Cách tính kích thước thùng loa “chuẩn đến từng mm” mà dân chơi audio mê mẩn

Cách tính kích thước thùng loa không chỉ là một công việc kỹ thuật mà còn là một nghệ thuật. Một chiếc thùng loa được thiết kế và tính toán chuẩn xác sẽ giúp củ loa phát huy tối đa hiệu suất, mang lại chất âm hoàn hảo. Ngược lại, nếu kích thước thùng loa sai lệch, dù bạn có sử dụng củ loa đắt tiền đến đâu, âm thanh vẫn sẽ bị méo, thiếu độ sâu và không thể làm hài lòng người nghe. Bài viết này sẽ đi sâu vào những nguyên tắc, công thức và bí quyết để tính toán thùng loa một cách khoa học và chính xác nhất.

1. Tại sao kích thước thùng loa quan trọng đến vậy?

Nhiều người lầm tưởng rằng thùng loa chỉ đơn thuần là một chiếc hộp để chứa củ loa. Tuy nhiên, vai trò của thùng loa phức tạp hơn thế rất nhiều. Thùng loa đóng vai trò là một "cộng hưởng âm học" giúp củ loa tái tạo âm thanh một cách trọn vẹn. Đặc biệt, nó ảnh hưởng trực tiếp đến dải âm trầm (bass).

• Tái tạo âm bass: Một thùng loa có thể tích phù hợp sẽ giúp củ loa tái tạo dải trầm một cách chính xác, chắc gọn. Nếu thùng loa quá nhỏ, âm bass sẽ bị bí, cứng và thiếu độ sâu. Ngược lại, nếu thùng loa quá lớn, âm bass sẽ bị ù, kéo dài và thiếu lực.
• Chống méo tiếng: Thùng loa còn giúp triệt tiêu các sóng âm ngược chiều từ phía sau màng loa, ngăn chặn chúng triệt tiêu sóng âm phía trước. Điều này đảm bảo âm thanh phát ra không bị méo và rõ ràng hơn.
• Cộng hưởng và dội âm: Thùng loa có thể giúp tăng cường một dải tần số nhất định, giúp âm thanh trở nên mạnh mẽ hơn. Tuy nhiên, nếu không được tính toán kỹ, nó có thể gây ra hiện tượng cộng hưởng không mong muốn, tạo ra âm thanh ù, rền, thiếu tự nhiên.

Với những lý do trên, việc tính thể tích thùng loa được coi là một nguyên tắc vàng đối với những người làm audio chuyên nghiệp. Nó quyết định đến 60-70% chất lượng âm thanh cuối cùng của một bộ loa.

2. Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước thùng loa

Để tính toán kích thước thùng loa một cách chính xác, bạn cần phải hiểu rõ các yếu tố sau:

• Đường kính củ loa (driver size): Đây là yếu tố quan trọng nhất. Củ loa có đường kính càng lớn, thùng loa càng cần có thể tích lớn để tái tạo dải trầm hiệu quả. Ví dụ, kích thước thùng loa bass 40 sẽ lớn hơn nhiều so với kích thước thùng loa bass 30 hay kích thước thùng loa bass 25.
• Dải tần mong muốn: Mục đích sử dụng loa cũng quyết định kích thước thùng. Nếu bạn muốn một dải bass thật sâu và mạnh mẽ, thùng loa sẽ cần lớn hơn. Ngược lại, nếu bạn chỉ cần âm thanh cân bằng, thiên về âm trung, thùng loa có thể nhỏ gọn hơn.
• Loại thùng loa:
  • Thùng kín (Sealed/Acoustic Suspension): Loại thùng này có thể tích nhỏ nhất, cho âm bass chắc gọn nhưng không quá sâu.
  • Thùng hở (Bass Reflex/Ported): Có lỗ thoát hơi giúp tăng cường dải bass. Thể tích thùng lớn hơn thùng kín, âm bass sâu và mạnh mẽ hơn.
  • Thùng Bandpass: Có cấu trúc phức tạp, thường được sử dụng cho loa siêu trầm, cho âm bass cực mạnh. Thể tích thùng lớn nhất.
• Chất liệu làm thùng: Gỗ MDF là lựa chọn phổ biến vì giá thành hợp lý và dễ gia công. Gỗ tự nhiên mang lại chất âm ấm áp hơn nhưng dễ bị co ngót. Chất liệu càng dày, thể tích thùng bên trong sẽ càng nhỏ.

3. Công thức cơ bản để tính thể tích thùng loa

Các nhà sản xuất củ loa thường cung cấp các thông số kỹ thuật, được gọi là thông số Thiele/Small (Fs, Vas, Qts). Đây là "chìa khóa" để tính toán thùng loa.

• Fs (Resonant Frequency): Tần số cộng hưởng tự nhiên của củ loa.
• Vas (Equivalent Compliance Volume): Thể tích không khí có độ cứng tương đương với độ cứng của hệ thống treo (gân loa, nhện loa).
• Qts (Total Q Factor): Hệ số phẩm chất tổng của củ loa, thể hiện mức độ giảm xóc của củ loa.

