[Stereo Wiki] Toàn tập tất cả những điều bạn cần biết về băng cassette (Phần 2): Tape Bias là gì ?

Đã có lần nào bạn thắc mắc về ý nghĩa của những thông số kĩ thuật khó hiểu được in trên cuốn băng cassette mà mình đang cầm trên tay không ? Hãy cùng Stereo đi tìm hiểu một trong những khái niệm quan trọng đó của băng từ - Bias.

 Tại sao băng cassette lại cần đến Bias ?

Vào thuở sơ khai đầu tiên, các máy thu cassette vẫn được thiết kế sử dụng tín hiệu âm thanh gốc, đem đi khuếch đại và đưa thẳng vào đầu từ để chuyển thành nội dung trên băng. Phương pháp này cho đáp ứng các dải tần thấp rất kém, trong khi đó thì các dải tần cao lại bị disortion nặng nề, dẫn đến chất lượng âm thanh sau khi phát lại trở nên rất tồi tệ.

Tương tự như transistor và đèn điện tử, đáp tuyến tần số của các loại bột từ tính không hoàn toàn tuyến tính, và nếu tín hiệu analog đưa vào rơi đúng vào vùng không tuyến tính này thì sẽ dẫn đến hậu quả tín hiệu bị disortion mạnh. Đây chính là nguyên nhân chính của hiện tượng nêu trên.

Để khắc phục, người ta phải sử dụng đến kĩ thuật gọi là Tape Bias để "kéo" tín hiệu âm thanh vào nằm đúng trong vùng đáp tuyến tuyến tính của vật liệu từ tính trên sợi băng, nhờ vậy giúp cải thiện rõ rệt chất lượng âm thanh sau khi được tái tạo.để đưa tín hiệu âm thanh trở lại vào đúng vùng tuyến tính, kết hợp với việc sử dụng EQ để căn chỉnh lại đáp ứng đầu ra cuối cùng trở nên bằng phẳng hơn.

Có hai phương pháp để áp dụng kĩ thuật Bias này trong quá trình thu phát băng cassette, đó là DC Bias & AC Bias.

DC Bias 

Vào thời kì đầu, các nhà sản xuất áp dụng kĩ thuật DC Bias cổ điển - thêm trực tiếp vào tín hiệu một thành phần một chiều trước khi đưa đến đầu từ thu (record head) . Dù đơn giản, nhưng phương pháp này đem đến tác dụng giảm méo tín hiệu với hiệu quả có thể nhận thấy rất rõ rệt, cải thiện đáng kể chất lượng âm thanh.

Với nguyên lý rất đơn giản  của mình, trên một số đời máy thu rẻ tiền và thậm chí là cả nhiều mẫu máy thu cassette tầm trung, cả một người ta còn thay thế việc trộn tín hiệu này bằng việc sử dụng một miếng nam châm vĩnh cửu đặt ngay cạnh record head, và tiếp xúc trực tiếp với sợi băng trong suốt quá trình thu âm. Cả hai phương pháp đều cho hiệu quả tương đương nhau.

Tuy nhiên, điểm yếu của kĩ thuật DC Bias là nó cũng sẽ tạo ra thêm nhiều  tạp nhiễu hơn khi băng cassette được phát lại. Chính vì lý do này mà ở các thế hệ máy ra đời sau, người ta chuyển sang sử dụng một kĩ thuật mới hơn - AC Bias.

AC Bias

Ở các máy thu sử dụng AC Bias, một mạch dao động (OSF) sẽ thực hiện nhiệm vụ tạo ra một tín hiệu cao tần với tần số trong khoảng từ 20 kHz - 120 kHz (thậm chí là lên đến 150 kHz với một số đầu thu cao cấp, ví dụ như Sony TC-KA3ES chẳng hạn).

Tín hiệu cao tần này sau đó cũng sẽ được trộn trực tiếp với tín hiệu âm thanh để đưa đến record head. Thông thường cường độ của dòng Bias này được thiết lập ở ngưỡng lớn hơn rất nhiều so với tín hiệu âm thanh và khiến cho lớp bột từ tính trở nên bão hòa trước khi được từ hóa bởi tín hiệu âm thanh.

