thiết kế và chế tạo thử nghiệm hệ thống âm thanh kỹ thuật số phục vụ giảng đường đại học nha trang

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Sinh viên thực hiện : ĐINH THẾ VƯƠNG

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM HỆ
THỐNG ÂM THANH KỸ THUẬT SỐ PHỤC VỤ
GIẢNG ĐƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành Công nghệ kỹ thuật Điện, Điện Tử
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
NGUYỄN VĂN HÂN

Khánh Hòa – năm 2015

LỜI CAM ĐOAN


2

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Các
số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng
quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một
cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả
này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.


3

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên cho em gửi lời cảm ơn đến gia đình đã tạo điều kiện để em được học tập.
Suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường, được sự chỉ đạo giảng dạy của thầy
cô trong trường cũng như trong Khoa Điện-Điện tử em đã hoàn thành xong chương
trình học tập tại trường đại học Nha Trang của mình em xin cảm ơn tất cả .
Choemđượcgửilờicảmơnchânthànhđến thầy giáo Trần Tiến Phức và thầy giáo
Nguyễn Văn Hân là những người đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình học tập
và nghiên cứu đồ án đề ra .
Sinh viên thực hiện


4

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1Soundcraft Unveils New Vi3000 Digital Console.................................4
Hình 1.2 DSP ứng dụng điều khiển động cơ một chiều......................................5
Hình 1.3 DSP ứng dụng điều khiển chuyển động................................................6
Hình 2.1: Xử lý tín hiệu số..................................................................................8
Hình 2.2: Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại.................................................9
Hình 2.3: Ic khuếch đại thuật toán STK4050II...................................................10
Hình 2.4 Mạch khuếch đại tín hiệu đầu từ.........................................................10
Hình 2.5 Mạch khuếch đại công suất tín hiệu âm thanh dùng transistor ...........11
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống âm thanh.....................................................15
Hình 2.7 Nguyên lý hệ thống âm thanh mini xác tay..........................................18
Hình 2.8 Mạch nguyên lý tiền khuếch đại 1 transistor. ......................................18
Hình 2.9 Mạch nguyên lý khuếch đại dùng LA44440.........................................19
Hình 2.10 Sơ đồ khối DSP..................................................................................20

Hình 2.11 So sánh đáp ứng tần số các bộ lọc thực tế..........................................21
Hình 2.12 Hình dạng của các cửa sổ lọc số thông dụng......................................22
Hình 2.13 Hình dạng của các cửa sổ lọc số thông dụng......................................23
Hình 2.14 Hình dạng của các cửa sổ lọc số thông dụng......................................24
Hình 2.15 So sánh bộ lọc FIR và IIR..................................................................24
Hình 2.16 Biểu đồ phát triển và lĩnh vực ứng dụng của ARM............................25
Hình 2.17 Biểu đồ phát triển và thị phần ARM...................................................30
Hình 2.18 Trình tự thực hiện cài đặt bộ lọc số....................................................30
Hình 3.1 Hàm đơn vị...........................................................................................41


5

Hình 3.2 Số phức trên MATLAB........................................................................42
Hình 3.3 Sóng Sin vẽ bằng MATLAB................................................................42
Hình 3.4 Trộn sóng với MATLAB......................................................................43
Hình 3.5 Bộ lọc số căn bản trên MATLAB.........................................................43
Hình 3.6 Bộ lọc thông thấp trên MATLAB.........................................................44
Hình 3.7 Bộ lọc FIR loại 1 trên MATLAB..........................................................44
Hình 3.8 Lọc mẫu thu âm sẵn với MATLAB......................................................45
Hinh 3.9 Trình tự cài đặt bộ lọc số lên vi điều khiển...........................................45
Hình 3.10 Cấu trúc chung ARM KEIL................................................................46
Hình 3.11 KIT STM32F4....................................................................................47
Hình 3.12 Phần mềm STM32 ST-LINK Unility.................................................48
Hình 3.13 Phần mềm FIVIEW............................................................................49
Hình 3.14 Phần mềm FIVEW.............................................................................49
Hình 3.15 Lưu đồ thuật toán...............................................................................51
Hình 3.16 Cấu trúc xắp xếp mã code trong KEIL ARM.....................................51
Hình 3.17 Thư viện ngoại vi của ST...................................................................52
Hình 3.18 Cài đặt thư viện dùng cho ARM vào KEIL ARM...............................52

