Trước tiên cần phải tìm hiểu âm thanh hoạt động ra sao, rồi mới có thể hiểu được cơ chế hoạt động của loa. Màng nhĩ là một lớp da mỏng nằm bên trong tai người, áp suất biến đổi liên tục trong không khí sẽ tác động đến màng nhĩ làm nó rung lên. Khi màng nhĩ rung lên, não bộ sẽ tự động dịch những rung động này thành âm thanh, đó là cách con người nghe.

Và con người chế tạo ra vật phát âm thanh theo công thức này, một vật thể phát ra âm thanh khi nó rung động trong không khí. Khi vật thể rung động, nó kéo theo những hạt khí xung quanh chuyển động theo. Các hạt khí này lại tiếp tục tác động đến những hạt khí xung quanh nó chuyển động cùng, từ đó tạo thành những đợt xung rung động truyền qua không khí đến tai người.

Theo cách trên thì vật thể rung động đã gửi một sóng dao động thông qua không khí, và khi dao động này tới tai người, nó sẽ tác động làm màng nhĩ rung lên. Não bộ lúc này sẽ có nhiệm vụ dịch các rung động đó thành âm thanh của vật thể này.

Phân biệt âm thanh

Con người nghe được âm thanh khác nhau từ những vật thể rung động khác nhau là nhờ các yếu tố sau:

Tần số sóng âm: Sóng âm có tần số càng cao đơn giản là áp lực không khí dao động với tốc độ nhanh trong một khoảng thời gian nhất định. Não bộ sẽ biên dịch các dao động này dưới dạng âm cao. Nếu cũng một khoảng thời gian như vậy nhưng số dao động ít hơn, âm thanh sẽ thấp hơn.

Mức áp suất không khí: Đây là biên độ (độ lớn) của sóng âm, quyết định độ lớn của âm thanh. Sóng âm với biên độ càng lớn thì sẽ làm màng nhĩ rung động mạnh hơn, lúc này não bộ sẽ diễn dịch âm thanh này to hơn.

Một thiết bị khác trong hệ thống âm thanh cũng có cơ chế hoạt động tương tư như tai người, đó là microphone dùng để thu âm. Nó cũng được thiết kế một màng rung động theo sóng âm trong những môi trường nhất định. Tín hiệu sóng âm được thu từ micro này sẽ được mã hóa và được lưu trong băng từ, CD... dưới dạng một tín hiệu điện tử. Khi các tín hiệu này được chuyển tới loa, loa sẽ được biên dịch lại thành rung động vật lý của màng loa. Các loại loa có chất lượng tốt thường được thiết kế sao cho rung động vật lý của màng loa phải được tái tạo gần như nguyên vẹn tín hiệu âm thanh thu được từ micro.

Tạo âm thanh

- Loa, về cơ bản được xem là một bộ máy biện dịch đầu cuối hoạt động ngược với microphone. Loa sẽ chuyển các tín hiệu điện tử trong các thiết bị lưu trữ thành rung động cơ học để tái tạo lại sóng âm một cách gần giống nhất với sóng âm thu được từ microphone.

- Các loại loa hiện nay thường được thiết kế gồm một hay nhiều loa con gộp lại (hay còn gọi là củ loa - driver)

Màng loa (Diaphragm)

Cấu tạo thường thấy của một loa đặc trưng gồm khung sắt, nam châm vĩnh cửu và màng giấy.

- Các loa con này tạo ra sóng âm bằng cách rung màng loa (cone hoặc diaphragm) với tốc độ cao.

- Các chất liệu cấu tạo nên màng loa thường là giấy, nhựa hoặc kim loại, trong đó phần vành rộng được gắn liền với viền treo (suspension) của loa.

- Viền treo, hay vành loa được làm bằng chất liệu có thể có giãn, là một vành tròn cho phép màng nón chuyển động vào ra. Viền treo này được gắn với khung kim loại của loa (basket)

- Phần vành hẹp của màng nón loa được nối với cuộn âm (voice coil).

- Cuộn âm gắn với khung kim loại bằng mạng nhện (spider) vốn cũng là một vành tròn bằng vật liệu co giãn với nhiệm vụ giữ cho cuộn âm luôn ở đúng vị trí chính giữa nhưng vẫn cho phép cuộn này chuyển động vào ra.

- Ở một số loại loa nhất định, màng loa có thể được thiết kế dạng vòm (dome) thay vì dạng nón (cone)

Cuộn âm

Khi dòng điện chạy qua cuộn âm đổi chiều, hướng cực của cuộn âm cũng đổi chiều theo. 

Cuộn âm thực chất là một nam châm điện từ

Nam châm điện từ cấu tạo gồm một cuộn dây quấn quanh một lõi kim loại (thường là sắt). Khi có dòng điện chạy qua, cuộn dây sẽ sinh ra một từ trường xung quanh làm cho sắt có từ tính. Từ trường này tương tự như từ trường xung quanh nam châm vĩnh cửu, cũng gồm có cực Bắc và cực Nam và cũng hút kim loại. Nhưng khác với nam châm vĩnh cửu, ở nam châm điện từ người ta có thể đảo cực Bắc Nam bằng cách đảo chiều dòng điện.

Cơ chế này hoạt động tương tự như cách thức của tín hiệu stereo, cũng đổi chiều điện từ liên tục thông qua hai đầu nối đen đỏ vốn đã rất quen thuộc đối với những ai hay phải nối loa.

Dây loa từ hệ thống âm thanh sẽ được nối với loa con bằng hai đầu nối này

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

Nam châm

Cách thức mà dao động điện có thể khiến cho cuộn âm chuyển động vào ra như sau: 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.

Khi dòng điện chạy qua cuộn âm đổi hướng, cực của cuộn âm cũng đảo chiều. Hoạt động này làm thay đổi lực từ trường tác động giữa cuộn âm và nam châm vĩnh cửu, theo đó làm cho cuộn âm cùng màng loa gắn với nó chuyển động theo

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.

Đó là tất cả cơ chế hoạt động của loa - thiết bị âm thanh quan trọng nhất trong hệ thống âm thanh của bạn. Chúc các bạn sẽ có được những kiến thức hữu ích để có thể hiểu và áp dụng cho công việc cũng như hệ thống âm thanh của riêng mình. 

Để được tư vấn kiến thức âm thanh một cách kĩ lưỡng hơn, liên hệ hotline: 0949.076.789