Qua thực nghiệm, cách làm này được chứng minh là cũng cho khả năng giảm thiểu disortion rất hiệu quả trong quá trình thu âm trên băng từ, và thậm chí còn cho nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với kĩ thuật DC Bias về độ nhiễu nền, và sự linh hoạt khi có thể thay đổi theo yêu cầu của từng loại băng khác nhau.

Do vậy, gần như tất cả các mẫu máy phát cassette (cassette deck) cao cấp, đều sử dụng kĩ thuật AC Bias như một tiêu chí mặc định phải có nếu muốn hướng đến mục tiêu đáp ứng yêu cầu khắt khe nhất về chất lượng âm thanh.

Vậy còn những con số 70 µs và 120 µs mang ý nghĩa gì ?

Chắc hẳn đây sẽ là câu hỏi mà nhiều bạn sẽ thắc mắc khi đã đọc tới đây. Trong thực tế chúng ta sẽ chẳng bao giờ gặp một cái băng cassette nào có in dòng chữ DC Bias hoặc AC Bias cả, thay vào đó sẽ là  70 µs Bias hoặc 120 µs Bias. 

Vậy những con số này là gì và từ đâu ra ?

Chúng ta đều đã biết rằng Bias là một công cụ vô cùng hữu hiệu để triệt bỏ hiện tượng disortion xảy ra trong quá trình thu âm. Tuy nhiên, việc đạt được kết quả mong muốn này cũng khiến ta phải đánh đổi với một yếu tố khác: khả năng đáp ứng với các tần số cao.

Với cùng một loại băng từ giống nhau, người ta phát hiện ra rằng việc đẩy cường độ dòng Bias lên cao hơn sẽ cho hiệu quả giảm disortion lớn hơn, nhưng cũng khiến cho năng lượng của các tần số cao trên bột từ tính trở nên yếu hơn. Ngược lại, dòng Bias nhỏ sẽ giúp cho băng nhạy hơn với các dải tần cao này, nhưng bù lại tình trạng disortion sẽ trở nên trầm trọng hơn. 

Để giải quyết vấn đề này, nhà sản xuất buộc phải chọn ra một mức Bias tối ưu nhất tùy theo từng nhu cầu sử dụng của thiết bị, và đưa thêm vào đường xử lý tín hiệu một bộ lọc với các thông số được quy chuẩn rõ ràng theo từng loại băng khác nhau.

Tinh đến thời điểm hiện tại, có hai loại Bias được khuyến nghị sử dụng theo tiêu chuẩn của Ủy ban kĩ thuật điện quốc tế (IEC):

• Normal Bias (hoặc Normal Position Bias): là tiêu chuẩn được áp dụng dành cho phần lớn các loại băng cassette Type I sử dụng bột sắt từ ferric oxide Fe₂O₃. Các loại băng này chỉ thích hợp với mức dòng Bias thấp, và do có độ nhạy kém với các tần số cao nên thường được thiết lập LPF với tần số cắt (cut-off frequency) ở mức 1,326 kHz - tương đương với 120 µs. 
• High Bass (hoặc High Position Bias): nhờ các thành tựu trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển các vật liệu từ tính mới ở giai đoạn kế tiếp, các loại băng cassette ra đời sau (Type II/III và IV) đã cải thiện rất tốt độ nhạy với các tần số cao & mở rộng vùng đáp tuyến khả dụng của băng từ. Nhờ vậy các nhà sản xuất có thể đẩy mức dòng Bias lên cao hơn trong khi không cần giới hạn tần số cắt của bộ LPF quá thấp như trước, nhưng vẫn đem lại khả năng tái tạo âm thanh với độ tuyến tính và chi tiết tốt hơn.

Thông qua thực nghiệm, các nhà nghiên cứu đã tìm ra mốc tối ưu nhất là 2,273 kHz - tương đương 70 µs.

Hầu hết các loại cassette deck dân dụng trên thị trường đều sử dụng cơ chế tự động thiết lập Bias theo 2 chế độ đã nói trên bằng cách tự động nhận biết loại băng được đưa vào trong máy. Tuy nhiên với một số đầu thu chuyên dụng và cao cấp, người dùng có thể điều chỉnh riêng rẽ 2 thông số Bias và EQ một cách riêng rẽ và không theo tiêu chuẩn nói trên trong một số trường hợp đặc biệt.

Anh Quân