Hình 3.19 Cây cấu trúc project trong KEIL ARM...............................................53
Hình 3.20 Biên dịch KEIL ARM.........................................................................54
Hình 3.21 Thư mục chứa project chương trình...................................................55
Hình 3.22 Sắp xếp thư mục chứa project chương trình.......................................55
Hình 3.23 Cấu hình cho project trên ARM..........................................................56
Hình 3.24 Cấu hình cho project trên ARM..........................................................56
Hình 3.25 Tương quan thời gian lấy mẫu và tốc độ xử lý...................................58
Hình 3.26 Sơ đồ thuật toán chương trình ...........................................................59
Hình 4.1 Bộ lọc LowPass....................................................................................60
Hình 4.2 Bộ lọc high pass...................................................................................61
Hình 4.3 Bộ lọc band pass...................................................................................62
Hình 4.4 Bộ lọc Stop band..................................................................................63


6

Hình 4.5Tương quan lấy mẫu tín hiệu ................................................................64
Hình 4.6 Sơ đồ mạch HM2007...........................................................................64
Hình 4.7 KIT HM2007........................................................................................65
Hình 4.8 Sơ đồ truy cấp bộ nhớ DMA nhận diện giọng nói ...............................65
Hình 4.9 So sánh Cortex-M7 với SoC khác........................................................68
Hình 4.10 Phân khúc chip Cortex của ARM trong thị trường nhúng..................69
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông số thiết bị hệ thống âm hội trường 1......................................16
Bảng 2.2 Các loại của sổ thông dụng................................................................24
Bảng 2.3 Một số dạng lõi ARM........................................................................27
Bảng 2.4 So sánh ARM7TDMI-S và cácdòng Cortex-M..................................33
Bảng 4.1 Nhóm lệnh xử lí giọng nói trong thư viện xử lí giọng nói C#............66

7

LỜI NÓI ĐẦU
Với sự phát triển của công nghệ hiện đại, kĩ thuật xử lý tín hiệu số ngày càng khẳng
định vị thế của mình đáp ứng nhu cầu của con người trong sinh hoạt, giải trí và làm
việc, việc áp dụng kĩ thuật số vào lĩnh vực âm thanh phục vụ cho nhu cầu học tập và
giải trí đã và đang hình thành.
Hiện nay tại các giảng đường đại học Nha Trang vẫn sử dụng hệ thống âm thanh
tương tự.Những hệ thống này là các máy tăng âm có công suất vừa và nhỏ được lắp
đặt cố định và di động.Hạn ché của hệ thống này là không thiết kế tối ưu cho tín
hiệu tiếng nói như không tự động chống hú, rít và nhiễu.
Nhận thấy sự quan trọng và cần thiết đó em đã nghiên cứu đề tài “Thiết kế và chế
tạo thử nghiệm hệ thống âm thanh kĩ thuật số phục vụ giảng đường trường Đại Học
Nha Trang” với mục đích kĩ thuật xử lý tín hiệu số xử lý tín hiệu âm thanh xử lý
những hạn chế mà hệ thống tương tự tồn tại như hú rít, nhiễu…
Qua quá trình nghiên cứu và thử nghiệm đã đạt được những kết quả nổi bật như
thành công trong việc số hóa âm thanh trong thời gian thực và xử lý tín hiệu đó với
độ trễ tính bằng micro giây.


8

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Tên đề tài: “ Thiết kế và chế tạo thử nghiệm hệ thống âm thanh kỹ thuật số
phục vụ giảng đường trường đại học Nha Trang.”

