Cơ chế vận động & cấu trúc chung của loa

Cơ chế vận động & cấu trúc chung của loa

Lúc tiếp xúc & đề cập đến âm thanh thì hạng mục quen thuộc nhất đối với chúng ta chắc chắn đó chính là những cặp loa. Tầm quan trọng của loa ở hệ thống âm thanh thì chắc có lẽ mọi người bạn nào cũng đã biết, speaker chính là sản phẩm cuối cùng nhận tín hiệu & chuyển đổi thành âm chuyển tới tai người nghe. Ở bài viết dưới đây tôi sẽ giú¬p các bạn tìm hiểu vể thiết kế và cơ chế hoạt động của loa.

Cấu trúc cơ bản của 1 chiếc speaker – driver

Đầu tiên thì chúng ta phải hiểu rõ được cơ chế vận động của thanh âm, rồi mới có thể làm rõ vấn đề này với speaker được. Màng nhĩ là một lớp da mỏng ở bên trong tai người, áp suất thay đổi liên tục ở trong không khí sẽ ảnh hưởng đến màng nhĩ khiến nó rung lên. Lúc màng nhĩ rung lên, não bộ sẽ tự động phiên dịch các rung động này thành thanh âm, đấy là cách bạn nghe được.
Dựa trên công thức này, các nhà thiết kế đã sản xuất ra vật phát âm thanh. Một vật thể phát ra thanh âm bằng cách rung động trong không khí. Khi vật thể này chuyển động, nó sẽ tác động lên những hạt khí xung quanh chuyển động theo, và những vận động này liên tiếp lan ra vùng quanh đấy tạo thành các xung rung động chuyển qua không khí tới tai người nghe, khiến màng nhĩ rung lên. Khi này não bộ có nhiệm vụ dịch các chuyển động đó thành âm thanh của vật thể này

Các đặc điểm căn bản của thanh âm

– Tần số sóng âm thanh: Tần số sóng âm sẽ quyết định âm cao hoặc trầm chuyển tới tai người nghe. Áp lực làm không khí chuyển động với tốc độ nhanh trong một khoảng thời gian nhất định sẽ tạo nên âm thanh cao, và ngược lại sẽ là âm trầm. Tai người có quãng nghe từ 20Hz tới 20KHz.
– Mức áp suất không khí: Yếu tố này chính là biên độ lớn của sóng âm, quyết định tới độ to của âm thanh. Sóng âm có biên độ càng lớn sẽ khiến màng nhĩ rung nhiều hơn, & âm được não bộ dịch ra cũng to hơn.

Các bộ phận của loa: khung sắt, nam châm, màng giấy

– Micro thu thanh âm là loại thiết bị thanh âm có cơ chế hoạt động tương tự tai người, cũng được gắn một màng rung để chuyện động theo sóng âm thanh.
Cách speaker hồi phục âm thanh
– Speaker có nhiệm vụ cơ bản đó là truyền những tín hiệu âm mà loa thu được thành rung động cơ học, để phục hồi sóng âm thanh một cách giống nhất có thể với sóng âm thanh mà nó thu nhận được từ nguồn thanh âm (micro, nhạc cụ…). Các loại loa bây giờ có thể gồm một hay nhiều loa con bên trong (hay còn gọi là driver – củ speaker).
Màng speaker (Diaphragm)
– Các loa nhỏ sẽ làm tạo nên thanh âm bằng cách rung màng speaker ở vận tốc cao. Chất liệu thông dụng dùng làm màng speaker thường là giấy, nhựa hay kim loại, trong có có phần vành rộng sẽ gắn liền với viền treo.
– Viền treo, hay vành speaker được thiết kế bằng chất liệu có thể co giãn, là 1 vành tròn cho phép màng nón chuyển động vào ra. Viền treo này được gắn với khung kim loại của loa (basket). Vùng vành hẹp của màng nón loa sẽ được bố trí liên kết với cuộn âm (voice coil).
– Cuộn âm nối với khung kim loại bởi mạng nhện (spider) vốn cũng là 1 vành tròn bằng chất liệu co giãn với trách nhiệm giữ cho cuộn âm luôn ở đúng địa điểm trung tâm nhưng vẫn cho phép cuộn này di chuyển vào ra. Đôi khi màng speaker cũng được thiết kế ở dạng vòm thay thế cho kiểu nón trong 1 vài tình huống đặc biệt.
Cực của cuộn âm sẽ thay đổi khi dòng điện chuyển chiều

