TÌM HIỂU VỀ LOA

Xin gửi lời chào lời chúc sức khỏe chân thành nhất với tất cả các bạn, những người có sở thích về âm thanh. Do cũng có cùng sở thích là nghiên cứu đồ âm thanh nên hôm nay mình có bài viết giới thiệu về sơ lược về loa bằng kiến thức hạn chế của minh. Hi vọng bài viết có thể tích lũy thêm kinh nghiệm và có ích cho các bạn đọc

CƠ BẢN VỀ CỦ LOA ĐIỆN ĐỘNG

1 Giới thiệu:

Trong một hệ thống nghe nhìn cơ bản, có lẽ loa và microphone là bộ phận kém phát triển nhất. Ra đời từ hơn 100 năm qua thật sự nó chẳng có thay đổi gì đang kể. Nó gần như là 1 huyền thoại, mọi người nói về nó rất nhiều nhưng kết quả thường rất mông lung.

Loa có thực sự khó hiểu đến như vậy không? Câu trả lời là nó gồm nhiều cái rất đơn giản, nhưng vì quá nhiều nên thực sự tìm ra câu trả lời cho nó thật sự là quá khó.

Trên thế giới các công ty thật sự có thể thiết kế ra nó rất ít (thiết kế chứ không phải sản xuất ứng dụng). Phần lớn các công ty này nằm ở các nước châu Âu – nơi mà ngành khoa học có nhiều điều kiện để phát triển như Đức, Anh, Scotlen, … Các ngành khoa học để phát triển 1 củ loa có lẽ ít nhất là 3 ngành gồm: Điện từ trường; âm học; cơ học vật liệu.

Loa không hẳn là một thiết bị tốt, chắc ít có thiết bị nào có thể tệ hơn nó. Vì sao vậy?

Củ loa còn được gọi là Transducer (bộ chuyển đổi năng lượng).

Nó chuyển từ tín hiệu điện (từ máy khuếch đại) thành chuyển động cơ (cuộn dây động voice coil) sau đó thông 1 màng bức xạ (màng loa cone) thay đổi áp suất không khí tạo nên âm thanh. Các thiết bị tệ về hiệu suất như bình acqui (Điện↔Hoá) hay tấm Pin mặt trời (Quang↔Điện) cũng tốt hơn nó gấp nhiều lần vì nó phải qua trung gian là cơ học (Điện-Cơ-Âm).

Ví dụ 1 loa có độ nhạy là 95dB( hiệu suất rất cao), đưa vào đó 100W điện ta thu được khoảng 3W âm thanh, 97W còn lại chỉ để nhún nhảy màng loa và đốt nóng cuộn dây động thôi, quá hao phí.! Hầu hết các loa có hiệu suất khoảng 1% thôi đó các bạn.
Với 1 thiết bị có cấu tạo kém cỏi như vậy nhưng chúng ta buộc lòng phải sử dụng vì hiện nay chưa ai nghĩ ra cách nào hay hơn cả, chắc phải 50 năm nữa, có thể lúc đó ta có cách nào đó thay đổi trực tiếp áp suất không khí từ điện mà không cần phải hệ cơ học nào hết.

Nghe nản quá! Chẳng muốn nghiên cứu về nó nữa! Nhưng có lẽ vì tình yêu âm nhạc (ai mà không yêu nó chứ) mà các kỹ sư vẫn miệt mài nghiên cứu và cho ra nhưng sản phẩm lấy hết hồn vía chúng ta chỉ từ 1% nhỏ nhoi đó. Họ dùng khoa học để phục vụ cho nghệ thuật, rất đáng quý. Hiểu thêm 1 chút về loa không biết có giúp chút gì cho việc nghe nhạc không, hay có thể DIY (do it myself) 1 đôi loa cho riêng mình không? Có thể có, có thể không. Nhưng việc nắm rõ về loa không chỉ dành cho những ai trong nghề, mà dành cho tất cả mọi người có tình yêu với âm nhạc. Từ đó chúng ta có thể lựa chọn 1 cặp loa ưng ý nhất so với số tiền bỏ ra.

