Tất cả các loại loa đều hoạt động dựa trên nguyên tắc căn bản là làm không khí chuyển động theo sự điều khiển của tín hiệu điện để tạo nên các sóng âm lan truyền trong không khí, tác động tới tai người nghe và giúp chúng ta thưởng thức được âm nhạc…

Có nhiều cách thức vận dụng nguyên tắc này, nhưng chúng tôi phân loại thành 5 nhóm chính, tương ứng với năm loại loa khác nhau, đó là loa điện động, lao màng tĩnh điện, loa mành nam châm, loa kèn và một loại loa khá mới mẻ, có cấu tạo đặc biệt đó là loa plasma.

Loa điện động

Loa điện động là loại phổ thông nhất trong tất cả các loại loa. Về cấu tạo, loa điện động bao gồm các bộ phận: xương loa, nam châm, cuộn dây động, màng loa, nhện và gân loa. Màng loa được thiết kế theo hình nón hoặc vòm, tạo nên một bề mặt chuyển động và sinh ra các luồng khí, từ đó, hình thành nên sóng âm. Bộ phận nâng đỡ và gắn kết màng loa cùng tất cả các chi tiết khác của loa là xương loa – thường làm từ sắt dập hoặc đúc bằng hợp kim nhôm hay gang.

Xung quanh màng loa là gân loa, có chức năng kết nối màng loa với xương loa, cho phép màng loa có thể chuyển động lên xuống. Gân loa có thể ví như là trục của bánh xe, vừa gắn bánh xe vào thân xe, vừa cho phép bánh quay tròn. Gân loa còn giúp màng loa quay trở lại vị trí đứng yên sau khi chuyển động.

Một “đồng nghiệp thân cận” của gân loa, cùng làm việc giữ màng loa ổn định vị trí sau khi chuyển điện động là con nhện. Nó được đặt sát dây của màng loa hình nón. Phần lớn con nhện đều được uốn lượn sóng như hình mái lợp.

Cuộn dây động đựơc quấn bằng đồng quanh một lõi hình trụ. Tín hiệu xoay chiều từ ampli đựơc đưa vào cuộn dây rồi đi qua các vòng dây, và sinh ra từ trường. Từ trường này tương tác với từ trường của nam châm loa, tạo ra các chuyển động lên xúông. Mức độ dao động của cuộn dây tỉ lệ với dòng điện chạy trong cuộn dây đó. Cuộn dây động có một đầu gắn chặt với nón loa, vì thế các dao động từ cuộn dây được truyền tới nón loa và làm rung động cả nón loa, từ đó phát ra âm thanh. Loa điện động dù là loa trầm, loa trung hay loa treble… đều hoạt điện động dựa trên nguyên tắc này để tạo ra âm thanh. Tất nhiên, tuỳ từng dải tần mà các loa có nhiều kiểu cấu tạo và kích cỡ khác nhau. Để có một thùng loa hoàn chỉnh, người ta có thể chỉ cần sử dụng một chiếc loa điện động duy nhất (chẳng hạn như trường hợp toàn dải – full range). Tuy nhiên, để có được phổ âm thanh thật đầy đủ và tránh hiện tượng các loa bị méo tiếng do hoạt động ở những dải tần không thích hợp, người ta cần phải phối hợp nhiều loa điện động khác nhau trong cùng một thùng loa, bởi vì không có chiếc loa con nào.

Tuy nhiên, để có được phổ âm thanh thật đầy đủ và tránh hiện tượng các loa bị méo tiếng do hoạt động hoạt động ở những dải tần không thích hợp, người ta cần phải phối hợp nhiều loa điện động khác nhau trong cùng một thùng loa, bởi vì không có chiếc loa con nào có thể một mình tải được tất cả tần số này. Và công việc phân chia các dải tần cho từng loa con lại thuộc về một bộ phận khác trong thùng loa, đó là bộ phân tần.

Bộ phân tần

Bộ phân tần là một mạch điên gồm các linh kiện như tụ, trở và cuộn dây… Các tần số cao khoảng từ 3.000Hz trở lên sẽ được bộ phận này chuyển đến loa treble, từ 3.000Hz trở xuống 200Hz sẽ tới loa trung, dước 200Hz tới loa trầm. Nói như thế, không có nghiã là bộ phận tần có thể tách tuyệt đối âm thanh ra 3 dải mà giưã các dải âm đều có sự giao thoa hay bao trùm lên nhau ở một khoảng tần số nào đó. Ví dụ, ta lấy điểm phân tần là tần số 3000Hz, trên điểm này là nơi loa treble xử lý các tần số cao, dưới điểm này là nơi loa trung và trầm tải tần số trung và số trung và trầm. Thực ra, loa treble sẽ tái hiện một số tín hiệu trên điểm phân tần. Tuy nhiên, âm thanh phát ra từ loa treble dưới điểm phân tần sẽ giảm theo độ dốc nhất định. Độ nghiêng càng lớn thì loa treble càng sản sinh ra tần số dưới điểm 3000 Hz và ngược laị. Cách thiết kế bộ phận tần phụ thuộc vào loại loa con đang sử dụng. Chất lượng cuả phân tần ảnh hưởng nhiều đến chất lượng âm thanh cuả cả thùng loa.