Cuộn âm

Đây là 1 bộ phận rất quan trọng trong bất kì dòng loa nào. Thực chất cuộn âm của loa là 1 nam châm điện từ, với cấu trúc chứa 1 cuộn dây dẫn bao xung quanh lõi kim loại (thường là sắt). Dòng điện truyền qua cuộn dây sẽ sinh nên 1 từ trường xung quanh, làm cho sắt có từ tính. Từ trường này giống như từ trường xung quanh nam châm vĩnh cửu, cũng bao gồm có cực Bắc & cực Nam và cũng hút kim loại. Nhưng khác với nam châm vĩnh cửu, ở nam châm điện từ chúng ta có thể chuyển cực Bắc Nam bằng cách chuyển chiều dòng điện.
Và đây cũng là cơ chế vận động của tín hiệu âm Stereo mà con người ta thường sử dụng, dòng điện chuyển chiều liên tiếp qua hai đầu liên kết có trên loa.

Hai đầu liên kết dây loa

Về cơ bản, hệ thống khuếch đại (amplifier) liên tiếp thay đổi tín hiệu điện, dao động giữa dòng dương & dòng âm của dây đỏ. Do điện tử luôn chạy theo một chiều giữa cực dương và chiều âm, dòng điện chạy qua loa cũng đổi chiều liên tục tạo thành dòng xoay chiều. Dòng xoay chiều này đến lượt nó sẽ làm đảo cục nam châm điện từ liên tục nhiều lần trong một giây.

Nam châm

– Cách thức mà dao động điện có thể làm cho cuộn âm chuyển động vào ra như sau: Nam châm điện từ được để trong từ trường cố định của nam châm vĩnh củu. Hai nam châm này (điện từ và vĩnh cửu) tương thích với nhau như 2 nam châm bình thường, trái dấu hút nhau, cùng dấu đẩy nhau. Khi cực của nam châm điện thay đổi, ví dụ như từ chiều dương sang chiều âm sẽ tạo nên lực từ hút sang đẩy đối với cực âm của nam châm vĩnh cửu. Lực tác động này khiến cho cuộn âm thanh di chuyển vào ra thường xuyên theo rung động điện tương tự như một chiếc piston.
Nam châm có vai trò quan trọng
– Cuộn dây khi chuyển động sẽ kéo theo màng speaker chuyển động theo, do hai thành phần này được gắn vào nhau. Lúc màng loa di chuyển tác động tới không khí đằng trước loa bị rung động, từ đó sóng âm được hình thành. Tín hiệu điện tử cũng có thể được biên dịch thành dạng sóng, theo đó, tần số & biên độ của sóng điện tử này sẽ ảnh hưởng & điều khiển cuộn âm di chuyển theo tỷ lệ & khoảng cách nhất định. Do sóng điện tử này là dạng mã hóa của sóng âm gốc nên chuyển động màng speaker theo tỷ lệ và khoảng cách nhất định đến lượt nó sẽ tạo ra sóng âm đúng với tần số và biên độ mà nó đã được mã hóa.
– Các loa nhỏ thường được thiết kế với kích cỡ khác nhau nhằm phục vụ cho những dải tần nhất định. Theo cách sản xuất phổ thông những dải tần của speaker sẽ được chia nhỏ và được thể hiện ra bên ngoài bằng nhiều speaker con khác nhau.
Đó là tất cả về cấu tạo & cơ chế hoạt động của một chiếc speaker. Có thể bài viết có phần dài và hơi nặng về lý thuyết, nhưng nếu tham khảo kỹ càng sẽ khiến các bạn có thể hiểu rõ về bản chất cơ bản của âm thanh cũng như quy trình vận động của những speaker, như thế sẽ giúp ích rất nhiều cho bản thân trong lĩnh vực âm thanh này.