Công thức tính thể tích thùng loa (Vb):

• Đối với thùng kín (Sealed Box):
  • Vb = Vas / (α)
  • Trong đó, α là tỷ lệ độ cứng của không khí bên trong thùng loa so với độ cứng của hệ thống treo củ loa. Giá trị α thường được chọn từ 1.25 đến 3, tùy thuộc vào mục tiêu thiết kế.
• Đối với thùng hở (Bass Reflex Box):
  • Vb = 15 x Vas x Qts^2
  • Đây là công thức gần đúng cho loa có Qts khoảng 0.3-0.5. Đối với các loại loa khác, công thức phức tạp hơn và cần sử dụng phần mềm.
  • Sau khi tính được Vb, bạn cần tính kích thước lỗ thoát hơi (port) để đảm bảo tần số cộng hưởng của thùng (Fb) phù hợp với củ loa.

Ví dụ minh họa: Giả sử bạn có một củ loa 20cm (8 inch) với các thông số: Vas = 30 lít, Qts = 0.4. Áp dụng công thức cho thùng bass reflex: Vb = 15 x 30 x (0.4)^2 = 15 x 30 x 0.16 = 72 lít. Như vậy, bạn cần làm một thùng loa có thể tích 72 lít. Sau đó, bạn sẽ tính toán kích thước lỗ thoát hơi sao cho phù hợp với tần số Fb mong muốn.

4. Mẹo để tính kích thước “chuẩn đến từng mm”

Cách tính kích thước thùng loa không chỉ dừng lại ở công thức. Để đạt được kết quả tốt nhất, bạn cần chú ý đến các yếu tố thực tế sau:

• Tính toán độ dày vách thùng: Thể tích Vb tính được là thể tích bên trong. Khi cắt gỗ, bạn cần cộng thêm độ dày của vách thùng để có được kích thước loa thùng tổng thể. Ví dụ, nếu thùng loa có kích thước trong là 40x30x60cm và ván gỗ dày 2cm, kích thước ngoài sẽ là (40+2+2) x (30+2+2) x (60+2+2) = 44x34x64cm.
• Khoảng trống cho các phụ kiện: Thể tích thực tế bên trong thùng sẽ bị chiếm bởi củ loa, bông tiêu âm, mạch phân tần và dây loa. Bạn cần ước tính và trừ đi thể tích của những phụ kiện này.
• Sử dụng phần mềm hỗ trợ: Các phần mềm chuyên dụng như WinISD hoặc BassBox Pro là công cụ đắc lực giúp bạn tính toán nhanh chóng và chính xác. Bạn chỉ cần nhập thông số Thiele/Small của củ loa, phần mềm sẽ đưa ra gợi ý về thể tích thùng, kích thước lỗ thoát hơi và thậm chí mô phỏng biểu đồ đáp ứng tần số.
• Sai số cho phép: Dù đã tính toán kỹ lưỡng, việc có một chút sai số trong quá trình thi công là không thể tránh khỏi. Các chuyên gia khuyến cáo sai số thể tích không nên vượt quá 5% so với lý thuyết.

5. Cách tối ưu thùng loa để đạt chất âm “chuẩn audiophile”

Sau khi đã tính toán và hoàn thiện phần vỏ thùng, việc tối ưu hóa bên trong sẽ giúp chất lượng âm thanh được nâng lên một tầm cao mới.

• Bố trí lỗ thoát hơi (bass reflex port): Vị trí của lỗ thoát hơi rất quan trọng. Thường nó được đặt ở mặt trước hoặc mặt sau thùng. Lỗ thoát hơi cần có đủ khoảng cách với củ loa và các vách thùng để không gây nhiễu loạn luồng khí.
• Dán kín các mối ghép: Sử dụng keo dán gỗ hoặc các vật liệu trám chuyên dụng để dán kín các mối nối, đảm bảo không có bất kỳ khe hở nào. Rò rỉ khí sẽ làm giảm áp suất bên trong thùng, làm ảnh hưởng tiêu cực đến dải bass.
• Phối hợp bông tiêu âm hợp lý: Bông tiêu âm (bông thủy tinh, bông gốm) giúp triệt tiêu sóng đứng bên trong thùng, ngăn chặn hiện tượng cộng hưởng và làm giảm âm ù. Tuy nhiên, nếu dùng quá nhiều, âm thanh sẽ bị khô, thiếu độ dày. Cách tính kích thước thùng loa phải bao gồm cả việc tính toán lượng bông tiêu âm phù hợp.
• Thử nghiệm và tinh chỉnh: Sau khi hoàn thành, hãy nghe thử loa với nhiều thể loại nhạc khác nhau. Nếu âm bass còn ù, bạn có thể thêm một ít bông tiêu âm. Nếu bass bị bí, bạn có thể bỏ bớt đi. Quá trình này đòi hỏi sự kiên nhẫn và kinh nghiệm để đạt được âm thanh hoàn hảo nhất.

Tự làm một chiếc thùng loa là một hành trình đầy thử thách nhưng cũng vô cùng thú vị. Bằng cách nắm vững cách tính kích thước thùng loa và áp dụng những mẹo nhỏ đã được chia sẻ, bạn có thể tự tay tạo ra một hệ thống âm thanh có chất lượng không thua kém các sản phẩm cao cấp trên thị trường. Chúc bạn thành công!