2. Cấu tạo của củ loa:

3. Chức năng của từng thành phần

a. Frame (Khung sườn loa):

Dùng để gắn các thành phần, loại cao cấp thì bằng nhôm đúc (Alu-frame), bình thường thì bằng sắt dập đôi khi còn được làm bằng nhựa. Đối với các loa bổng và một số loa trung khung sườn thường kín (bít luôn đằng sau) khung sườn cũng là chổ cho các hãng thi thố tài năng, như loa bổng của B&W khung sườn phía sau làm bằng thủy tinh có hình dạng vỏ ốc giúp triệt tiêu hoàn toàn âm thanh từ phía sau màng loa. Khung sườn loa cho biết loa đó cao cấp cỡ nào còn về âm thanh thì không ảnh hưởng nhiều lắm, chỉ cần nó đừng có bề mặt quá lớn gây phản xạ trực tiếp lại màng loa.

b. Surround, edge (viền nhún):

Các loa ngày xưa thì thường cùng chất liệu giấy với màng loa hoặc vải (xếp gấp lại) với loại này thì viền tương đối cứng và ảnh hưởng trực tiếp đến thông số kỹ thuật của loa, loại viền này nếu bị rách nên dán lại, không nên cắt ra chế lại bằng viền cao su mút thông dụng. Ngày nay khuynh hướng thiết kế viền nhún càng mềm dẻo và bền là được, với loại này chẳng may bị mục hay rách bạn có thể thay thế mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng (do độ cứng không đáng kể). Viền loa không trực tiếp phát ra âm thanh, nó chỉ có tác dụng giữ kín hơi và độ mềm dẻo. Tuy nhiên nếu thay thế không đúng loại, âm thanh phát ra sẽ rất khác nhau. Nhìn vào viền loa nếu có kinh nghiệm bạn có thể nhận biết loa sẽ cho chất âm như thế nào, dùng vào việc gì.

Ví dụ như viền gân vải có thể dùng loa trầm hoặc trung trầm, viền mút mềm đa phần dùng làm loa trầm (loa bass – wonfer), viền cao su dày nên chỉ dùng cho Sub điện (active subwonfer)

c. Spider, Damper (màng nhện):

Là thành phần cực kỳ quan trọng và lao động nặng nhọc nhất trong củ loa, khi đưa tín hiệu điện vào,loa di chuyển nhưng phải luôn quay về vị trí cân bằng để thực hiện cho những tín hiệu theo sau. Nó hoạt động như 1 cái lò xo, độ cứng của nó tuỳ vào ý đồ nhà thiết kế, ngoài ra nó còn giúp cho cuộn dây hoạt động đúng tâm. Độ động của củ loa phụ thuộc rất lớn vào độ nảy của màng nhện (lò xo) này. Màng nhện cấu tạo với hình dạng (các nếp gấp) khác nhau, vật liệu khác nhau sẽ cho âm thanh khác nhau. Việc sản xuất màng nhện tương tự như luyện thép, phải sử lý keo và thời gian hấp nhiệt để đạt được độ cứng độ dẻo mong muốn. Loa nếu sử dụng quá lâu, công suất quá lớn sẽ làm lão hoá (mỏi) màng nhện khiến âm thanh không còn rõ nét và ầm ì . Màng nhện quyết định chất lượng củ loa và chất lượng âm thanh theo thời gian. Màng nhện bị rách bị hư sẽ là 1 tai hoạ nếu bạn không thể tìm được đúng loại. Các dòng loa cao cấp yêu cầu phải có thời gian chạy rà chính là 1 phần tôi luyện cho màng nhện được hoạt động tối ưu.

d. Magnet (nam châm):

Thông thường có 3 loại nam châm được sử dụng là Alnocol, Ferrite, và Neodymium:


Alnicol: là vật liệu dùng trong các loa ngày xưa (1940-1965), đây là loại có từ trường rất mạnh ngày nay ít còn được dùng do rất mắc, loại này tuy tốt nhưng nếu hoạt động liên tục ở công suất cao sẽ dẫn tới sự truyền nhiệt độ từ cuộn dây vào nam châm làm cho nó giảm lực và không tự phục hồi, (loại Ferrite khi nguội lại có khả năng tự phục hồi từ trường).

Để cuộn dây hoạt động tối ưu nó cần được đặt trong 1 miền từ trường cao, miền này chính là khe từ nhỏ hẹp chỉ vài mm. Để tập trung thông lượng từ trường tại đây người ta dùng những miếng sắt dẫn từ. Kết hợp với nam châm gọi chung là mạch từ.

Cấu tạo mạch từ (gồm nam châm và các miếng sắt dẫn từ) của nam châm alnicol (thường là mạch nội từ) tốt về âm thanh hơn so với cấu trúc mạch từ ferrite do có ít khoảng trống trong mạch khi hệ dao động ít gây ra tạp âm.

