Cấu tạo của một driver – củ loa
Một Driver được chia làm 3 phần chính bao gồm: màng loa – mạng nhện; cuộn âm; nam châm.
Ngoài ra còn một số thành phần bổ trợ như viền nhún, khung, nắp che…
Màng loa – mạng nhện
Mạng 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.
Mạng nhện 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 bởi vậy nếu với 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 về độ bền âm thanh theo thời gian ( dộ bền). Màng nhện bị rách bị hư sẽ là 1 tai hoạ nếu bạn không thể tìm được đúng loại. Các loa cao cấp yêu cầu phải có thời gian chạy thử và rà soát lại chính là 1 phần tôi luyện cho màng nhện được hoạt động tối ưu.
Màng loa
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.
Cuộn âm
– Cấu tạo gồm lõi (bobin) là ống hình trụ dùng quấn dây lên đó, nó được đặt trong khe hở từ, các loa cao cấp 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. Các loa 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, còn về mặt âm thanh chỉ trừ loại bằng Nhôm tuy có công suất cao nhưng âm thanh thì có đôi chút vấn đề, do tần số công hưởng của vật liệu này nằm trong ngưỡng nghe.
– 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 mắc gấp 3,4 lần loại thông thường. Kỹ thuật này thường dùng trong các loa cao cấp đắt tiền
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 dãi tần cao, gây lầm lẫn 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.
Nam châm
Thường có 3 loại nam châm là Alnocol, Ferrite, 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 loa danh tiếng cũng đã sản xuất rất nhiều loa sử dụng vật liệu này. 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 làm rớt cấu trúc của nó cũng thay đổi.
Phần bổ trợ
Khung loa
Dùng để gắn các thành phần, loại cao cấp thì bằng nhôm đúc, 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 không ảnh hưởng nhiều lắm chỉ mong sao nó đừng có bề mặt quá lớn gây phản xạ trực tiếp lại màng loa.
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 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 sẽ rất khác nhau. Nhìn vào viền loa nếu có kinh nghiệm bạn có thể nhận biết loa âm thanh 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, viền cao su dày nên chỉ dùng cho Sub điện.
Cách thức hoạt động của củ loa – driver
Nam châm điện từ được đặt trong từ trường cố định của nam châm vĩnh củu. Hai nam châm này (điện từ và vĩnh cửu) tương tác với nhau như hai nam châm bình thường, trái dấu hút nhau, cùng dấu đẩy nhau. Khi cực của nam châm điện thay đổi, chẳng hạn từ cực dương sang cực 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 chuyển động vào ra liên tục theo dao động điện tương tự như một chiếc piston. Cuộn dây khi chuyển động sẽ kéo theo màng loa chuyển động theo, do 2 bộ phận này được gắn vào nhau. Khi màng loa chuyển động tác động vào không khí phía trước loa bị rung động, từ đó sóng âm được tạo ra.
Tín hiệu điện tử cũng có thể được biên dịch thành dạng sóng, theo đó, tần số và biên độ của sóng điện tử này sẽ tác động và điều khiển cuộn âm chuyển động theo tỷ lệ và khoảng cách nhất định. Do sóng điện tử này là dạng mã hóa của sóng âm gốc nên chuyển động màng loa theo tỷ lệ và khoảng cách nhất định đến lượt nó sẽ tạo nên sóng âm đúng với tần số và biên độ mà nó đã được mã hóa.
Các loa con thường được thiết kế với kích cỡ khác nhau để phục vụ cho những dải tần nhất định. Theo cách thiết kế thông thường các dải tần của loa sẽ được chia nhỏ và được thể hiện ra bên ngoài bằng nhiều loa con khác nhau bao gồm: loa âm trầm, loa tép, loa âm trung hoặc loa toàn dải.