Trinnov WaveForming và DIRAC ART
Ngay sau khi DIRAC bắt đầu truyền thông về Active Room Treatment (ART), Trinnov cũng đã có màn đáp trả ngoạn mục WaveForming, với tính năng và cơ chế hoạt động gần như tương tự. Sự tình cờ về thời gian ra mắt giữa hai công nghệ có thể khiến người ta nghĩ rằng Trinnov đang bắt chước và đi sau Dirac. Tuy nhiên, thực tế là Trinnov và cả Dirac đã tích cực phát triển tính năng này trong một khoảng thời gian dài. Nghiên cứu về xử lý âm học chủ động, cụ thể là việc khám phá các thuật toán cao cấp hơn của việc điều chỉnh Multi-input Multi-output (MIMO), đã là một lĩnh vực được quan tâm hàng thập kỷ. Tất cả các khía cạnh về cách công nghệ WaveForming của Trinnov khác biệt so với Dirac ART và tại sao nó đại diện cho chuẩn mực thiết kế phòng chiếu phim hiện đại nhất hiện nay, sẽ được trình bày chi tiết trong bài viết này.
Hãy bắt đầu bằng một cái nhìn tổng quan về ý nghĩa của MIMO (Multi-input Multi-output) trong lĩnh vực xử lý âm học chủ động. Chúng ta bắt đầu bằng việc đồng ý với nhau rằng hiện tượng sóng âm phản xạ trong phòng là nguồn gốc của vấn đề vô cùng phức tạp. Chúng được tạo ra khi sóng âm phát ra từ nguồn (loa và subwoofer) đến các bức tường, phản xạ rồi đi qua lại khắp phòng, rồi lại tương tác với những phản xạ khác. Thông thường cần nhiều chu kỳ (bước sóng) để hệ thống thính giác của chúng ta cảm nhận các sóng âm, đặc biệt là âm thanh ở các tần số thấp (dưới 100 Hz). Do đó, chúng ta chỉ có thể nghe các tần số trầm đã trải qua nhiều lần phản xạ và với chính chúng trong suốt thời gian tồn tại. Những tác động này của sóng âm dẫn đến hiện tượng mà chúng ta gọi là các sóng đứng, hay còn gọi là room mode. Mặc dù chúng ta có thể sử dụng một số vật liệu hút âm với cấu trúc và khối lượng được tính toán (bẫy âm trầm) để cân chỉnh nhằm giảm thiểu những vấn đề này. Tuy nhiên, biện pháp này đưa ra một sự đánh đổi, khi cải thiện một vị trí sẽ làm trầm trọng vấn đề ở vị trí khác, đây chỉ là một cách xử lý một phần ngọn một cách thụ động, không giải quyết được phần gốc rễ của vấn đề. Để đạt được hiệu quả, điều chúng ta thực sự cần là môi trường âm thanh ổn định, làm giảm sự tác động của không gian góp phần tạo ra sóng đứng.
Multi Input – Multi Output
Khái niệm Multi Input (nhiều tín hiệu đầu vào) liên quan đến việc sử dụng nhiều micro để thu thập dữ liệu từ nhiều vị trí khác nhau trong phòng. Multi Output (Nhiều tín hiệu đầu ra) ám chỉ một hệ thống nhiều loa mà chúng ta muốn cân chỉnh. Trong các hệ thống truyền thống, thường chúng ta dựa vào việc sử dụng một lần đo (Single Input Single Output) hoặc nhiều lần đo (Multi Input Single Output) để tạo ra bộ lọc cân chỉnh cho mỗi loa đơn lẻ. Cách tiếp cận này tuy đơn giản và dễ sử dụng, nhưng kết quả mang lại cực kỳ hạn chế. Chúng ta chỉ có thể sửa chữa vấn đề sau khi nó xuất hiện và dựa trên sự cải thiện chỉ trên từng loa riêng lẻ. MIMO là một giải pháp mang lại hiệu quả vượt trội bằng cách tích hợp nhiều đo đạc (ghi nhận các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến tính chất phản xạ âm thanh của căn phòng) và vị trí của cả hệ thống loa loa trong không gian 3 chiều để giải quyết vấn đề.
Trong trường hợp của DIRAC ART., tất cả các loa trong phòng đều được tận dụng để giải quyết vấn đề về sự phản xạ. DIRAC giải quyết vấn đề âm trầm bằng cách kết hợp tất cả loa subwoofer, loa LCR, loa surround, và thậm chí cả loa ATMOS vào quá trình cân chỉnh. Tuy nhiên, DIRAC không cung cấp hướng dẫn rõ ràng về việc lựa chọn loa, vị trí loa cụ thể, điều này gây ra sự nghi ngờ về tính hiệu quả trong thực tế.
