân khấu sạch hơn. d&b cũng liệt kê lợi ích của hệ thống cardioid là giảm low-frequency phản xạ phía sau, tạo sân khấu yên tĩnh hơn và hạn chế lượng âm không mong muốn quay lại microphone.

Vùng không muốn phát âm thanh tới

Đây là yếu tố hay bị bỏ quên.

Phía sau sân khấu có thể là khu dân cư. Một bên sân khấu có thể là khách sạn, trường học hoặc khu vực hậu cần. Khi đó, mục tiêu không còn đơn giản là “phủ bass cho thật xa”, mà phải kiểm soát cả nơi không muốn bass đi tới.

Tư duy này đặc biệt hữu ích với sự kiện ngoài trời có yêu cầu kiểm soát tiếng ồn. Các nghiên cứu và tài liệu của L-Acoustics cũng đề cập việc sử dụng vị trí cùng cấu hình sub cardioid để cải thiện khả năng giảm năng lượng ở khu vực phía sau sân khấu.

Nên treo sub array hay đặt dưới mặt đất?

Cả hai phương án đều được sử dụng trong âm thanh chuyên nghiệp.

Ground-stack

Đặt sub dưới mặt đất dễ triển khai, giảm yêu cầu tải trọng hệ rigging và tận dụng được hiệu ứng ghép với mặt sàn.

Đây thường là lựa chọn hợp lý cho sân khấu lưu động, hội trường và những công trình không có khả năng treo tải lớn.

Tuy nhiên, vị trí thấp khiến hàng khán giả phía trước, vật cản và chính đám đông có thể ảnh hưởng đến sự truyền âm. Một nghiên cứu của L-Acoustics cho thấy sự hiện diện của khán giả có thể ảnh hưởng đến đáp tuyến và sự truyền âm của nguồn sub đặt gần mặt đất, đồng thời tác động đến việc căn chỉnh với hệ thống main treo phía trên.

Flown sub

Treo sub giúp đưa nguồn âm lên cao, thuận lợi trong một số bài toán phủ âm và giải phóng diện tích phía trước sân khấu.

Nhiều dòng sub chuyên nghiệp được thiết kế để vừa có thể ground-stack vừa có thể flown. Meyer Sound 750-LFC và 900-LFC là những ví dụ có khả năng tạo array treo riêng biệt.

Đổi lại, phương án này đòi hỏi hệ rigging, tải trọng, khung treo và quy trình an toàn nghiêm ngặt hơn.

Vì vậy không thể kết luận flown luôn tốt hơn ground-stack hay ngược lại.

Loa sub array phù hợp với những hệ thống nào?

Sân khấu biểu diễn ngoài trời

Đây là môi trường sub array phát huy rõ nhất lợi thế.

Diện tích lớn, lượng người đông và ít phản xạ từ tường khiến sự không đồng đều của bass dễ nhận thấy. Các hệ thống Arc, End-Fire hoặc Cardioid có thể được sử dụng để đưa năng lượng vào khu vực khán giả và giảm lượng bass phía sau sân khấu.

Hội trường và nhà hát

Trong không gian kín, vấn đề phức tạp hơn do còn có phản xạ từ tường, trần và các mode của phòng.

Một sub array tốt không thể tự động khắc phục toàn bộ nhược điểm âm học của hội trường, nhưng bố trí nguồn hợp lý giúp giảm bớt việc kích thích không cần thiết vào một số khu vực và tạo nền tảng tốt hơn cho quá trình cân chỉnh.

Nhà văn hóa và sân khấu đa năng

Đây là nhóm công trình thường phải phục vụ rất nhiều nội dung: hội họp, văn nghệ, biểu diễn, sự kiện cộng đồng.

Không nhất thiết lúc nào cũng cần một hệ cardioid phức tạp. Một cụm sub giữa hoặc một hàng sub phân bố hợp lý đôi khi đã mang lại hiệu quả tốt hơn đáng kể so với hai stack lớn đặt trái – phải.

Festival và sự kiện quy mô lớn

Ở quy mô này, sub array gần như trở thành một phần của bài toán thiết kế hệ thống.

Không chỉ SPL mà cả directivity, tiếng ồn phía sau, vùng phủ khán giả, sự tương tác giữa main và sub cũng phải được tính trước. Các hệ thống touring chuyên nghiệp thường sử dụng phần mềm dự đoán để kiểm tra cấu hình trước khi lắp đặt thực tế. Meyer Sound khuyến nghị thiết kế các hệ LFC bằng MAPP, trong khi JBL cũng cung cấp công cụ thiết kế và mô hình hóa subwoofer trong hệ sinh thái VTX.

Bốn câu hỏi nên trả lời trước khi quyết định cách xếp sub

Một cách đơn giản để tránh chọn cấu hình theo cảm tính là trả lời bốn câu hỏi sau.

Khán giả nằm ở đâu?

Không phải sân khấu rộng bao nhiêu mà vùng nghe thực tế rộng bao nhiêu mới là thông tin quan trọng.

Có cần giảm bass phía sau sân khấu không?

Nếu có microphone nhạy, ban nhạc biểu diễn hoặc khu dân cư phía sau, cardioid hay gradient đáng được cân nhắc.

Có bao nhiêu diện tích để đặt loa?

End-fire cần chiều sâu. Array ngang cần chiều rộng. Flown array cần hệ thống treo phù hợp.

Không gian thi công đôi khi chính là yếu tố quyết định cấu hình.

Hệ thống có DSP và phần mềm mô phỏng hay không?

Một array phức tạp nhưng không được tính delay, polarity, gain và phase chính xác có thể cho kết quả kém hơn một cụm sub đơn giản được căn chỉnh tốt.

Đây là lý do các nhà sản xuất lớn đều phát triển công cụ mô phỏng và processing đi cùng hệ thống thay vì chỉ cung cấp phần cứng loa.

Những lỗi thường gặp khi triển khai loa sub array

Chỉ quan tâm đến số lượng loa

Nhiều loa hơn có thể tăng khả năng tạo SPL nhưng không đồng nghĩa bass sẽ đều hơn.

Vị trí nguồn và cách chúng tương tác mới quyết định hình dạng vùng phủ.

Chia sub trái phải chỉ vì loa main cũng chia trái phải

Đây là cách lắp thuận tiện nhưng không phải lúc nào cũng tối ưu cho dải trầm. Khoảng cách lớn giữa hai cụm có thể tạo power alley và các vùng triệt theo chiều ngang.

Sao chép thông số delay trên Internet

Một cấu hình end-fire hay arc của hệ thống này chưa chắc phù hợp với hệ thống khác.

Khoảng cách cabinet, kích thước thùng, dải tần, vị trí đặt và preset của nhà sản xuất đều có ảnh hưởng. Vì vậy nên mô phỏng trước rồi đo lại tại hiện trường.

Chỉ đứng một vị trí để chỉnh bass

Nếu chỉ nghe tại FOH, kỹ thuật viên có thể bỏ qua những vùng bass bất thường ở hai bên hoặc gần sân khấu.

Hãy kiểm tra nhiều vị trí: chính giữa, hai bên, hàng đầu, khu vực FOH và hàng cuối. Khi có điều kiện nên dùng microphone đo và phần mềm phân tích thay vì chỉ dựa vào cảm giác nghe.