Nói đến loa là nói đến sóng âm và không khí. Công nghệ loa rất đơn giản, nhưng hiểu biết về một số lý thuyết về âm học có thể giúp người nghe đặt loa sao cho âm thanh đạt hiệu quả tối ưu.
Âm thanh nói chung, dù đó là âm nhạc phát ra từ loa hay tiếng của ngón tay gõ trên bàn phím, thực ra là không khí đang chuyển động. Sóng âm làm di chuyển không khí và khi không khí đó đến tai thì não bộ xem đó là âm thanh.
Các loại loa, bất kể kích thước, thực hiện một công việc đơn giản là tạo ra sóng âm. Nói cụ thể hơn là loa nhận một dạng thể hiện bằng điện của một tín hiệu âm thanh từ bộ khuếch đại (ampli), rồi loa rung lên để tạo ra các sóng âm tương ứng và tái tạo âm thanh ban đầu.
Khi thu nhạc, âm thanh được chuyển đổi thành dạng sóng âm kỹ thuật số hay tương tự. Khi phát nhạc, cần trang thiết bị để chuyển đổi dữ liệu đó về lại thành tín hiệu điện thích hợp để có thể đưa đến loa. Các bộ phận của dàn âm thanh hay một hệ mạch kỹ thuật số và hệ mạch tương tự của một thiết bị được sử dụng cho mục đích này.
Nguyên lý hoạt động của loa
Trong tiếng Anh, thuật ngữ “loa” (speaker) hơi mơ hồ về mặt ý nghĩa. Nó có thể dùng để chỉ từng loa riêng (còn gọi là driver) hay để chỉ một thùng đựng nhiều loa driver. Trong bài này, thuật ngữ driver được dùng khi nói về một loa trong một thùng hay bộ có nhiều loa và thuật ngữ speaker dùng để chỉ thùng hay bộ chứa một hay nhiều loa.
Ở đầu nhỏ hơn của loa có một nam châm, và ở đầu lớn hơn có một màng chắn rung lên theo tín hiệu điện.
Hầu hết các loại loa đều dùng một thiết kế đơn giản. Ở phía sau của loa, một nam châm vĩnh cửu (thường có dạng tròn) được gắn chặt trong một khung cố định. Khi điện được dẫn vào loa, các thay đổi trong điện trường làm cuộn đồng trong nam châm rung lên. Dính với cuộn đồng này là một màng chắn, thường làm bằng giấy hay plastic. Màng này rung tới và lui để làm di chuyển không khí trước loa và theo đó sóng âm được tạo ra. Khi các sóng âm này đến tai và sẽ nghe được âm thanh.
Khi dòng điện lưu động theo một hướng, màng chắn rung xa khỏi nam châm. Khi dòng điện lưu động hướng ngược lại, màng chắn rung ngược về. Sự lưu động của dòng điện được thay đổi tới lui để khớp với tần số của sóng âm mà loa phải tạo ra. Đối với tần số thấp (âm trầm), thay đổi lưu dộng có thể là vài chục lần mỗi giây. Đối với tần số cao (âm bổng), có thể thay đổi lưu động lên đến 20 nghìn lần hay hơn trong mỗi giây.
Kích thước của loa có ảnh hưởng đến tần số âm thanh mà nó có thể tái tạo tốt nhất. Loa cỡ lớn hơn có thể làm chuyển động nhiều không khí hơn, nhưng nó không thể di chuyển nhanh, khiến loại này dùng để tạo âm trầm. Loa nhỏ hơn không làm chuyển động nhiều không khí, nhưng nó có thể chuyển động nhanh hơn nhiều, nên được dùng để tạo âm bổng. Do đó, hầu hết thùng hay bộ loa hi-fi thường dùng nhiều loại loa.
Một số bộ loa chỉ có một loa duy nhất, như loa của điện thoại. Tuy nhiên, dù có những bộ loa một loa phát ra rất tốt hầu hết âm thanh đủ các tầm, các bộ loa thiết kế để nghe nhạc thường dùng 2 loa hay nhiều loa hơn để giúp tạo ra đầy đủ dải tần số khả thính.