Mô tả cách thức hoạt động của DIRAC ART
Mặt khác, sử dụng hệ thống loa như một bộ hút âm chủ động, lại gây ra một vấn đề nhức nhối khác. Tín hiệu ngược pha được sinh ra nhằm triệt tiêu âm thanh phản xạ, cũng là một phần của tiếng ồn không mong muốn tồn tại trong môi trường âm thanh. Tiếng ồn này lan tỏa khắp phòng, đưa thêm yếu tố cần phải loại bỏ. Do đó, phương pháp này có thể được coi là không hoàn hảo.
Một vấn đề khác cần lưu ý, để DIRAC ART thực sự hoạt động, tất cả các loa trong hệ thống đều phải là loa toàn dải (full range). Đó là cơn ác mộng nếu treo 7 chiếc loa thùng 10 inch trong một không gian phòng giải trí gia đình, thực sự có vấn đề ở đây. Nhìn sơ qua, có thể thấy DIRACT ART được tạo ra nhằm sử dụng với tất cả hệ thống loa có sẵn mà không cần phải sắp xếp lại, nhưng ngược lại, tôi nghĩ nó còn chẳng thể tương thích với đa số hệ thống loa trên thị trường.
Mặc dù khó khăn chồng khó khăn, nhưng một phương án khác có thể nhận xét là toàn diện hơn, tối ưu hơn nhằm giải quyết triệt để vấn đề, đó là kết hợp MIMO với cách hoạt động của loa array. Đi cùng với một hướng dẫn cụ thể vị trí lắp đặt từng loa tuỳ vào kích thước không gian phòng, mà hoàn toàn có thể đi ngược với những gì mà chúng ta tiếp cận và sử dụng bấy lâu nay. Một ví dụ đơn giản, việc đặt một hoặc loa subwoofer trong góc phòng là hoàn toàn sai và không thể ứng dụng được phương án này.
Trinnov WaveForming hoàn toàn khác biệt so với DIRAC ART
Phương pháp hiệu quả nhất để giải quyết room mode, chính là ngăn chặn sự phát sinh âm thanh tần số thấp phản xạ ngay từ đầu. Để đạt được điều này, sự kiểm soát định hướng và góc phủ của hệ thống loa là cần thiết, nhằm giảm thiểu tối đa sự phân tán của sóng âm.
Đối với loa subwoofer, do đặc tính bước sóng dài của âm trầm, cũng như sự phân tán của sóng âm không định hướng. Trước đây đã có một số phương pháp kiểm soát bước sóng dài của loa subwoofer với các mức độ thành công khác nhau, chủ yếu tập trung vào cách thức giảm tương tác giữa căn phòng và sự hình thành room mode bằng các vật liệu hút âm đặt ở các vuông, được gọi là bẫy âm trầm.
Tuy nhiên các bẫy âm trầm này có sự giới hạn hiệu suất hoạt động bởi gặp các rào cản về chính kích thước cồng kềnh của chúng. Lấn chiếm diện tích và gây ảnh hưởng đến mỹ quan, việc tạo ra một bẫy âm trầm để hiệu quả cho tất cả dải tần cần xử lý là không thể. Giải pháp cho vấn đề này chính là công nghệ WaveForming của Trinnov.
Trinnov sử dụng loa subwoofer được bố trí đúng cách trên tường phía trước để làm bẻ phẳng sóng âm tần thấp và giới hạn nó trong các khu vực cụ thể. Hơn nữa, không phải tất cả các phản xạ đều có hại, công nghệ của Trinnov nhận ra một cách thông minh các phản xạ tường có lợi trong khi tránh các phản xạ không mong muốn, một khái niệm được gọi là “Room matched bass steering”. Chúng ta có thể tưởng tượng các vách tường chính là một hệ thống định hướng, với Trinnov tối ưu hóa sự truyền dẫn âm thanh tần thấp trong môi trường giống như hệ thống định hướng này, giảm thiểu biến dạng từ sàn, trần và bức tường hai bên. Tuy nhiên, điều này đưa chúng ta đến thách thức tiếp theo: axial mode.
Mô tả cách thức hoạt động của WaveForming
Bất kì căn phòng kín nào cũng tồn tại axial mode, đó là những âm thanh phản xạ được tạo ra bởi sóng âm di chuyển theo chiều dài của căn phòng, bật lại giữa bức tường phía sau và bức tường phía trước. Những mode này thường tạo một số vị trí áp lực âm trầm rất lớn, trong khi một số vị trí khác lại rất yếu. Mặc dù các công nghệ beamforming và waveguide có thể giải quyết một số mode cụ thể, nhưng chúng không đủ để giải quyết các vấn đề phát sinh từ bức tường phía sau, cần có một giải pháp thay thế.
