Tổng quan về loa (phần 1)

Những mẫu loa điện động đầu tiên ra đời từ cách đây gần 100 năm. Từ đó đến nay chúng đã được thay đổi rất nhiều để có thể đem đến chất âm sống động giống như ngày nay.

Phải mất hơn 90 năm kể từ khi loa điện động bắt đầu được phát triển, driver loa với màng nón giấy, tỏa âm trực tiếp mới trở thành thứ mà chúng ta biết đến ngày nay: một transducer (thiết bị có khả năng chuyển đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác) điện động sẽ có nhiệm vụ biến dòng điện thành âm thanh với mức âm lượng hợp lý. Khác với hầu hết transducer âm thanh khác, driver điện động sở hữu đáp tuyến tần số rất thống nhất. Khả năng sử dụng, độ bền, độ đáng tin cậy của driver điện động hiện nay rất cao, càng ngày càng phù hợp với bất cứ nhà sản xuất nào, dù là với quy mô khá nhỏ.

New Hornless Loudspeaker

Trước khi driver điện động được như ngày nay, nhân loại đã từng chứng kiến vô số transducer cỡ nhỏ như driver tai nghe, sử dụng nguyên lý sắt động (moving iron) được dùng để tái tạo âm thanh, một số được khuếch đại thông qua các dạng họng kèn, từ đó dựa vào luồng không khí để có thể tạo ra âm lượng lớn hơn. Tất nhiên, từ trước đó khá sớm, những dạng nguyên thủy của cuộn dây động và màng nón dùng để tái tạo âm thanh đã được nghiên cứu rồi. Quay trở lại năm 1874, Ernst Werner von Siemens đã được cấp bằng cho một sản phẩm như vậy, dù ở thời điểm đó tín hiệu audio dưới dạng dòng điện thậm chí còn chưa xuất hiện để ông có thể thử nghiệm sản phẩm của mình. Vì thế, nhân loại chưa bao giờ có cơ hội được nghe âm thanh phát ra từ transducer của Siemens. Thay vào đó, thứ nó phát ra là các xung nhiễu ồn tín hiệu. Về sau, Peter L. Jensen cùng Pridham đã phát triển được một mẫu loa họng kèn rất chất lượng vào năm 1914. Mẫu loa được trang bị transducer với màng loa hợp kim bạc niken đường kính 75mm, sử dụng cơ chế điện từ trường hoạt động trên một cuộn dây động. Trong nhiều năm, mẫu loa này đã rất thành công khi được biểu diễn trước công chúng ở nhiều nơi.

driver loa

Tuy nhiên, loa điện động màng nón với cơ chế hoạt động hiệu quả đến mức các yếu tố cơ bản của nó vẫn còn được duy trì đến tận ngày nay thì phải kể tới mẫu loa New Hornless Loudspeaker năm 1925 của Rice và Kellogg. Mẫu loa này đã mở đường cho các thế hệ driver về sau với các đặc điểm quen thuộc với hầu hết người nghe hiện nay như độ cộng hưởng thấp, âm thanh tỏa ra trực tiếp hướng về người nghe. Đáp tuyến tần số của driver cũng đồng nhất với tần số thực, đồng thời có khả năng tạo ra các dải trầm sâu hơn, từ đó mở rộng phạm vi khoảng tần số của loa bằng cách kiểm soát khả năng chặn âm do giao thoa giữa sóng âm trước và sóng âm sau từ transducer lưỡng cực này.

Để tạo ra transducer như vậy, trước hết người ta dùng một nam châm với giá thành hợp lý kết hợp với khối cấu trúc sắt mềm có từ tính để tập trung phần lớn từ thông vào một khe hẹp, sử dụng một ống hình trụ cũng mang từ tính. Một sợi dây nhỏ, nhẹ được cuốn quanh một ống cuộn với khối lượng thấp. Cuộn dây này được treo tự do trong khe từ thông qua một đĩa kim loại mềm, cho phép chuyển động dọc khoảng 1/4cm.

Theo 4 phương trình của Maxwell, một lực dọc sẽ được sinh ra trên cuộn dây khi có dòng điện chạy qua nó. Lực này là sản phẩm của B – sức từ trường, l – độ dài cuộn dây trong trường từ thông và I – dòng điện chạy qua cuộn dây. Lực này về cơ bản là tuyến tính và do đó có rất ít hiện tượng méo tín hiệu sinh ra.

Về bản chất thì chuyển động của motor cuộn dây động cũng sẽ tương ứng với mức tín hiệu. Bất chất tín hiệu lớn nhỏ thế nào, cuộn dây vẫn sẽ di chuyển. Với tín hiệu điện vào cực nhỏ, kết quả thu lại cũng là âm thanh cực nhỏ. Một đặc điểm tuyệt vời khác của transducer cuộn dây động: dù trên lý thuyết đây là bộ phận chuyển động cơ học, nó lại không hề sinh ra tiếng ồn. Khi ta đưa một dòng điện mang sóng sine 5Hz vào cuộn dây, có thể thấy nó vẫn chuyển động nhưng hoàn toàn yên lặng. Cuộn dây khi di chuyển về cơ bản gần như không phát ra bất cứ âm thanh nào. Âm thanh mà ta nghe thấy thực chất là khối không khí ở màng transducer bị đẩy đi. Nếu chỉ tính riêng cuộn dây động, vùng tỏa âm mà nó tạo ra rất nhỏ, đến mức gần như không cảm thấy gì.

Cũng vì vậy mà ta cần nối bộ phận chuyển động này tới một khối khí cực lớn, và để làm được điều đó, những màng loa nhẹ nhàng nhưng rất chắc chắn, với diện tích lớn hơn nhiều đã được nối vào cuộn dây. Thông thường, những màng loa này có phần viền ngoài có thể di chuyển linh hoạt, được lắp vào một hệ treo thứ hai đóng cố định trên một khung không có tính chất phản hồi. Kết cấu này hình thành nên trục trung tâm cho bộ phận chuyển động, lúc này đã được đặt cố định ở vị trí gần với khe từ với dung sai rất thấp. Dung sai như vậy sẽ giúp tăng mật mật độ từ thông trong khe từ, từ đó làm tăng tối đa độ nhạy, khiến cho âm lượng trở nên lớn hơn.

(Hết phần 1)

Bạn có thể xem thêm phần khác tại đây 

Tổng quan về loa (phần 2)
Các bạn có thể tham khảo các sản phẩm khác tại đây

Lịch sử Munich High End Show

Nguyễn Hào