Tìm hiểu về các loại loa - loa tĩnh điện

Loa tĩnh điện sử dụng một tấm màng mỏng làm chuyển động
 không khí sinh ra âm thanh nhưng hoạt động trên nguyên tắc tương tác
tĩnh điện.
> Tìm hiểu về các loại loa - loa dải băng / Tìm hiểu về các loại loa - loa điện động

Tương tự như các loa ribbon, các loa tĩnh điện sử dụng
 một tấm màng mỏng làm chuyển động không khí sinh ra âm thanh. Nhưng
không như các loa điện động và loa ribbon vốn hoạt động dựa trên biến
thiên điện từ trường, nghĩa là sự tương tác từ trường do dòng điện gây
nên, loa tĩnh điện hoạt động trên cơ sở nguyên tắc tương tác tĩnh điện
hoàn toàn khác.

Nói tới loa tĩnh điện, không thể không nhắc tới phiên
bản Quad ESL-57 do Peter Walker phát triển vào năm 1957. Phiên bản này
thực sự là một cuộc cách mạng trong việc tạo ra các loa trong suốt và
thiết kế này hiện vẫn được duy trì tới nay. Rất nhiều thế hệ audiophile
khi nâng cấp trình nghe đều ít nhiều trải qua nghe phiên bản ESL-57 này.
 Và rất nhiều nhà thiết kế loa hiện đại
 sau này vẫn giữ cho mình một đôi ESL-57 để làm loa tham chiếu cho sản
phẩm mới. Mặc dù không hỗ trở dải âm trầm quá thấp, công suất không lớn,
 khoảng điểm ngọt lại hạn chế, nhưng khi thể hiện nhạc trong đúng tầm
dải âm của mình, chất âm của ESL-57 chỉ có thể nói là tuyệt hảo.

Cấu trúc loa tĩnh điện.

Trong các loa tĩnh điện (thường được gọi là các loa
ESL, viết tắt của từ ElectroStatic Loudspeaker), màng loa thường được
làm bằng vật liệu Mylar mỏng và trong suốt, được căng giữa hai cực stato
 như ở hình trên. Màng này được nạp một dòng điện thế rất cao. Khi tín
hiệu âm thanh tác động vào stato sẽ tạo nên trường tĩnh điện xung quanh
stato biến thiên theo mức độ của tín hiệu âm thanh đó. Độ biến thiên
tĩnh điện này tương tác với trường tĩnh điện cố định của màng loa, từ đó
 kéo hoặc đẩy màng chuyển động, sinh ra âm thanh. Trong hình là một hệ
thống loa tĩnh điện lai, nên ngoài một stato đóng vai trò kéo, một stato
 đóng vao trò đẩy màng loa, còn có thêm một loa trầm điện động kết hợp,
chuyên xử lý các tần số thấp.

Điện áp trong loa tĩnh điện thường rất cao. Điện thế
phân cực áp trên màng có thể lên tới 10.000 Vôn (10kV). Thêm vào đó, tín
 hiệu âm thanh cũng được tăng bậc từ khoảng vài chục Vôn tới khoảng vài
nghìn Vôn nhờ một bộ chuyển đổi bên trong các loa tĩnh điện. Các mức
điện áp cao này chính là để sản sinh ra các trường tĩnh điện xung quanh
màng loa và các stato.

Để tránh hiện tượng đánh lửa điện lẫn nhau giữa các
thành phần (hay còn gọi là cung lửa điện – arcing), các stato thường
được được phủ một lớp vật liệu cách điện. Mặc dù vậy, nếu một loa tĩnh
điện hoạt động quá công suất thì trường tĩnh điện sẽ hút các hạt điện tử
 tự do từ không khí, làm nó bị i-ôn hóa; quá trình này sẽ tạo nên môi
trường dẫn gây nên hiện tượng đánh lửa điện. Nếu màng chuyển động mạnh
quá, như là khi âm lượng quá to, chúng sẽ bị đẩy gần với các stato và
hiện tượng này cũng sẽ gây ra đánh lửa điện. Hiện tượng đánh lửa điện có
 thể phá hủy các tấm tĩnh điện do quá trình này sẽ đục thủng các lỗ nhỏ
trên màng. Hiện tượng sẽ càng tồi tệ hơn nếu môi trường đặt loa ẩm thấp,
 bởi khi đó, hơi ẩm làm cho lớp không khí giữa các stato trở nên dễ dẫn
điện hơn.

Trong loa tĩnh điện, các tấm tĩnh điện thường được
chia nhỏ nhằm giảm thiểu hiệu ứng cộng hưởng màng loa. Một số còn được
uốn cong để giảm thiểu hiệu ứng lobing (hiện tượng phát âm không đều)
tại các tần số cao. Hiện tượng lobing thường xảy ra khi bước sóng âm nhỏ
 hơn so với màng loa. Lobing thường tạo ra bởi độ méo tần số cao của loa
 tĩnh điện mà nhà sáng lập tạp chí Stereophile J. Gordon Holt gọi là hiệu ứng mành dọc (vertical venetian-blind effect),
 theo đó độ cân bằng tông âm sắc bị thay đổi nhanh chóng và liên tục mỗi
 khi người nghe dịch chuyển đầu sang bên này hay sang bên kia.

