Loa kiểm âm phòng thu JBL 4430 và 4435

Loa kiểm âm Bi-Radial Studio 4430 và 4435 là một trong những loa chuyên nghiệp thành công nhất từng được JBL sản xuất. Chúng được sản xuất lâu hơn bất kỳ loa kiểm âm phòng thu chính nào khác của JBL, được giới thiệu vào năm 1981 và không ngừng sản xuất cho đến năm 1996 đối với 4435 và 1999 đối với 4430. David Smith là kỹ sư chịu trách nhiệm thiết kế hệ thống của những màn hình này. Sau đây là phần trình bày của ông về nền tảng và thiết kế của các hệ thống này.

Tôi đến JBL vào tháng 9 năm 1980. Đó là công việc thứ hai của tôi trong ngành. Tôi đã khởi nghiệp ở một công ty loa OEM ít người biết đến tên là Essex Cletron ở Cleveland. Khi Essex thông báo rằng họ sẽ chuyển bộ phận kỹ thuật đến Indiana, tôi nghĩ đây là thời điểm tốt để chuyển đi. Điều thú vị là ngay sau khi chuyển đi, họ đã được Harman mua lại và biến thành Harman-Motive, một công ty chị em lâu dài và có lợi nhuận cao của JBL.

Vào thời điểm đó, JBL có một dòng loa kiểm âm phòng thu tốt bao gồm 4350, 4343 và 4315 (một sản phẩm mà tôi rất ngưỡng mộ). 4343, và đặc biệt là 4350, rất lớn và đôi khi được gọi một cách mỉa mai là “loa giá sách Nhật Bản”. Đây không phải là một lời chê bai về chất lượng của họ mà phản ánh rõ hơn mức độ phổ biến rộng rãi của họ ở thị trường châu Á. Về mặt thực tế, kích thước tuyệt đối của chúng khiến chúng hơi vượt trội. Các hãng phim thường xây dựng các màn hình chính của họ thành các loa ngoài trên cửa sổ điều khiển và 4350 thì quá lớn. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất là UREI đã đánh cắp thị phần với 811 và 813 của họ. Chúng dựa trên Altec 604, luôn là một đơn vị phổ biến, với mạng “liên kết theo thời gian” và một số cải tiến đối với còi. Âm thanh đủ tốt, kích thước hợp lý và nó có một câu chuyện hay trên mạng phù hợp với thời gian.

Loa 2, 3 hay 4 chiều? Rất nhiều hệ thống trước 4430/35 có thiết kế 3 hoặc thậm chí 4 chiều. Việc bổ sung thêm một dải âm trung thấp hơn 8” chắc chắn sẽ cải thiện khả năng xử lý công suất và cũng làm sạch âm thanh ở các mức cao nơi mà sự lệch hướng của loa trầm trở nên đáng kể. Tuy nhiên, việc đặt một điểm giao thoa giữa loa chính và loa siêu thanh nhỏ là một vấn đề. Loa chính thường có độ sâu lớn trong khi loa siêu tweeter (chẳng hạn như 2207) sẽ ngắn hơn đáng kể. Sẽ có một số bước sóng tách biệt nếu cả hai đều được gắn phía trước trên tủ, dẫn đến việc lọc lược trong vùng giao nhau. Việc đẩy siêu âm trở lại điểm mà các mặt phẳng cuộn dây giọng nói được căn chỉnh có thể loại bỏ bộ lọc lược mặc dù nó không phải lúc nào cũng thực tế và không hoạt động ở nhiều góc dọc. Nếu loa chính của bạn có băng thông thì tốt hơn hết bạn nên cân bằng một chút thay vì chuyển sang loa siêu trầm ở tần số cao. (Đây chỉ là ý kiến ​​của tôi và tôi nhận ra rằng rất nhiều loa JBL tuyệt vời được thiết kế trái ngược với điều này.)