1.1.1Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay với việc thuyết giảng nói chung và việc thuyết giảng trong môi
trường sư phạm ngày càng được nâng cao cả về chất lượng học viên và giảng viên,

chất lượng kiến thức lẫn cơ sở hạ tầng.
Trong không gian giảng đường với số lượng học viên lớn và không gian
trong phòng khá lớn, người thuyết giảng làm việc với cường độ liên tục trong ngày,
để thuận tiện trong việc thuyết giảng, nhà trường đã xây dựng những hệ thống âm
thanh tương tự phục vụ cho việc thuyết giảng được thuận lợi hơn, tuy nhiên trong
quá trình sử dụng hệ thống tương tự đã bộc lộ nhiều khuyết điểm như : Mức nhiễu
cao, khó khăn trong việc kiểm soát độ ồn không mong muốn : rè, hú, …
Vi điều khiển ARM là một vi điều khiển hiện đại đã và đang được sử dụng
trong các lĩnh vực xử lý tín hiệu, điều khiển, hệ thống nhúng,… việc cài đặt các
thuật toán xử lý tín hiệu số trên vi điều khiển ARM để đưa vi điều khiển vào sử
dụng xử lý âm thanh nói chung và hệ thống âm thanh giảng đường nói riêng là một
việc làm cấp thiết.
Chính vì những lý do đó Tôi chọn đề tài“ Thiết kế và chế tạo thử nghiệm hệ thống
âm thanh kỹ thuật số phục vụ giảng đường trường đại học Nha Trang.”

1.1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
 Mục tiêu
-Mô phỏng thiết kế các bộ lọc số trên MATLAB và cài đặt các bộ lọc số
trên KIT Vi điều khiển ARM nhằm đại được các chỉ tiêu chất lượng đề ra.
- Chế tạo thử nghiệm mô hình hệ thống âm thanh có sử dụng vi điều khiển
ARM.
 Phạm vi nghiên cứu


9

- Khảo sát và đánh giá thực trạng hệ thống âm thanh đang sử dụng tại
giảng đường trường Đại học Nha Trang.
-Nghiên cứu về các bộ lọc số và ứng dụng để lọc nhiễu tín hiệu âm thanh
kỹ thuật số.

-Tính năng DSP của vi điều khiển ARM .

1.1.3Đồi tượng và phương pháp nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu
- Vi điều khiển ARM .
- Lý thuyết xử lý tín hiệu số,các bộ lọc số.
- MATLABxử lý tín hiệu số.
 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu điều khiển lập trình dùng
vi điều khiển.
- Phương pháp nghiên cứu mô phỏng: Mô phỏng các hoạt động của chương
trình bằng phần mềm MATLAB.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Xây dựng mô hình xử lý tín hiệu số
trong thời gian thực dùng vi điều khiển ARM.

1.1.4Nội dung nghiên cứu của đề tài
- Tìm hiểu về lý thuyết và lập trình mô phỏng các thí nghiệm về xử lí tín hiệu số
trên phần mềm MATLAB.
-Tìm hiểu và sử dụng phần mềm KEIL ARM, cách thiết đặt và lập trình cho vi điều
khiển ARM Cortex M4 và phần cứng KIT STM32F4 .
- Tìm hiểu và sử dụng phần mềm STM32 ST-LINK Utility để thực hiện các thao tác
xóa, ghi, khóa dữ liệu từ máy tính lên vi điều khiển ARM Cortex M4 đã được thiết
đặt phần cứng trên KIT STM32F4.
- Tìm hiểu phần mềm FIVIEW để tiến hành thực nghiệm các bộ lọc số như Low
pass filter, High pass filter,Band pass filter, Stop band filter.
- Tính toán, thiết kế hoàn thiện mô hình thí nghiệm: Tiến hành thực hiện xây dựng
hệ thống mô hình, kết nối các khối chức năng thông qua các jack cắm, thực hiện