Phân loại loa con

Có ba loại loa con chính: treble, trung, bass. Loa treble tái hiện tần số cao, đường kình từ 1-2inch. Nhiều loa treble được thiết kế theo dạng dome (vòm) từ các chất liệu như titanium, nhôm, luạ, nhưạ… và chúng tôi đòi hỏi  phải được thiết kế sao cho đủ nhẹ để có thể chuyển điện động rất nhanh hàng mấy ngàn dao động mỗi ngày. Loa trung xử lý tần số trung, thường từ 2000 hoặc 3000Hz xuống tới 200 hoặc 500Hz. Phần lớn loa trung đều có hình nón và dùng chất liệu màng: nhưạ, polypropylene hoặc giấy. Kích cỡ: 6-18 inch. Loa siêu trầm là loa đặc biệt tải tần số thấp nhất (khoảng 80Hz trở xuống) và có đường kính từ 10inch trở lên.

Nhược điểm cuả loa điện động

Loa điện động hoạt động rất linh hoạt, sử dụng tiện lợi, đặc biệt ở tần số thấp nhưng phiền toái ở chỗ nó cần phải có  bộ phận phân tần và thùng phải lắp nhiều loa con. Sự cồng kềnh này không tránh khoỉ việc suy hao tín hiệu. Ngoài ra, âm thanh ở gần điểm phân tần thường bị suy giảm khiến cho màn âm thanh tổng thể không mượt mà như khi chúng được tái hiện mà không có bộ phận tần. Do những nhược điểm trên, để phát ra âm thanh tốt, loa điện động cần tới một điện năng khá lớn, một phần để chuyển động cuộn dây, phần lớn khác chỉ để làm nóng cuộn dây. Chúng cũng cần một nam châm to và một cấu trúc thùng nâng đỡ thật khoẻ, tương xứng với trọng lượng cuả các loa con. Tuy nhiên vì dễ chế tạo nên loại loa này rất phổ biến trong các thiết bị hi-fi.

Loa mành tĩnh điện

Với ưu điểm có màng loa nhẹ và không cần dùng bộ phận phân tần, loa tĩnh điện đã ra đời và khắc phục những tồn tại trên của loa điện động. thay vì sử dụng loa con, các thiết kế loa tĩnh điện chi dùng một chiếc mành treo trong từ trường tích điện. Chiếc mành này vừa rộng, vưà cao (khoảng 1m2), rất phẳng, mịn và cực kỳ nhẹ nên rất nhạy cảm với những dao điện động cuả tần số âm thanh. Chiếc mành này thay thế các loa con trong loa điên động, do vậy, loa tĩnh điện không cần đến bộ phân tần và tránh được các nhược điểm đi kèm bộ phân tần.

Tuy nhiên, loa tĩnh điện cũng có mặt trái là chiếc mành quá mỏng và rộng bản của nó không thể di chuyển được những khoảng cách lớn để có thể tái hiện các tần số thấp như loa điện động. Do vậy, nhiều loa mành phải dùng đến loa trầm điện động và một bộ phận phân tầng.

Các loa tĩnh điện cũng không thể tái hiện âm thanh sôi động, biến hoá như lao điện động nhưng nếu để thể hiện nét tinh tế của âm nhạc, đặc biệt ở tần số trung và cao lại là sở trường của loại loa này.

Một khó khăn khác mà loa tĩnh điện gặp phải, đó là mặt thiết kế. Chúng hoạt động được nhờ có một tấm mành mỏng đặt giữa hai tấm kim loại. Một điện áp một chiều rất cao hàng ngàn vôn được đưa vào các tấm kim loại, hình thành nên một điện trường giữa giữa không gian hai tấm đó. Trong khi đó, tấm mành nhân dòng điện xoay chiều từ ampli và liên tục thay đổi dấu điện cực. Sự thay đổi này kiến cho mành bị đẩy hoặc kéo khỏi các tấm kim loại và nó sinh ra sự dịch chuyển không khí, tạo nên âm thanh.Vấn đề là để có điện áp cao, loa phải kết nối với ổ điện điều này có thể gây phiền hà cho những thính giả sống trong các căn nhà không có sẵn các ổ điện ở gần khu vực loa.