Don Keele vừa mới đưa phần mềm thiết kế còi điều khiển liên tục của mình vào hoạt động. Bạn có thể biết rằng anh ấy đã thực sự đi tiên phong trong việc sử dụng còi định hướng liên tục đầu tiên khi còn ở EV. Ông cũng được cấp bằng sáng chế cho thiết kế của họ. Altec đã tạo ra các bản sao có màn che mỏng bằng sừng “Manta Ray” của họ. Don, hiện đang làm việc tại JBL, có nhiệm vụ phát triển một dòng kèn đồng thời cần thay đổi thiết kế đủ để có thể vượt qua các bằng sáng chế khác. Những chiếc sừng hai tia chính là câu trả lời và chúng cực kỳ tốt. Một trong những thiết bị đầu tiên ông phát triển là còi 100 x 100 độ. Các loa kèn lớn hơn 90 x 40 và 90 x 60 được sử dụng nhiều hơn cho các ứng dụng rạp hát nhưng loa kèn góc rộng hơn, nhỏ hơn này là điều tự nhiên đối với loa kiểm âm phòng thu. Nếu bạn nhìn vào các mẫu cực trong bài báo AES mà chúng tôi đã viết, bạn có thể thấy rằng các cực cực kỳ đồng đều từ 1000Hz đến 16.000 Hz.

Để giải thích tên gọi hai tia, vào thời điểm đó có rất nhiều kèn xuyên tâm. Có lẽ những ví dụ được biết đến nhiều nhất là Altec 511 và 811. Họ lấy một mặt cắt ngang thẳng đứng được thiết kế để tăng diện tích theo cấp số nhân và xoay mặt cắt ngang này quanh một đỉnh phía sau cổ họng (thực tế là một sự xoay hướng tâm). Cắt chiếc sừng như vậy từ trước ra sau theo bất kỳ góc nào (qua đỉnh) và mặt cắt ngang sẽ giống nhau. Thiết kế loa theo cách này đã mang lại sự mở rộng tốt cho ngưỡng lý thuyết của nó, nhưng phản hồi cực kém và đáp ứng tần số cục bộ góp phần tạo ra “màu sắc của loa”. Hai biến độc lập đang diễn ra ở đây. Đầu tiên, tốc độ tăng diện tích, xác định tải âm chi phối đường cong công suất bức xạ đối với các quãng tám đầu tiên trên mức cắt. Một cách độc lập, các đường viền của bức tường xác định mô hình cực so với tần số. Người ta tính ra rằng các góc thành bên gần bộ điều khiển nén chủ yếu quyết định độ định hướng tần số cao. Các đường viền xa hơn ra khỏi loa, khi kích thước tăng lên, dần dần thiết lập các đường cong cực cho tần số ngày càng thấp hơn. Don đã phát triển một đường viền thành bên để tạo ra dạng cực tuyệt vời cho nhiều dải tần số. Những đường viền này (hoặc một đường viền được sử dụng hai lần trong trường hợp sừng 100 x 100 độ) sau đó được sử dụng cho hình dạng ngang và dọc. Với thiết kế mới của ông, các đường viền đặc biệt được xoay hai lần xung quanh hai điểm hướng tâm, do đó có tên là hai hướng.

Một phần của sự phát triển cơ khí của 4430/35 là đúc kèn 100 x 100. Tôi nhớ đã làm việc với Mark Gander trong quá trình xây dựng của họ. Các mẫu đầu tiên là từ quy trình đúc công nghệ thấp (ép phun phản ứng?) và luôn bị cong vênh một chút. Bề mặt phía sau phải gắn vào tủ có xu hướng cúi về phía trước. Chất lượng chung đã được cải thiện nhiều theo thời gian sản xuất được triển khai.

Ngoài ra, phần lớn sự phát triển của kèn đã gắn liền với quá trình xây dựng của chúng. Những chiếc sừng ban đầu thường có thiết kế đa ngăn vì thợ thiếc có thể hàn chúng lại. Những hình dạng sừng phức tạp hơn sẽ không thể thực hiện được nếu không có kỹ thuật đúc khuôn. Những chiếc kèn dự kiến ​​​​sẽ bán được với số lượng lớn có thể được đúc bằng nhôm, chẳng hạn như Altec 511 và 811. Những chiếc kèn rạp hát lớn của Don sẽ có giá rất cao (và nặng) nếu đúc bằng nhôm do kích thước lớn và doanh số bán hàng dự kiến ​​​​tương đối thấp. Cuối cùng, chúng được làm bằng sợi thủy tinh với các tấm gia cố được đúc sẵn. Chiếc sừng 4430 hơi phức tạp một chút vì nó cần phải tháo dụng cụ ra khỏi các túi bên. Nó cũng có một phần họng đúc bằng cát riêng biệt được bắt vít từ phía sau và liên kết mặt trước với bộ điều khiển nén. Việc có được mặt cắt ngang và điểm nối vừa phải đã tác động đến phản hồi nên chúng tôi đã sử dụng biến đó một cách công bằng.

