Ý nghĩa của Pha (Phase)

Chúng ta thường nghe đến những cụm từ pha thời gian, đáp tuyến pha… Thế nhưng, ý nghĩa thực sự của pha là gì?

Về cơ bản, pha (phase) là độ trễ về mặt thời gian. Nếu như một hệ thống có đáp tuyến pha tuyến tính (linear phase response), điều đó có nghĩa là mọi tần số đi vào nó sẽ đi ra cùng một khoảng thời gian. Sự truyền âm qua không khí cũng có đáp tuyến pha tuyến tính. Do đó, khi chơi một nhạc cụ ở một bên của phòng, đến lúc âm thanh tới được phía bên kia, tất cả các dải tần số khác nhau sẽ đến nơi cùng một lúc. Nếu như sự truyền âm có đáp tuyến pha phi tuyến tính, các dải tần số khác nhau sẽ đến cùng một điểm vào những khoảng thời gian khác nhau (điều thú vị là ánh sáng khi đi qua thủy tinh, ngược lại, có đáp tuyến pha phi tuyến tính và các bước sóng ánh sáng khác nhau sẽ hiện ra từ miếng thủy tinh tại thời điểm khác nhau. Đó là lý do một lăng kính có thể phân tách ánh sáng trắng thành dải màu 7 sắc cầu vồng).

Méo pha – tức sự xuất hiện của một thay đổi pha phi tuyến tính – tạo ra những hiệu ứng rất thú vị. Nó có thể thay đổi hình dạng bước sóng mà không làm thay đổi tần số. Chúng ta đã quen với những sơ đồ thể hiện đáp tuyến tần số của các thiết bị âm thanh. Mọi người thường tìm kiếm đáp tuyến tần số phẳng và tin rằng đó là một đặc điểm cần phải có. Nguyên nhân là bởi có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng đáp tuyến tần số phẳng đem đến âm thanh rất tự nhiên, mọi sự sai lệch tạo ra các “đỉnh” và “đáy” rõ rệt trên đáp tuyến tần số phẳng đều rất dễ nhận ra. Vì thế những sai lệch trên đáp tuyến tần số gây ra méo tiếng đều không được chấp nhận. Tuy nhiên, một hệ thống có cả đáp tuyến tần số phẳng lẫn đáp tuyến pha phi tuyến tính thì rất khó có thể biết làm thế nào để nghe ra được méo pha, mặc dù kết quả thể hiện rất rõ thông qua méo dạng trên bước sóng.

Các thí nghiệm đơn giản, sử dụng dạng sóng tạo ra từ synthesizer thường đem đến kết quả giống nhau – đó là ngay cả khi xuất hiện méo pha nặng kết hợp với méo dạng sóng nghiêm trọng, chúng thường rất khó để nghe ra được. Méo pha do đó thường ít được chú ý đến. Tuy nhiên, cần khẳng định lại rằng méo pha cảm nhận được sẽ không thể hiện qua âm sắc, mà là việc một hệ thống mất khả năng tạo ra một âm hình 3D chính xác. Tất nhiên, quan điểm này vì nhiều lý do vẫn chỉ mang nặng tính lý thuyết.

Tuy vậy, việc cân chỉnh đồng pha thời gian khi thiết kế loa không phải mới mà đã diễn ra hàng chục năm rồi. Nếu như để ý, mọi người sẽ thấy rằng những cặp loa cho phép căn chỉnh vị trí của driver thực chất chính là để điều chỉnh thời gian âm thanh đi từ loa đến tai người nghe. Quá trình này gọi là căn chỉnh thời gian (time alignment). Toàn bộ quá trình này về cơ bản là điều chỉnh đáp tuyến pha của loa. Thông thường, chúng được thực hiện trong quá trình thiết kế, và cho đến khi sản phẩm được sản xuất thì việc căn chỉnh cũng đã được hoàn thành. Tuy nhiên, Wilson Audio, và tiếp theo là Focal – nhìn chung là những hãng loa siêu sang nổi tiếng với những mẫu loa cao cấp có thể giá trị bằng cả một chiếc xe đua – đã giới thiệu những mẫu loa cho phép căn chỉnh thời gian của driver midrange và tweeter.

Nếu đã từng nghe những cặp loa tiền tỉ như Focal Grande Utopia EM hay Wilson Alexandria X-2 và căn chỉnh thời gian cho chúng đến vùng tối ưu, chắc chắn ai cũng sẽ cảm nhận được một âm hình stereo rất chính xác ở khoảng không gian trước mặt. Và điều thú vị là nếu hiệu ứng mà ta nghe được hoàn toàn là do căn chỉnh thời gian chuẩn, nó sẽ cho phép ta nhận ra một loạt méo pha, và lượng méo này trên thực tế cực kỳ nhỏ.

Vậy, méo pha này đến từ đâu khi mà loa được chỉnh pha rất chuẩn? Câu trả lời là từ các thiết bị âm thanh. Chúng xuất phát từ các linh kiện hoặc mạch nhạy cảm với tần số. Chẳng hạn, khi làm một ampli có chứa bộ lọc thông thấp, có thể là để tăng cường độ ổn định, để loại bỏ nhiễu vô tuyến, để giảm nhiễu hoặc tạo ra một chất âm cụ thể. Nhìn chung sẽ có một vùng đáp tuyến tần số thật phẳng (thường nằm trong khoảng nghe được) và một vùng nơi bộ lọc tạo ra đỉnh hoặc đáy để làm nên chất âm mong muốn. Ở vùng đáp tuyến tần số phẳng, đáp tuyến pha sẽ tuyến tính, nhưng tới vùng đáp tuyến dao động thì đáp tuyến pha cũng dao động theo.

Điểm quan trọng là nếu bộ lọc thể hiện nhiễu loạn đáng kể trên đáp tuyến tần số, sự nhiễu loạn tương tự cũng sẽ xuất hiện trên đáp tuyến pha. Nhìn chung, một yếu tố sẽ tạo ra yếu tố còn lại. Nếu như dao động trên đáp tuyến tần số nằm ngoài khoảng nghe được thì đáp tuyến pha cũng thay đổi ở ngoài khoảng này. Trong khoảng nghe được, đáp tuyến pha vẫn sẽ tương đối tuyến tính.

Tuy nhiên điều đó đôi khi là không thể. Chẳng hạn, trên những bộ lọc chống chồng phổ mà tín hiệu analog cần đi qua trước khi bị digital hóa, đối với chuẩn 16-bit/44.1kHz của đĩa CD, phổ âm kết thúc ở 20kHz, nhưng các tần số cao hơn 22.05kHz cần phải được lọc bỏ. Chúng yêu cầu bộ lọc thông thấp chống chồng phổ có khả năng tạo một loạt dao động mạnh trên đáp tuyến tần số (từ 0 lên đến 100dB ở tần số 2.5kHz), tương ứng với việc tạo ra dao động rất lớn trên đáp tuyến pha. Tuy nhiên, nó sẽ nhanh chóng “kéo” dao động ở các dải tần số này liền kề với khoảng nghe được, khiến đáp tuyến pha phi tuyến tính bị kéo dài, xuất hiện một phần trên chính quãng nghe được ấy.