Các loa tĩnh điện chủ yếu dùng nghe stereo,chúng thường ít xuất hiện trong các hệ thống rạp hát tại gia. Âm thanh rất trong trẻo và chi tiết ở dải trung và treble. Tuy nhiên, chúng lại hơi hạn chế về vị trí đặt loa. Ngoài ra, để có được tiếng bass thật chắc và khoẻ, hầu hết loa tĩnh điện được phối hợp với loa siêu trầm hoặc lắp 1 chiếc loa trầm ở bên trong. Hãng làm loa tĩnh điện có tiếng là Martin Logan ở Mỹ.

Loa mành nam châm

Tương tự loa tĩnh điện, loa mành nam châm không hoạt điện động theo kiểu “điện động” như loa điện động nhưng nó có điểm khác biệt là không cần phải cắm vào ổ điện trên tường.

Nếu loa tĩnh điện vận hành được nhờ có 1 chiếc mành nhẹ treo ở giữa 2 tấm kim loại tích điện thì loa mành nam châm thay thế tấm màng mỏng, và rộng này bằng 1 dải ruy băng kim loại mỏng, treo giữa 2 nam châm. Loa này hoặc điện động khi có dòng điện chạy qua ruy băng kim loại này. Khi đó, ruy băng sẽ bị các nam châm đẩy và hút. Sự chuyển điện động này sinh ra song âm trong không khí bao quanh ruy băng.

Tấm ruy băng này mỏng nhẹ giúp loa mành nam châm. Phản ứng nhanh nhạy với tín hiệu tiếng và trình diễn âm thanh 1 cách trong trẻo nên tái hiện các tần số cao rất hợp. Loa mành nam châm có dải ruy băng dài khoảng vài inch, thường đóng vai trò làm loa treble và nó kết hợp rất tuyệt với loa trung/trầm điện động. Giống như loa tĩnh điện, loa mành nam châm thường đi liền với các loa trầm điện động. Thường giữ vị trí dành cho âm nhạc 2 kênh, tất nhiên loại loa này cũng có mặt trong các hệ thống rạp hát gia đình đa kênh. Có thể kể đến Apogee, Magnepan…là những làm loa mành nam châm có tiếng.

Loa plasma

Đây là loại loa hết sức đặc biệt. Nó không cần thùng, không cần màng loa mà vẫn phát ra âm thanh rất trong trẻo, chính xác, độ méo cực thấp. Loa này thường đóng vai trò của loa treble. Nguyên lý loa plasma rất đơn giản, nó có bộ phóng điện gắn với 1 biến thế cao  áp ở 1 đầu ra của 1 ampli công suất. Ampli này điều khiển biến thế có điện áp ra lên đến hàng ngàn vôn theo tín hiệu âm thanh. Kíck cỡ của ngọn lửa phát ra từ que phóng điện đó cũng thay đổi theo, do vậy, áp suất không khí xung quanh ngọn lửa cũng biến đổi. Bạn sẽ nghe được những âm thanh phát ra trực tiếp trong không khí mà không hề thấy tấm màng loa này rung động. Tiếng tuy hơi nhỏ nhưng bù lại rất trong trẻo, âm thanh lan toả đều trong phòng nhạc.

Tuy nhiên, con đường đến với thiên đường hi-fi của loại loa này còn gập ghềnh. Trong quá trình hoạt động, loa plasma sinh ra khí ôzôn rất độc hại, có thể gây ung thư. Điện áp của loa lại quá cao, nguy hiểm cho tính mạng con người. Ngoài ra, bức xạ tần số radio của nó gần như không thể kiểm soát được, có thể phá hỏng quá trình thu nhận tín hiệu truyền hình của tivi, can thiệp vào hoạt điện động của các thiết bị khác, ví dụ: đầu CD. Hiện nay, một số nhà sản xuất loa này cũng đang cố gắng khắc phục những nhược điểm của nó…

Những dàn loa cũng như những chiếc headphones, đều sử dụng một bộ phận biến đổi dòng điện tín hiệu thành sóng âm nghe được đó là phần loa hay còn gọi là driver. Bài viết này, Techz sẽ nói về cấu tạo cơ bản và so sánh hai kiểu driver thông dụng được sử dụng trong ngành công nghiệp âm thanh là driver điện động (Dynamic driver) và driver tĩnh điện (Balanced armature driver).