Tại sao kèn của 4430 lại bị tắt?  Thực ra thì không. Tất cả các trình điều khiển kèn đều có hiện tượng cuộn cố hữu liên quan đến khối lượng màng loa của chúng. “Điểm dừng khối lượng” này thường xảy ra ở khoảng 3 kHz. Trong phòng thí nghiệm, chúng tôi sẽ đo bộ điều khiển nén trên một ống đã kết thúc. Trong thực tế, đây là một ống dài (có thể dài từ 4 đến 6 ft) với một cái nêm bằng sợi thủy tinh mỏng bên trong. Một micro nhỏ được lắp vào bên cạnh ống gần bộ điều khiển nén. Điều này cung cấp cho trình điều khiển nén một tải âm điện trở để áp suất trong ống thể hiện mức đầu ra của một chiếc còi hoàn hảo. Đo theo cách này, hầu hết các trình điều khiển nén JBL sẽ có phản hồi phẳng từ vài trăm Hz đến khoảng 3kHz. Ở mức 3k, họ sẽ bắt đầu giảm nhẹ ở mức 6dB mỗi quãng tám cho đến khi thiết kế phích cắm pha và chế độ màng loa chiếm trên 10kHz. Bạn có thể biết rằng Fanchur Murray đã thiết kế tất cả các trình điều khiển nén tại JBL vào những năm 80. Theo tôi, thành tựu lớn nhất của anh ấy là viền kim cương và giúp các trình điều khiển nén 2” và 4” có được phản hồi mượt mà vượt xa 15kHz.

Dù sao đi nữa, phản hồi lộn xộn này là phản hồi thô được đưa ra cho còi. Sau đó, còi sẽ điều chỉnh phản hồi này thông qua tải âm thanh ở mức thấp và thông qua chỉ số định hướng ở mức cao. (Chỉ số định hướng thể hiện mức tăng trên trục. Về cơ bản, nó là “độ sáng” của còi được biểu thị bằng dB.) Trước khi có còi định hướng không đổi, hầu hết mọi người đều cho rằng sự kết hợp giữa bộ điều khiển còi/bộ điều khiển nén vốn dĩ phải có phản hồi phẳng. Kèn đã được phát triển để “cân bằng” trình điều khiển nén. Điều này đã bỏ qua thực tế là sự kết hợp chỉ có thể phẳng và chỉ trên trục nếu loa thể hiện một lượng lớn chùm tia tần số cao.

Với còi 100 x 100, các cực rất nhất quán và chỉ số định hướng bằng phẳng đến mức phản hồi trục bật và tắt trông giống như phép đo ống kết thúc của bộ dẫn động nén. Mạng chéo có nhiệm vụ xử lý phản hồi này và làm cho nó phẳng.

Ngoài ra, phần lớn sự phát triển của sừng đã gắn liền với quá trình xây dựng của chúng. Những chiếc sừng ban đầu thường có thiết kế đa ngăn vì thợ thiếc có thể hàn chúng lại. Những hình dạng sừng phức tạp hơn sẽ không thể thực hiện được nếu không có kỹ thuật đúc khuôn. Những chiếc kèn dự kiến ​​​​sẽ bán được với số lượng lớn có thể được đúc bằng nhôm, chẳng hạn như Altec 511 và 811. Những chiếc kèn rạp hát lớn của Don sẽ có giá rất cao (và nặng) nếu đúc bằng nhôm do kích thước lớn và doanh số bán hàng dự kiến ​​​​tương đối thấp. Cuối cùng, chúng được làm bằng sợi thủy tinh với các tấm gia cố được đúc sẵn. Chiếc sừng 4430 hơi phức tạp một chút vì nó cần phải tháo dụng cụ ra khỏi các túi bên. Nó cũng có một phần họng đúc bằng cát riêng biệt được bắt vít từ phía sau và liên kết mặt trước với bộ điều khiển nén. Việc có được mặt cắt ngang và điểm nối vừa phải đã tác động đến phản hồi nên chúng tôi đã sử dụng biến đó một cách công bằng.