10

xây dựng hệ thống nút nhấn, công tắc đèn báo, jack tính hiệu đề kết nối hoàn thiện
mô hình.
1.2TỔNG QUAN LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Ngày nay, với sự hội nhập quốc tế, sự cạnh tranh của nền kinh tế toàn cầu ngày
càng cao, chất lượng của hệ thống xử lí âm thanh được cải tiến, nâng cao hàng ngày.
Hiện nay, có rất nhiều mô hình âm thanh nhưng về cốt lõi của việc xử lý âm thanh
phân tích thành hai phương pháp, xử lý tương tự và xử lý số.
Với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật vi tính, đặc biệt là kỹ thuật xử lý tín
hiệu số (Digital Signal Processor) đã cho phép giải quyết các thuật toán phức tạp xử
lý nhiều dữ liệu của hệ thống một cách đồng thời, nhanh chóng nhằm đạt được
những yêu cầu của hệ thống xử lý âm thanh.
Hiện nay, trong những hệ thống âm thanh lớn đề có sử dụng DSP vào xử lý
hệ thống, những hãng sản xuất thiết bị âm thanh nổi tiếng đã áp dụng nhiều công
nghệ vào hệ thống của mình, ví dụ: Hãng CROWN đã sản xuất những main công
suất khuếch đại âm thanh ứng dụng DSP như Crown XTi1002 Power Amplifier
with DSP (1400 Watts), Crown XTi-2, Crown XTi2002 Power Amplifier with DSP,
Crown XTi4002 Power Amplifier with DSP (3200 Watts). Hãng PEAVEY với sản
phẩm Peavey IPR DSP 1600

và các sản phẩm khác của các hãng như như

YAMAHA DSP99,YAMAHA DSP-A3090Natural Sound Amplifier.
Với những cấu trúc và công nghệ khác nhau, nhưng mục tiêu sau cuối là cải tiến,
nâng cao chất lượng xử lý âm thanh.


11

Hình1.1 Soundcraft Unveils New Vi3000 Digital Console
Tuy sự phát triển của DSP được sử dụng cải tiến mạnh mẽ nhưng vì bí mật công
nghệ, chúng ta rất khó tiếp cận với công nghệ phần cứng và lập trình của các hệ
thống âm thanh như đã nêu trên.
Hãng sản xuất chip ARM đã nâng cấp dòng chip và thêm nhiều chức năng vào từng
đời, đặc biệt với vi điều khiển ARM Cortex M4 đã được tích hợp công nghệ xử lý
DSP, xây dựng bộ thư viện CMSIS với những dòng lệnh cấp cao hỗ trợ DSP :
+ Những lệnh toán học căn bản.
+ Những hàm thuật toán thu gọn.
+ Những giải thuật xử lý số phức.
+ Những bộ lọc số xây dựng sẵn.
+ Những biến đổi, thuật toán rút gọn xử lý ma trận.
+ Chuyển vùng tín hiệu miền thời gian, tần số.
+…..
Ngoài bộ thư viện hỗ trợ dòng lệnh trên còn có những project mẫu về xử lý DSP
được cung cấp trên trang chủ của hãng giúp người dùng dễ dàng sử dụng, tham
khảo, tùy biến và ứng dụng.

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Việc sử dụng công nghệ DSP đã được áp dụng nhiều trong các dự án trong nước. Ví
dụ đề tàiỨNG DỤNG XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ (DSP) ĐIỀU KHIỂNTỐC ĐỘ ĐỘNG
CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU của Võ Như Tiến tạiTrường Cao đẳng Công nghệ,Đại học


12

Đà Nẵng và Phan ĐiềnTrường Cao đẳng Nghề Qui Nhơn được đăng trên TẠP CHÍ
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009.