Ferrtie: có lực từ yếu hơn alnicol ( cùng khối lượng), là loại dùng phổ biến nhất nó rẻ và khó bị khử từ khi hoạt động ở công suất cao. Thường mạch từ của Ferrite là loại ngoại từ.


Neodymium: Là sự kết hợp các ưu điểm của 2 loại trên, từ mạnh và khó bị khử từ. Ngoài ra do nhỏ gọn nó còn được dùng trong các loa xe hơi, micro v.v. Ngày nay do giá thành đã giảm khá nhiều các hãng sản xuất loa cũng đã sản xuất rất nhiều loa sử dụng vật liệu này. Củ loa sử dụng từ NEO có ưu điểm là chịu được cường độ âm thanh cao liên tục mà không bị méo tiếng và có trọng lượng nhẹ. Nhược điểm là âm bass phát ra sẽ không được uy lực mạnh mẽ bằng từ Ferrtie, trừ các hãng sản xuất loa cao cấp có công nghệ riêng để khắc phục phần nào vấn đề này, tuy nhiên giá thành cũng rất cao.

Vật liệu từ không ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh, nam châm ferrite cũng cho lực từ mạnh nhưng sẽ cồng kềnh, các vật liệu từ mạnh do nhỏ gọn sẽ có được cấu trúc mạch từ tối ưu hơn cho âm thanh.

Nam châm là loại vật liệu đặc biệt nó có thể bị khử từ khi nhiệt độ quá cao, nếu bị va chạm mạnh, cấu trúc của nó cũng thay đổi, nó không như cục sắt thông thường. Vì vậy khi mua loa cũ bạn có thể gặp rủi ro vì không biết được loa đó có bị rơi vỡ, va đập hay không.

e. Cuộn dây động (Voice coil):

Cấu tạo gồm lõi (bobin) là ống hình trụ dùng quấn dây lên đó, nó được đặt trong khe hở từ, nếu loa được chế tạo tốt thì khe từ này rất khít với cuộn dây động vì đây là nơi tập trung năng lượng từ. Khe từ càng nhỏ mật độ từ càng cao. Thông thường để cho an toàn khe từ có thể rộng hơn đôi chút tuỳ vào chất lượng.

Lõi để quấn dây phải làm bằng chất liệu không từ tính, phải thật nhẹ, phải cứng chắc và phải chịu được nhiệt độ cao đôi khi lên đến 250 độ C. Hiện nay đa số dùng Nhôm làm lõi vì nó có công suất chịu đựng cao và rẻ tiền, loại nữa là giấy cũng khá tốt nhưng công suất kém hơn. Loại cao cấp thì có Nomex. Cuộn dây làm bằng vật liệu khác nhau sẽ cho thông số củ loa khác nhau.

f. Dây quấn:

Dây quấn loại thông dụng là dây tròn, ngoài ra còn có dây vuông và dây bầu dục. Do khoảng trống của loại dây tròn tương đối lớn điều này gia tăng khối lượng, các loại kia thì tối ưu hơn. Đối với loa, đây là điều quan trọng. Vấn đề sử dụng dây vuông chỉ là thời gian, do nó tiết kiệm tới hơn 20%. Trong thời buổi cái gì cũng đắt đỏ trước sau gì các cục biến áp cũng phải dùng dây vuông thôi.

Dây quấn thông dụng nhất là đồng, bằng nhôm phủ đồng bên ngoài , loại bằng nhôm thì có khối luợng nhẹ nhưng khó hàn và điện trở riêng cũng cao hơn đồng, loại bằng bạc thì quá tốt rồi nhưng cũng khó gắn kết và mắc nữa.

Thành phần keo trong cuộn dây động là quan trọng nhất, keo cũng phải nhẹ, phải chịu nhiệt độ cao phải chắc nữa. Đa số keo trong đây là loại đặc dụng khó kiếm ở Việt Nam.
Cuộn dây động làm việc theo 2 dạng thông dụng nhất: loại có cuộn dây lú ra ngoài ( Overhung Voice Coil) và loại nằm hoàn toàn trong khe từ ( Underhung Voice Coil):

Hầu hết các loa dùng kiểu cuộn dây nằm tràn ra ngoài (overhung voice coil) do nó giảm được khá nhiều nhiệt năng dẫn đến tăng công suất. Loại nằm hoàn toàn trong khe từ được dùng trong các loa công suất trung bình nhưng độ trung thực rất cao đặc tính kiểm soát rất tốt và tuyến tính trong giới hạn công suất. Nhìn sơ qua các bạn đã thấy sự mắc tiền của nó, ngoài vật liệu nhiều hơn các tính chất của vật liệu cũng đòi hỏi rất khắt khe. Nó phải đắt gấp 3,4 lần loại thông thường, nên thường chỉ được sử dụng trong các dòng loa Hi-End.