Don vừa mới bắt đầu sử dụng mạng chéo khi tôi tiếp quản dự án. Tôi nhớ rằng có rất nhiều việc phải làm để các nút điều khiển âm trung và loa tweeter hoạt động hợp lý. Ngoài ra còn rất nhiều công việc để cân bằng quãng tám đến quãng tám và cũng để đảm bảo sự cân bằng của 4430 và 4435 giống hệt nhau mặc dù 4435 nhạy hơn 3 dB. Có một số buổi nghe với Gary Margolis và John Eargle mà tôi, với tư cách là một kỹ sư trẻ, nhận thấy rất có tính hướng dẫn. Họ có đôi tai thính và có thể xác định quãng tám cần tăng hoặc giảm dB để đạt được độ cân bằng vừa phải và tôi muốn có thể làm được điều đó!

Việc cân bằng trình điều khiển còi/nén là vấn đề bất thường duy nhất đối với mạng 4430/35. Như đã đề cập ở trên, phần tần số cao sẽ có mức giảm 6dB trên mỗi quãng tám vốn có ở tần số trên 3kHz. Mạng thụ động có thể cân bằng điều đó miễn là độ nhạy vốn có vẫn đủ cao ở tần số cao nhất cần thiết. Độ nhạy của trình điều khiển nén 2425 trên còi 100 x 100 là khoảng 108 dB từ 1000 Hz trở lên cho đến khi đạt trên 3K. Đến 16K, phản hồi đã giảm xuống còn khoảng 94dB, vừa đủ cho mục tiêu 93dB của 4430 và gần đủ cho mục tiêu 96dB của 4435.

Phần trên của mạng bắt đầu là bộ lọc thứ hai, sau đó là L-Pad cho mức âm bổng tổng thể và với đường vòng thứ nhất (một tụ điện nhỏ xung quanh L-Pad) để cung cấp các tần số cao nhất xung quanh L- Tập giấy. Về cơ bản, L-Pad sẽ kéo âm bổng thấp hơn xuống khoảng 16dB, đường bypass sẽ đẩy âm cao trở lại và cân bằng tiếng còi.

Một số vấn đề cần được giải quyết: Thứ nhất, phương pháp bỏ qua thứ tự đầu tiên vẫn mất một vài dB ở tần số 16kHz, dẫn đến âm thanh đầu cuối mềm hơn mong muốn. Thứ hai, sẽ thật tuyệt nếu có các biện pháp kiểm soát phản hồi hợp lý cho hệ thống. L-Pad do bị bỏ qua nên chỉ có tác dụng từ 1 đến 5kHz. Nó sẽ trở thành một bộ điều khiển “âm bổng thấp hơn”. Tôi muốn có các nút điều khiển riêng biệt cho cả âm bổng dưới và âm bổng trên để phù hợp hơn với hệ thống 3 và 4 chiều khác của chúng tôi.

Một giải pháp cho cả hai là sử dụng mạng bỏ qua cộng hưởng nối tiếp. 1 microfarad nối tiếp với khoảng 0,08 milihenries sẽ cộng hưởng khoảng 15K và cho đầu ra cao hơn khoảng 2 dB ở tần số cao nhất. Nó cũng mang lại ít hơn khoảng 5k một chút trong đó combo 2425/biradial hơi nóng. Một điện trở thay đổi nối tiếp với chân cộng hưởng đã mang lại khả năng điều chỉnh “âm cao trên” rất tốt nên giờ đây chúng tôi đã có một cặp điều khiển với các trung tâm và phạm vi điều khiển thực sự hữu ích.