Một trong những đặc trưng của loa tĩnh điện là các tấm
 tĩnh điện có trọng lượng vô cùng nhẹ. Không giống như ở loa ribbon với
màng loa mang dòng tín hiệu âm thanh, các màng tĩnh điện nhất thiết phải
 như vậy. Chính vì thế, chúng có thể rất mỏng, kích thước thông thường
còn mỏng hơn 0,001 inch. Với trọng lượng siêu nhẹ này, chúng sẽ rung và
dừng rất nhanh chóng, nâng tốc độ hồi đáp với tín hiệu gần như tức thời.
 Tương tự loa ribbon, loa tĩnh điện cũng không cần tới thùng loa vì thế
không lo bị giảm chất lượng âm thanh do thùng. Cùng với đặc tính là dạng
 loa phát lưỡng cực với tấm màng được treo trong một khung mở, loa tĩnh
điện phát âm với công suất như nhau ở cả mặt trước lẫn mặt sau. 

Loa tĩnh điện cần được đặt đúng vị trí, xa tường hậu thì mới phát huy lợi thế. Ảnh: Instablogsimage.

Do kết cấu tương tự với loa ribbon nên ngoài mặt lợi thế, loa tĩnh điện cũng có những nhược điểm nhất định.
 Do bản chất là các phát âm lưỡng cực nên việc tìm được một vị trí tối
ưu để đặt trong phòng không phải là điều đơn giản. Chúng cần được đặt
đúng vị trí nhất định, nhất là phải xa tường hậu mới có thể phát huy lợi
 thế trường âm rộng của mình. Loa tĩnh điện thường không nhạy, trở kháng
 thấp, vì thế thường đòi hỏi ampli công suất lớn. Nói chung, khi đề cập
đến công nghệ
 loa tĩnh điện, người ta không trông chờ là công suất cao, dải âm lớn,
âm trầm sâu mà các loa này nổi tiếng chủ yếu nhờ vào độ trong, độ mềm
mại, độ hồi đáp tức thời, độ chi tiết cũng như độ gắn kết chặt chẽ của
âm thanh.

Chính do những ưu và nhược như vậy mà loa tĩnh điện
thường được bổ sung thêm một loa trầm hoặc một siêu trầm điện động độc
lập để tăng cường chất âm tại tần số thấp, từ đó cải thiện toàn bộ dải
âm. Với thiết kế kinh điển gồm loa trầm điện động trong thùng loa riêng
kết hợp với các tấm tĩnh điện, một số phiên bản có thể đạt tới chất âm
đẳng cấp do tận dụng được lợi thế lớn nhất của cả hai công nghệ. Tuy
nhiên, các loa lai kiểu này cũng dễ bị hiện tượng ngắt quãng khi chuyển
đổi giữa dải âm trầm do loa trầm điện động phụ trách với âm trung cao do
 loa tĩnh điện phụ trách. Các bản nhạc với tiết tấu piano liên tục từ
thấp đến cao cũng như các đĩa jazz acoustic là những đĩa thuốc tốt để
người nghe có thể thử tính năng thể hiện liên tục giữa các dải tần của
những loa lai kiểu này.

Một trong những lợi thế lớn của loa ribbon toàn dải
hay loa tĩnh điện toàn dải là chúng không có tần số giao cắt do toàn bộ
tín hiệu âm đều được thể hiện qua chuyển động của một màng loa. Điều này
 tránh được hiện tượng ngắt quãng do mỗi dải tần số được phát bởi mỗi
loa khác nhau trên các loa điện động. Thêm vào đó, không có bộ điều
khiển tần số giao cắt với các điện trở, tụ điện hay cuộn cảm… âm sắc
trên các loa này trong, mềm mại và chính xác hơn. Thậm chí ngay cả với
các loa lai giữa tĩnh điện và điện động, tần số cắt cũng thường ở mức
rất thấp (thường dưới 800Hz), vì thế gần như là không có sự ngắt quãng
khi chuyển đổi giữa các loa trên hầu như toàn bộ dải âm.

Cuối cùng, do loa tĩnh điện và loa ribbon hoạt động
dựa trên sự chuyển động của toàn bộ tấm màng lớn thay vì chỉ một phần
nhỏ diện tích tiếp xúc giữa màng loa và cuộn âm trên loa điện động, nên
các loa này cũng hạn chế tối đa hiện tượng vỡ tiếng (breakup) như đối
với các loa điện động.

Nguyễn Hà