Hình 1.2 DSP ứng dụng điều khiển động cơ một chiều
Luận văn thạc sĩ: NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CARD ĐIỀU KHIỂN SỐ DSP
ĐỂ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ TRONG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG
của ĐINH VĂN NGHIỆP tại Đại học Thái Nguyên


13

Hình 1.3 DSP ứng dụng điều khiển chuyển động
Luận văn tốt nghiệp đại học: ỨNG DỤNG DSP KHẢ TRÌNH TRONG 3G của
NGUYỄN TRUNG HIẾU tại học viện công nghệ bưu chính viễn thông.
Tuy đã có nhiều dự án nghiên cứu về ứng dụng DSP nhưng riêng DSP xử lý
tín hiệu âm thanh ứng dụng tại Việt Nam vẫn còn rất ít, chưa mang tính phổ cập
cao.
Đề tài “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ÂM THANH KỸ
THUẬT SỐ PHỤC VỤ GIẢNG ĐƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG” sẽ giúp sinh
viên ngành Công nghệ kĩ thuật điện,điện tử hiểu thêm về DSP xử lý tín hiệu âm
thanh với nhiều ưu điểm:
+ Thiết bị thí nghiêm thực hành phù hợp tình hình kinh tế và quy mô nghiên
cứu vừa và nhỏ.
+ Những linh kiện, thiết bị có trên thị trường Việt Nam, vì vậy dễ dàng trong
việc thay thế sữa chữa, cải tiến nâng cao chất lượng.
+Có tính ứng dụng thiết thực cao trong giảng đường tại các trường nói chung
và giảng đường đại học Nha Trang nói riêng.


14

+ Mang nhiều lợi ích để nghiên cứu kĩ thuật số như xử lý ADC, DAC.
+ Hiểu sâu hơn về tính năng vi điều khiển cấp cao.

15

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Đồ án là một sự kết hợp giữa kiến thức lý thuyết về khuếch đại âm thanh và lý
thuyết xử lý tín hiệu số, sự tương quan được biễu diễn qua sơ đồ sau:

Hình 2.1: Xử lý tín hiệu số
Tín hiệu âm thanh ta thu được qua micro sẽ ở dạng điện áp, việc và dùng vi điều
khiển để lượng tử hóa tín hiệu âm thanh thành dữ liệu số và xử lý nó được gọi là xử
lý tín hiệu số (xử lý số trong sơ đồ), để hiểu rõ về tín hiệu âm thanh cũng như cách
lượng tử hóa, xử lý tín hiệu âm thanh dưới dạng dữ liệu số, ta tiến hành tìm hiểu lý
thuyếtxử lý hiệu số và mô phỏng xử lý tín hiệu số trên MATLAP, đồng thời ta tìm
hiểu về vi điều khiển ARM để triển khai cài đặt các bộ lọc số trên thực tế.
Đối với khối khuếch đại âm thanh thanh thường dùng là các Ampli, mạch
công suất nhằm khuếch đại tín hiệu âm thanh, về khối khuếch đại ta sẽ tìm hiểu về
khái niệm mạch khuếch đại âm thanh, các đặc điểm của mạch khuếch đại nói chung
và mạch khuếch đại đang dùng tại các giảng đường trường đại học Nha Trang.


16

2.1 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH
Mạch khuếch đại âm thanh có thể được cấu tạo từ những linh kiện công suất như
Transistor,fet. Đối với những mạch cần công suất khoảng vài chục W ta có thể dùng
Ic khuếch đại như LA4440, TDA2030,TDA2003…, tùy từng trường hợp, công suất,
mục đích sử dụng mà ta quyết định chọn mạch khuếch đại nào là hợp lý, để hiểu rõ
hơn về mạch khuếch đại âm thanh ta tìm hiểu định nghĩa, các đặc tính chung của
mạch khuếch đại âm thanh như sau:

2.1.1 Định nghĩa, phân loại mạch khuếch đại âm thanh
2.1.1.1 Định nghĩa mạch khuếch đại[1]
Thực chất khuếch đại là một quá trình biến đổi năng lượng có điều khiển, ở đó năng
lượng một chiều của nguồn cung cấp, không chứa thông tin, được biến đổi thành
năng lượng xoay chiều theo tín hiệu điều khiển đầu vào, chứa đựng thông tin, làm
cho tín hiệu ra lớn lên nhiều lần và không méo. Phần tử điều khiển đó là
tranzito,fet...
Mạch khuếch đại được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử, như mạch khuếch
đại âm tần trong Cassete, Âmply, Khuếch đại tín hiệu video trong Ti vi mầu v.v ...
Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại như ở hình 2.1.1 :

Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại
2.1.1.2 Phân loại
Ba loại mạch khuếch đại âm thanh chính :
Khuếch đại về điện áp : Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có biên độ nhỏ vào, đầu ra
ta sẽ thu được một tín hiệu có biên độ lớn hơn nhiều lần.Ví dụ:


17

Hình 2.3 Ic khuếch đại thuật toán STK4050II
Chú thích: Ic khuếch đại STK4050II khuếch đại tín hiệu âm thanh bằng phương
pháp khuếch đại điện áp.
Mạch khuếch đại về dòng điện :
Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có cường độ yếu vào, đầu ra ta sẽ thu được một tín
hiệu cho cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần.Ví dụ:

Hình 2.4 Mạch khuếch đại tín hiệu đầu từ.
Chú thích: Mạch khuếch đại tín hiệu đầu từ trên hình 2.1.1.3 khuếch đại tín hiệu âm
thanh bằng phương pháp khuếch đại dòng điện.

18

Mạch khuếch đại công suất : Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có công xuất yếu vào,
đầu ra ta thu được tín hiệu có công suất mạnh hơn nhiều lần, thực ra mạch khuếch
đại công suất là kết hợp cả hai mạch khuếch đại điện áp và khuếch đại dòng điện
làm một.Ví dụ:

Hình 2.5 Mạch khuếch đại công suất tín hiệu âm thanh dùng transistor.
2.1.2 Những đặc tính chungcủa mạch khuếch đại âm thanh
Hầu hết các mạch khuếch đại được định giá bằng một số các thông số:[2]
2.1.2.1 Độ lợi
Độ lợi của mạch khuếch đại là tỷ số giữa công suất đầu ra và công suất đưa vào điều
khiển, và thông thường được tính trên thang đo decibel (dB). (Trong thang đo này,
trị số đo tỷ lệ với quan hệ lôgarít của hai trị số:

2.1.2.2 Dải động ngõ ra
Dải động ngõ ra là một dải biên độ, thường sử dụng đơn vị dB, là khoảng cách giữa
tín hiệu lớn nhất và tín hiệu nhỏ nhất mà đầu ra có thể phản ánh được. Vì tín hiệu
nhỏ nhất thường bị giới hạn bởi biên độ nhiễu, nên người ta lấy luôn tỷ số giữa biên
độ tín hiệu lớn nhất và nhiễu làm giải động ngõ ra.


19

2.1.2.3 Băng thông và thời gian đáp ứng của mạch khuếch đại
Băng thông của một mạch khuếch đại thường được xác định theo sự khác biệt
giữa tần số thấp nhất và tần số cao nhất ở điểm mà hệ số khuếch đại giảm còn 1/2.
Thông số này còn gọi là băng thông −3 dB. Trong trường hợp những băng thông

ứng với những độ chính xác khác nhau thường phải ghi chú thêm, thí dụ như (−1
dB, −6 dB, v.v.).
Thí dụ như một mạch khuếch đại âm tần tốt phải có đáp ứng bằng phẳng từ 20 Hz
đến 20 kHz (dải âm thanh mà người ta nghe được), như vậy đáp ứng tần số của nó
phải mở rộng thêm ra bên ngoài dải này từ 1 đến 2 bát độ mỗi bên. Thông thường
một mạch khuếch đại âm tần tốt có băng thông từ 10 Hz đến 65 kHz.
Thời gian đáp ứng (còn gọi là thời gian tăng trưởng) của một mạch khuếch đại thời
gian cần thiết để nâng mức điện áp ngõ ra từ 10% đến 90% tín hiệu đỉnh khi đặt ở
đầu vào một điện áp bước (hàm đơn vị).
Nhiều mạch khuếch đại bị giới hạn bởi tốc độ tăng, thường là do trở kháng của
mạch dòng điện điều khiển phải chịu hiệu ứng tụ điện ở vài điểm trong mạch. Điều
này là cho băng thông ở công suất lớn nhất sẽ thấp hơn so với đáp ứng tần số ỏ mức
tín hiệu nhỏ.
Đối với một mạch đơn giản chỉ có RC, còn gọi là đáp ứng Gauss, thời gian tăng
trưởng được tính gần đúng:

Trong đó Tr là thời gian đáp ứng tính bằng giây, và BW là băng thông tính bằng Hz.