Ngoài ra còn có loại voice coil dạng kéo đẩy với 2 miếng sắt dẫn, nhằm triệt tiêu độ méo, loại có 2 cuộn dây riêng biệt dùng cho loa Sub Stereo.

Số lớp dây quấn thông dụng là 2 hoặc 4, số lớp này tùy vào ý đồ thông số kỹ thuật mà người kỹ sư mong muốn, dây lớn dây nhỏ cũng vậy. Không nên mở rộng khe từ để quấn dây to, hay quấn nhiều lớp hơn, vì khối lượng của voice coil phải tương ứng với mật độ từ trong khe. Khi quấn dây to hay nhiều lớp khối lượng tăng mà năng lượng từ không đủ sẽ dẫn đến giảm hiệu suất, vì vậy âm thanh sẽ bé hơn đặc biệt ở dải tần cao, gây nhâm lần là tăng âm trầm.Do hiệu suất giảm nên cuộn dây sẽ nóng lên không tốt cho loa và cả máy khuếch đại.

Cuộn dây bị cháy có thể quấn lại được, chất lượng tuỳ thuộc vào độ tinh xảo tay nghề ( cái này thì Việt Nam mình rất khéo), chỉ cần sử dụng đúng keo chất lượng thì có thể nói là bảo đảm, vì hầu hết các công đoạn ráp loa đều làm bằng tay cả.

g. Màng loa (cone paper):

Hãy tưởng tượng khi chưa gắn màng loa vào bạn đưa tín hiệu nhạc vào, loa nhún nhảy như là động cơ bình thường, nó sẽ không phát ra âm thanh. Muốn có âm thanh, bạn cần thay đổi áp suất không khí bằng cách gắn vào đó 1 màng loa. Đây là cái duy nhất phát ra âm thanh mà chúng ta nghe được, các phần trước đó được hiểu như bộ lái điều khiển bằng tín hiệu điện. Nói nôm na sự truyền động từ cuộn dây giống như cái dùi của 1 anh đánh trống và anh này được điều khiển bằng tín hiệu điện vậy thôi. Vậy thì màng trống(màng loa) bằng vật liệu nào sẽ cho ra âm thanh kiểu đó (trống da nghe khác trống nilon chứ).

Để thiết kế 1 củ loa khi chưa có màng loa, các chương trình máy tính ngày nay dễ dàng thực hiện được bằng cách dịch ngược các thông số yêu cầu. Lý thuyết thiết kế ở đây là điện,từ và cơ học.

Có thể bạn nghe ở đâu đó rằng đôi loa này có âm thanh trung thực, là chính xác. Màng loa được coi như 1 nhạc cụ.

Để thiết kế 1 nhạc cụ quan trọng nhất là nó phải nghe thấy hay (cái này có trời mới biết sao nó hay) ví dụ như có cây violon của ông nào đó bên Ý hay nhất thế gian ai cũng công nhận và các cây Violon khác muốn chiếm ngôi thì cứ tới đó mà thi thố. Mỗi một nhạc cụ đã có tuổi đời hàng trăm năm, quá trình đó các nghệ nhân từng bước hoàn thiện nó và tới giờ cũng vậy, làm nhạc cụ hay không phải là chuyện dễ dàng gì.

Màng loa là cái sẽ quyết định loa của bạn sẽ nghe hay như thế nào. Là phần quan trọng nhất và cũng là phần mà ta cảm thấy thích hay không thích bộ loa này, bộ loa khác, là thứ mà bạn chẳng thấy chút cảm xúc nào với 1 cặp loa cả vài chục triệu, trong khi lại ngây ngất với cặp loa chỉ 7 8 triệu. Miễn là bạn biết trung thực với chính mình bạn sẽ có những chọn lựa đúng đắn, tiền là của mình nghe nhạc cũng là mình mà.

Giá tiền của 1 cặp loa không nói lên giá trị của nó, giá trị của loa nằm ở thời gian bạn bỏ ra nghe nó kêu.