Loa điện động – Dynamic driver

Mô hình loa điện động

Loa điện động hoạt động dựa trên nguyên tắc một cuộn dây đặt trong từ trường mạnh của nam châm vĩnh cửu, khi có dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây, cuộn dây sẽ dao động. Do cuộn dây được gắn vào màng loa nên những dao động âm tần được màng loa truyền đến tai người nghe bằng tần số sóng âm. Do hạn chế về cấu tạo, những loại loa điện động cấu tạo theo nguyên lý sử dụng nam châm vĩnh cửu chỉ phát được dải tần trong một khoảng nhất định.

Sau đây, chúng ta gọi loa điện động là Dynamic drives để tránh nhầm lẫn với những chiếc loa đã hoàn thiện. Chúng ta dễ dàng bắt gặp Dynamic drivers ở các thiết bị điện tử. Đơn giản, chúng ta có thể tháo một chiếc đài radio cũ ra, và thấy trong đó một chiếc loa màng giấy, đó là một Dynamic driver. Những chiếc tai cũng thường sử dụng Dynamic drivers, tuy nhiên kích thước của chúng nhỏ bé hơn nhiều so với những drivers chúng ta thấy trong dàn loa máy.

 Chiếc tai nghe HiSound Crystal với Dynamic drivers siêu nhỏ – 7mm

Kích thước màng loa càng lớn thì khả năng tái tạo âm trầm càng tốt. Với lý do này, chúng ta có thể thấy được rằng, những chiếc subwoofer (loa siêu trầm) thường có đường kính rất lớn, đồng thời loa có thể được thiết kế những đường gân để tăng diện tích bề mặt. Ngược lại, những chiếc tweeter (loa treble – tái tạo dải cao) thì có kích thước khá bé nhỏ.

Một chiếc loa subwoofer với kích thước lớn, nó có thể tạo ra một âm trầm mạnh mẽ

Loa tĩnh điện – Balanced armature driver (BA driver)

BA drivers có cấu tạo phức tạp hơn Dynamic drivers. BA drivers có 3 bộ phận chính là màng loa, hai điện cực và hai trục. Màng loa (diaphragm) được làm từ vật liệu dẫn điện và được đặt giữa hai tấm ứng điện. Điện cực có thể được làm từ vật liệu dẫn điện, hoặc là nam châm vĩnh cửu hoặc là 2 cuộn dây được đặt cố định. Đối với các BA drivers trong các headphones, do yêu cầu kích thước cực nhỏ nên hầu hết điện cực được thay bằng cặp nam châm vĩnh cửu để giảm đi độ phức tạp.

Mô hình một chiếc loa BA

Nguyên tắc hoạt động của BA drivers được hiểu đơn giản như sau: Khi có dòng điện chạy vào, hai điện cực sẽ tạo ra một trường tĩnh điện ở giữa. Màng loa ở giữa đón nhận dòng điện sóng âm từ nguồn phát và dòng điện này biến động về tần số và đổi cực liên tục. Khi dòng điện chạy qua màng loa bị đổi cực, màng loa sẽ tạo ra điện trường cũng đổi chiều liên tục và liên tục bị hút – đẩy bởi hai tấm điện cực ở hai bên. Chính việc hút đẩy liên tục theo tần số của dòng tín hiệu này đã tạo ra độ rung cho màng loa và biến nó thành dao động sóng âm, truyền đến tai người nghe.

Chiếc tai nghe Shure SE846 sở hữu 3 drivers BA mỗi bên

Cũng giống như Dynamic drivers, BA drivers có thể được chế tạo với nhiều kích thước khác nhau và chúng ta có thể bắt gặp ở các dàn loa lớn cũng như các headphones tí hon. Tuy nhiên người ta dễ dàng chế tạo được những chiếc BA drivers cực nhỏ chỉ vài milimet, trong khi ở Dynamic drivers thì điều này vô cùng khó khăn.

 Bộ loa Martin Logan Submmit X – sử dụng những drivers BA cực lớn

So sánh Dynamic drivers và BA drivers

*Tune âm: Quá trình tinh chỉnh kỹ thuật để tạo ra được tần số đáp ứng và chất âm riêng như ý muốn của nhà sản xuất.

Một chiếc headphones hoặc một chiếc loa có được chất âm tốt hay không thì chất lượng của những drivers có một ảnh hưởng vô lớn. Một chiếc headphone hoặc những chiếc loa có chất âm chất lượng hay không không quan trọng ở việc sở hữu BA hay Dynamic drivers mà quan trọng là những gì thực tế mà chiếc headphone hay bộ loa đó làm được khi thể hiện một bài nhạc.

Nguồn: TechZ