20

2.1.2.4 Thời gian trả về và sai số
Đó là thời gian để ngõ ra trả về đến một mức nào đó (thí dụ 0,1%) của tín hiệu hoàn
chỉnh. Điều này thường được đặt ra với các mạch khuếch đại trục tung của máy hiện
sóng và các mạch khuếch đại trong các hệ thống đo lường chính xác.
2.1.2.5 Tốc độ đáp ứng
Tốc độ đáp ứng là tốc độ thay đổi tín hiệu cao nhất ở ngõ ra, thường được tính bằng
volt/giây (hoặc mili giây, micro giây).
2.1.2.6 Tạp âm
Tạp âm (còn gọi là tiếng ồn, nhiễu), hiển thị số đo có bao nhiêu tạp âm được tạo ra

trong quá trình khuếch đại. Tạp âm là những thành phần không mong muốn, nhưng
cũng không tránh khỏi của các linh kiện và các thành phần trong mạch. Nó được đo
bằng thang decibel hoặc bằng điện áp đỉnh của nhiễu đầu ra, khi không có tín hiệu
đầu vào.
2.1.2.7 Hiệu suất
Hiệu suất là một số đo biểu thị mức độ bao nhiêu công suất ở đầu vào đã được
chuyển hóa thành năng lượng hữu ích ở đầu ra của mạch khuếch đại. Các mạch
khuếch đại lớp A có hiệu suất rất thấp, trong khoảng từ 10 đế 20%, và hiệu suất tối
đa là 25%. Các mạch khuếch đại lớp B hiện đại có hiệu suất trong khoảng 35 đến
55%, với hiệu suất cao nhất theo lý thuyết là 78,5%. Các mạch khuếch đại lớp D
tiên tiến sử dụng kỹ thuật điều biến độ rộng xung cho hiệu suất lên đến 97%. Hiệu
suất của một mạch khuếch đại giới hạn độ lớn của công suất hữu dụng ở ngõ ra.
Lưu ý rằng các mạch khuếch đại có hiệu suất cao sẽ chạy mát hơn, và có thể không
cần đến quạt làm mát ngay cả khi thiết kế lên đến nhiều kilowatt.


21

2.1.2.8 Độ tuyến tính
Một mạch khuếch đại lý tưởng phải là một thiết bị tuyến tính hoàn toàn, nhưng
những mạch khuếch đại thực tế thường chỉ tuyến tính trong một phạm vi giới hạn
nào đó. Khi tín hiệu được đưa đến đầu vào tăng, thì đầu ra cũng tăng theo cho đến
khi đạt đến một điểm mà một linh kiện nào đó trong mạch bị bão hòa, và không thể
cho thêm tín hiệu ra. Ta nói tín hiệu bị cắt xén, và đây là một trong những nguyên
nhân gây ra méo dạng.
Một số mạch khuếch đại được thiết kế để hoạt động theo kiểu chấp nhận giảm bớt
độ lợi thay vì phải chịu méo dạng. Kết quả là tín hiệu chịu một hiệu ứng nén, Và
nếu là tín hiệu âm thanh, thì hiệu ứng này không làm thỏa mãn người nghe lắm. Đối
với các mạch khuếch đại này, điểm nén 1 dB được đặt ra, xác định là độ lợi ở tín
hiệu 1 dB sẽ nhỏ hơn độ lợi ở các tín hiệu nhỏ.