Một bộ loa hi-fi cơ bản có 2 loa: một loa trầm woofer (cho các tần số thấp hơn – âm trầm) và loa tweeter (cho các tần số cao hơn – âm bổng). Các tần số tầm trung (tầm gồm hầu hết âm do người hát) thường được loa tweeter tái tạo, dù vài loại bộ loa có loa trầm nhỏ hơn (như bộ loa để kệ) để loa trầm tái tạo âm tầm trung.
Bộ loa quyết định loại loa nào sẽ xử lý loại tần số nào như thế nào? Một bộ loa với nhiều loa có một mạch gọi là mạch chuyển tuyến crossover để dẫn tín hiệu điện đến loa thích hợp tùy theo tần số mà loa hỗ trợ. Ví dụ, trong bộ loa để kệ cỡ nhỏ, mạch chuyển tuyến có thể sẽ gửi tất cả các tần số 3kHz hay lớn hơn đến loa tweeter, và những tần số dưới 3kHz đến loa woofer.
Vài bộ loa hi-fi có thêm một hay nhiều loa dành riêng để xử lý các tần số tầm trung. Do đó cần phải có một hay nhiều mạch chuyển tuyến thậm chí có thêm một loa siêu trầm subwoofer trong thiết lập bộ loa (cần phải có mạch chuyển tuyến subwoofer trong chuỗi tín hiệu). Từng loại loa hay bộ loa này được tối ưu hóa để tạo các tần số khác nhau. Từ tần số thấp đến cao, nghĩa là từ loa cỡ lớn hơn đến nhỏ hơn, thứ tự là siêu trầm, trầm, trung và bổng.
Độ dài sóng âm (Bước sóng)
Độ dài của một sóng âm riêng biệt tùy thuộc tần số của nó. Người dùng có thể không để ý gì nhiều đến độ dài sóng, nhưng chúng rất quan trọng khi quyết định vị trí đặt loa.
Loa tạo ra sóng âm làm chuyển động không khí. Khi sóng âm đến tai bạn, não bộ sẽ nhận ra đó là âm thanh.
Xét trường hợp loa siêu trầm, loại loa tạo âm thanh âm vực thấp (âm trầm), có độ dài sóng lớn. Lý do người dùng thường chỉ cần một loa siêu trầm là: sóng âm 40Hz – một tần số rất thấp thường cần đến loa siêu trầm – dài hơn 8,5m.
Trong một phòng cỡ bình thường, không thể nghe nhạc với sóng âm dài chỉ cần một loa siêu trầm là được. Ngoài ra, vì do độ dài sóng tai của người nghe không thể biết được chính xác là sóng đến từ đâu, đó là lý do người nghe có thể đặt loa siêu trầm chỗ nào trong phòng cũng được (nhưng tốt hơn hết là đặt cùng phía với các loa khác).
Một đôi loa Stereo thiết kế kiểu ván hở (Open Baffle)
Đối với loa bổng tweeter, một sóng âm 4000Hz (4kHz) – tương đương với nốt cao nhất của đàn ghi ta hay đàn violin có thể phát ra (không kể các họa âm harmonic) – thường chỉ dài 86mm. Vì các loại âm này quá ngắn và rung rất nhanh, người nghe cần phải ở ngay trong đường đi của chúng để nghe rõ chúng. Đây là lý do các loa tweeter luôn ở vị trí trên của thùng hay bộ loa, để chúng có vị trí ngang hay gần mức tai người nghe. Nên đặt bộ loa phải và trái làm sao cho loa tweeter cao bằng mức tai khi nghe nhạc hay xem TV.
Nếu người nghe dùng bộ loa cỡ nhỏ không thể đặt trên sàn nhà, chúng phải được đặt trên giá hay kệ để loa tweeter ngang mức với tai. Bộ loa nối với máy tính trên bàn làm việc cũng phải được đặt trên kệ hay giá để loa tweeter hướng về tai.
Loa trầm và loa trung tạo các tần số giữa bổng và trầm thấp, vốn di chuyển ra mọi hướng, nên vị trí đặt của chúng không quan trọng như vị trí đặt của loa tweeter. Đây là lý do loa woofer của bộ loa để sàn luôn ở phía dưới. Tuy nhiên, tần số càng cao, người nghe sẽ càng nhận thấy tai người nghe có “cùng trục” với loa hay không, có nghĩa là có ở ngay trên đường truyền sóng âm của bộ loa hay không.
Nguồn: TT Audio