Đây là giải pháp do Trinnov đề xuất trong WaveForming: nếu chúng ta xem xét loa subwoofer trên bức tường phía trước như nguồn chính phát ra âm thanh, loa subwoofer phía sau được bổ sung để đóng vai trò như vật hút âm, ngăn chặn sự hình thành của các axial mode. Trong thực tế, loa subwoofer phía sau có thể không hoàn toàn hấp thụ 100% âm thanh phản xạ. Do đó, một phần của phản xạ có thể quay trở lại phía trước, nhưng nó có thể bị hủy bỏ bằng cách gửi một tín hiệu đến loa subwoofer phía trước. Phương pháp kết hợp này được gọi là “Multiple Source Multiple Controller,” sử dụng tất cả loa trong hệ thống để giải quyết các thách thức mà axial mode đặt ra.
Multiple Source Multiple Controller
MSMC (Multiple Source Multiple Controller), là một phương pháp toàn diện kết hợp cả các phương pháp ngăn ngừa và điều trị để giải quyết một cách hiệu quả các vấn đề room mode ngay từ đầu. Ý tưởng này xuất phát từ kỹ thuật Double Bass Arrays (DBAs), được công nhận từ lâu về khả năng tạo ra âm bass được định hướng có chủ đích.
Nguyên tắc cơ bản đằng sau DBAs là việc tạo ra một sóng phẳng thay vì một sóng cầu. Thông thường, âm thanh phát ra từ một loa lan truyền như một sóng cầu, dẫn đến sự phản xạ đến các mặt phẳng như trần, sàn nhà. DBAs tạo ra sóng âm thanh bass trong một căn phòng bám sát vào tường, sàn và trần mà không phản xạ quá mạnh.
Với DBAs, là khả thi để tạo ra một sóng âm bass được định hướng có chủ đích bao phủ khu vực khán giả. Hơn nữa, âm trầm có định hướng còn dễ dàng được kiểm soát bằng cách tạo ra đợt sóng ngược pha nhằm triệt tiêu chúng. Điều này hoàn toàn có thể được thực hiện bằng các kỹ thuật DSP đơn giản, như việc gửi một tín hiệu ngược pha đến bộ loa phía sau với một độ trễ thích hợp phù hợp với chiều dài của căn phòng. Tuy nhiên, DBAs thường hoạt động hiệu quả chỉ trong các căn phòng hoàn hảo và gặp khó khăn khi căn phòng không đáp ứng điều kiện lý tưởng, sự tồn tại các vật cản như ghế sofa, cấu trúc và bề mặt hoàn thiện của tường chính là rào cảm. DBAs cũng rất nhạy cảm với việc không canh chỉnh đúng.
Trong thực tế, việc triển khai DBAs thường phải mô phỏng kỹ lưỡng căn phòng, lặp đi lặp lại nhiều lần để xác định vị trí và xử lý DSP tối ưu cho từng loa subwoofer cụ thể. Qua trình này là một thách thức lớn đối với lượng lớn người sử dụng không chuyên. Đây chính là nơi MSMC của Trinnov phát huy. Có cách thức hoạt động tương tự DBAs, nhưng MSMC có thể tự động xác định xử lý DSP tối ưu cho mỗi tín hiệu gửi đến các loa subwoofer.
Các phương pháp trước đây yêu cầu một quá trình mô phỏng kỹ lưỡng, trình độ người thiết lập sử dụng phần mềm chuyên dụng như COMSOL, và sẽ là ác mộng nếu căn phòng có những thay đổi đáng kể về vật dụng nội thất sau khi chúng ta hoàn thành quá trình cân chỉnh. Các vấn đề trên dễ dàng được khắc phục bởi MSMC của WaveForming. Cho dù cấu hình loa subwoofer khác nhau, thay đổi cách sắp xếp ghế ngồi hoặc di chuyển các vật dụng nội thất khác trong phòng chiếu phim, MSMC của Trinnov thích nghi một cách mượt mà với môi trường thay đổi mà không gặp vấn đề phức tạp.
Với nguyên tắc bố trí loa subwoofer đúng cách và sử dụng thuật toán xử lý mới, kết quả là việc tái tạo âm trầm gần như hoàn hảo ở mọi ghế ngồi. Mặc dù tôi sử dụng thuật ngữ “gần như” cẩn trọng do tính mới mẻ của công nghệ này, nhưng trải nghiệm thực tế quả thực rất ấn tượng. Tuỳ vào kích thước 3 chiều của căn phòng, một bảng hướng dẫn cụ thể số lượng và vị trí loa subwoofer trong hệ thống để đạt hiệu quả qua nhất. Nhưng đôi khi không phải căn phòng nào cũng có kiến trúc phù hợp, bởi các rào cản của vị trí cửa ra vào vào cửa sổ. Số lượng loa subwoofer cũng rất đáng cân nhắc nếu triển khai WaveForming cho phòng chiếu phim tại gia, bởi ảnh hưởng khá nhiều đến ngân sách, đặc biệt là các loa subwoofer thụ động.