Tuyến tính hóa là một lĩnh vực nổi bật. Có rất nhiều kỹ thuật được sử dụng để giảm
bớt méo dạng do không tuyến tính.
2.1.2.9 Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

trong đó:
•

S: Tín hiệu hữu ích

•

N: Tạp âm (nhiễu)

2.1.3 Mạch khuếch đại dùng IC
Ngày nay IC đã được dùng phổ biến trong các thiết bị điện tử dân dụng cũng như
chuyên dụng do có rất nhiều ưu điểm. Ngoại trừ IC khuếch đại thuật toán có đặc
điểm riêng, IC tuyến tính dùng khuếch đại có nhiều loại, do yêu cầu khác nhau của
các nhà chế tạo, được cho sẵn trong số tay tra cứu hay sơ đồ mạch. Thông thường


22

các IC này được chia ra nhiều vùng (theo sơ đồ khối) để làm nhiều nhiệm vụ khác
nhau. Ví dụ một IC dùng cho máy thu thanh thường có khối dao động (OSC hoặc
VCO), trộn tần (MIX), khuếch đại trung tần (IF.AMP), tách sóng điều biên
(AM.DET), tách sóng điều tần (FM.DET) và có thể có cả mạch khuếch đại âm tần.
Tuy nhiên để làm việc được các chân tương ứng của IC phải được nối với các linh
kiện mạch ngoài phù hợp và cấp nguồn nuôi.
Khi cần khuếch đại công suất ra lớn, có thể dùng IC khuếch đại công suất
riêng. Mức công suất ra, mức nguồn nuôi tuỳ từng loại IC mà ta lựa chọn cho phù

hợp. Trong trường hợp cần mạch khuếch đại hai đường cho máy stereo ta có thể
dùng IC kép hay hai IC đơn cùng loại để thực hiện. Ngoài ra cần chú ý rằng khi
dùng các IC công suất lớn cần có phiến toả nhiệt để bảo đảm nhiệt độ cho phép khi
làm việc.
2.2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ÂM THANH GIÀNG ĐƯỜNG HIỆN TẠI
Âm thanh trong giảng đường đại học Nha Trang bao gồm các hệ thống âm
thanh tại các hội trường, các phòng học, tùy vào yêu cầu giảng dạy, sinh hoạt khác
nhau để quyết định sử dụng những hệ thống âm thanh khác nhau.
Cũng như mọi hệ thống âm thanh đang dùng thông dụng nhiều nơi, dàn âm thanh sử
dụng tại các phòng học, hội trường có cấu tạo nguyên lý như sau:


23

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống âm thanh
Hệ thống âm thanh giảng đường đại học Nha Trang bao gồm nhiều hệ thống
phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau,ví dụ:
Hệ thống âm thanh hội trường 1 sử dụng cho các hoạt động văn nghệ, ngoại
khóa,hội họp, bởi tính chất như vậy cần phải có một hệ thống âm thanh công suất
lớn cũng như chất lượng tốt đáp ứng cho việc diễn thuyết hoặc biễu diễn nghệ thuật.
Sau đây là thông số thiết bị được trang bị trong hội trường 1.


24

Bảng 2.1: Thông số thiết bị hệ thống âm hội trường 1
Tên
Thông số kĩ thuật
Hình ảnh
Mixer

LX7 SoundCraft
•

24 channel frame size

•

GB30 mic preamps

•

Precision equalization circuitry

•

6 aux sends, 4 of which are

•

18dB/octave high pass filter

•

Group and mix inserts

•

12-segment LED metering

EQ DBX 2231

Bandwidth: 20Hz to 20kHz, +/-0.5dB
Frequency Response: <10Hz to >50kHz, +0.5/-3dB
Interchannel Crosstalk: <-80dB, 20Hz to 20kHz
Power Consumption: 28W


25

Amp 3600 VZ Crown
Frequency Response: ±0.1 dB from 20 Hz to 20 kHz at 1 watt.
Phase Response: ±10 degrees from 10 Hz to 20 kHz at 1 watt.
Signal-to-Noise Ratio: > 105 dB A-weighted or 100 dB unweighted below rated
power, 20 Hz - 20 kHz.

Micro Shure UGX9
BandWidth: UHF 800Mhz
Input chanel: 2RF / 2 kênh.
Power broadcasting: 30 mW.
Frequency Response : 40 Hz -> 20 KHz.

Micro Shure Beta 87