Sau khi kèn hoạt động, phần loa trầm đã được xử lý. Phần loa trầm là một mạng bậc hai thẳng với một liên hợp để làm phẳng độ tự cảm của loa trầm. Việc sử dụng liên hợp cho phép bạn đạt được cuộn cảm thứ hai trông “cổ điển” hơn vì cuộn cảm mạng và độ tự cảm của loa trầm sẽ không tương tác. Hầu hết công việc trong mạng lưới này là tạo ra sự kết hợp tốt nhất giữa loa trầm và còi. Khi loa trầm và hình dạng mạng trông gần đúng, bạn phải xem các phần được thêm vào như thế nào. Họ có bổ sung tốt theo từng giai đoạn không? Hoặc trong giai đoạn ngược lại? Họ tính tổng tốt nhất ở trục nào và đó có phải là nơi bạn muốn họ tính tổng tốt nhất không? Nó chỉ ra rằng với độ dốc phân tần được sử dụng và độ sâu tương đối của loa trầm và loa mà các thiết bị cho ra kết nối tổng hợp tốt nhất cùng pha (++ chúng tôi sẽ nói) trên một trục đo hướng thẳng ra hoặc tăng nhẹ. Các đường cong 0 độ và 15 độ đều tốt như nhau. Điều này sẽ hoạt động tốt nếu hệ thống được đặt trên sàn hoặc thậm chí nếu được đảo ngược và gắn trên cửa sổ studio.

Tại thời điểm này, chúng tôi hiện có một hệ thống với tất cả các phần đang hoạt động và đưa ra đường cong phản hồi hợp lý. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn chưa hoàn thành. Tại thời điểm này, bạn gọi những người tiếp thị có đôi tai vàng tới và mọi người đều lắng nghe. Đường cong sẽ được điều chỉnh một dB ở đây và một dB ở đó cho đến khi nhóm (chủ yếu là Gary Margolis và John Eargle cho sản phẩm này) hài lòng.

Tôi rất muốn đưa ra một bài báo trên màn hình. Vì họ là những người đầu tiên sử dụng phương pháp định hướng liên tục nên một bài báo có giá trị nhất định và vì vậy tôi đã được phép viết nó. Tôi đã viết hầu hết phần viết, mặc dù John Eargle đã sửa rất nhiều ngữ pháp của tôi và chỉnh sửa phần giới thiệu và vợ tôi chú thích các hình minh họa! Nếu bạn đọc giữa những dòng giấy, bạn có thể thấy rằng chúng tôi đang chụp một số bức ảnh chụp cận cảnh sản phẩm UREI.

Tôi rất vui vì các sản phẩm đã được cộng đồng Pro đánh giá cao và duy trì hoạt động trong một thời gian dài. Dòng 4400 phát triển sau những mẫu này. Tôi đã thiết kế một chiếc 4401 và 4411 và sau khi tôi rời đi, JBL Greg đã thiết kế một chiếc 4430 con, chiếc 4425. Một điều thú vị vào thời điểm đó là cách mọi người phản ứng với hình dạng của những chiếc kèn hai trục mới. Tôi nhớ nhiều kỹ sư phòng thu đã gọi chúng (một cách trìu mến!) là những chiếc sừng “Dolly Parton” hoặc “Kèn mông khỉ đầu chó”.

JBL 4430

Method	2-Way, 2-Speaker, Bass Reflex System, Floor Type
Units Used	Low Band : 38 cm Cone Type (2235H) For High Frequency : Horn Type (2421A + 2344)
Frequency characteristic	35 Hz to 16 kHz ± 3 db
Directional (-6dB, 1.25 kHz to 16 kHz)	Horizontal : 100 ° Vertical : 100 degrees
Impedance	8 Ω
Output sound pressure level	93dB/W/m
Allowable input	300W (continuous program)
Peak input	2 kW (<10 ms)
Crossover frequency	1kHz
Level control	Midrange : -∞～+ 4dB/2kHz High Frequency : -∞～+ 2dB/12kHz
Enclosure volume	140L
External dimensions	Width 556x Height 908x Depth 480 mm
Weight	79.5 kg (when packed)