Tại thời điểm viết bài, tôi đã triển khai 2 phòng chiếu phim demo công nghệ WaveForimg, một ở TP Hồ Chí Minh, và một ở Hà Nội. Phòng demo ở Hà Nội với 30 mét vuông, cao độ trần 2.5m, WaveForming đạt hiệu quả vượt ngoài mong đợi, trong khi phòng demo ở TP Hồ Chí Minh có một chút kém hiệu quả hơn bởi layout 2×2 là không đủ cho một căn phòng kích thước 60 mét vuông, cao độ trần 3m và tường 2 bên không tồn tại mà chỉ là rèm che, thông với khu vực khác.
Phòng demo home cinema tại showroom Cơn Bão Số – Hà Nội
Có cần thiết dùng nhiều loa subwoofer không
Trước tiên, tôi phải làm sáng tỏ một lời đồn đại về cả Dirac ART và Trinnov WaveForming. Có một quan điểm cho rằng những công nghệ này chỉ là chiến lược marketing để bán nhiều hơn loa subwoofer hoặc rằng số lượng loa subwoofer là dư thừa cho một dự án phòng chiếu phim tại gia, và chỉ những dự án có ngân sách đủ lớn mới có thể trang bị. Điều này hoàn toàn không đúng.
Do tính độc đáo của công nghệ này và thời điểm ra mắt quá gần, chúng ta hiện chưa có đủ nhiều hệ thống triển khai để hiểu đầy đủ về khả năng và tiềm năng thực sự. Điều tôi muốn nói là, trong thực tế, chúng ta không cần mọi thứ phải hoàn hảo như ở ISE 2023, nơi lần đầu tiên ra mắt công nghệ và phòng trải nghiệm WaveForming. Kết quả cuối cùng thường vượt xa mong đợi, thậm chí với ít hơn số lượng loa trầm tối ưu và bố trí có thể sai lệch trong khoảng cho phép. Vì vậy, không đúng để giả định rằng để đạt được kết quả tốt, cần phải sử dụng layout 12×12, gồm 12 loa trầm ở phía trước và phía sau (tổng cộng 24) hoặc ít hơn là 8×8, 6×6. Mặc dù các cấu hình này sẽ mang lại kết quả xuất sắc trong các phòng lớn.
Bảng hướng dẫn chọn layout subwoofer WaveForming phù hợp với kích thước phòng
Trong nhiều rạp chiếu phim tại gia với kích thước trung bình, hoàn toàn có thể sử dụng cấu hình tối thiểu 2×2. Với tổng cộng chỉ 4 hoặc 5 loa subwoofer, có thể đạt được kết quả xuất sắc. Tuy nhiên, quan trọng là tránh đặt loa subwoofer trên sàn hoặc ở các góc cạnh của tường. Chúng nên được treo trên tường hoặc có thể đặt trên chân đế.
Tổng kết
Tóm lại, công nghệ WaveForming của Trinnov đại diện cho một cuộc chuyển đổi mạnh mẽ trong lĩnh vực thiết kế phòng chiếu tại gia và cách chúng ta tiếp cận việc kiểm soát xử lý âm học, đặc biệt ở dải tần số thấp. Bằng cách tận dụng các thuật toán tiên tiến và xử lý tín hiệu phức tạp, công nghệ đột phá này cung cấp sự kiểm soát vô đối ở dải bass.
Cách thiết kế hệ thống loa cần phải tiến xa hơn để hỗ trợ hoàn toàn Waveforming, dễ dàng nâng cấp trong tương lai nếu chủ nhà có nhu cầu sử dụng. Điều này thúc đẩy việc thiết kế các giải pháp loa kiến trúc, treo tường hoặc âm tường để đạt được sự tối ưu cả về không gian nội thất và chất lượng âm thanh.
Đã đến lúc bắt đầu một kỷ nguyên mới về một tiêu chuẩn mới trong hệ thống âm thanh xem phim, nơi mọi tác phẩm điện ảnh đều lan tỏa với độ sâu và sự rõ ràng vượt xa trí tưởng tượng. Các khả năng chỉ bị giới hạn bởi sự sẵn sàng của chúng ta trong việc chấp nhận công nghệ tiên tiến.