Về tai nghe tĩnh điện - Electrostatic Headphones

Trước giờ nhắc đến Stax là ta nghĩ đến mấy cái tai nghe tĩnh điện to bự, đắt đỏ, đã thế mua về còn phải rinh thêm một cái amplifier có cái cổng pro-bias 5pin mới cắm vào được và giá của chúng cũng không hề dễ chịu. Sau này cũng nhiều hãng ra mắt các tai nghe tĩnh điện mới, một trong số chúng là Voce của MrSpeakers, và hồi CES 2016, Warwick Audio cũng có 1 giới thiệu một loại màng loa tĩnh điện đã được làm sẵn, về chỉ việc cắt ra nhét vào housing và có hiểu biết về kỹ thuật một chút là ta sẽ có nghe một chiếc electrostatic headphone mà thiên hạ vẫn tương truyền là nghe "cái gì cũng nhất". Đây là một cơ hội trong tương lai cho anh em DIY nếu muốn thử lửa. Thôi vô bài vậy, chúng ta sẽ nói qua các điểm đặc biệt của tai nghe tĩnh điện để anh em có thể tham khảo.

I.Giới thiệu

Voce - tai nghe tĩnh điện đầu bảng hiện nay của MrSpeakers
​

Quay ngược thời gian, khoảng đầu những năm 1900, Oliver Lodge đã phát minh ra chiếc màng loa (diaphragm) đầu tiên phục vụ cho việc tái tạo lại âm thanh. Tuy nhiên âm nhạc là 1 điều quá xa xỉ vào thời bấy giờ, đơn giản lúc đấy chưa hề có khái niệm về amplifier. Sau khi nhân loại tìm ra bí mật trong chiếc bóng đèn của Thomas Edison phục vụ cho việc khuếch đại tín hiệu, vào những năm 1920s, công ty Bell Telephone Laboratories đã tìm ra 2 cách để tái tạo âm thanh đó là sử dụng driver Dynamic và Electrostatic.

II.Cấu tạo và hoạt động

1/ Cấu tạo driver Dynamic



Driver Dynamic là driver được sử dụng hầu hết trên các loại headphone hiện nay,nó bao gồm một màng diaphragm kết dính với 1 cuộn coil được quấn bên trong 1 nam châm ,hệ thống này hoạt động nhờ vào lực từ của nam châm tác động và diaphragm thông qua cuộn coil. Lực từ tác động vào màng diaphragm làm nó hoạt động như một piston tạo ra sự chuyển động của không khí và tái tạo thành âm thanh. Driver dynamic ngày nay được sử dụng nhiều vì dễ sản xuất hàng loạt, dễ gia công, tùy biến.

2/ Cấu tạo của Electrostatic Driver

​

Electrostatic là phương pháp tái tạo âm thanh phức tạp ,nó đòi hỏi kỹ thuật cao hơn rất nhiều so với Driver dynamic . Electrostatic sử dụng 1 tấm film mỏng và nhẹ (hay diaphragm) được xử lý nhiễm từ ,giống như việc quần áo bị nhiễm điện v.v., các hạt proton và electron mang điện tích âm dương trên bề mặt màng đều ở trạng thái tĩnh -không di chuyển - do điện tích trên màn film không di chuyển nên được gọi là tĩnh điện. Màng film này được đặt giữa 2 điện cực âm- dương song song với nhau. Khi có dòng điện chạy qua, lực tĩnh điện được phân bố đồng đều trên khắp cả màng, tùy vào tần số mà từ trường của 2 điện cực này thay đổi, tác động lên các hạt điên tích trên màng film và khiến chúng di chuyển,điều này làm cho toàn bộ cả màng film chuyển động và tạo ra âm thanh.

Cấu tạo và nguyên tắc làm việc của màng loa tĩnh điện



Màng âm tĩnh điện được làm sẵn được Warwick Audio giới thiệu tại CES2016 vừa rồi.
​

Như đã nêu trên, màng diaphragm của Electrostatic được đặt giữa 2 điện cực – điều này giúp tái tạo âm thanh mà không hề gặp bất kì cản trở vật lý nào. Cộng thêm với việc diaphragm của Electrostatic rất mỏng chỉ tính bằng µm (micromet) ,nhờ vậy mà giảm thiểu tối đa hiện tượng trễ pha cũng như cộng hưởng âm thanh. Ở Electrostatic, cả màng âm sẽ dao động và tạo áp lực lớn hơn lên không khí. Màng diaphragm của tai nghe hay loa tĩnh điện có kích thước lớn hơn rất nhiều so với dynamic, nhằm đảm bảo khả năng tiếp xúc với không khí giúp tái tạo âm thanh một cách hoàn hảo nhất . Chính 3 yếu tố: vừa mỏng, vừa nhẹ, vừa có kích thước lớn đã tạo nên sự khác biệt trong việc tái tạo âm thanh ,driver electrostatic có độ méo tiếng cực thấp ,điều này giúp cho âm thanh trở nên chính xác và hay hơn so với dynamic.

Trong khi đó dynamic chỉ sử dụng 1 nam châm duy nhất ,đồng thời nam châm chỉ gắn kết với màn diaphragm bằng voice coil tại 1 điểm tiếp xúc, chính điều này làm cho màng diaphragm dao động không linh hoạt so với electrostatic, do đó khó mà triệt tiêu hết lực được sinh ra trong mỗi dao động gây tăng độ trễ của âm thanh.

Người ta làm 1 phép so sánh giữa Stax Lambda và cặp loa 24000$ B&W800 Diamond và thu được kết quả bất ngờ. Ở tần số 80hz-100khz, B&W800 có độ méo tiếng <0,5%, ở mức 45hz-100khz, chỉ số này tăng lên <1% và khi cho tần số thấp hơn , kết quả thu được càng tệ hại hơn. Còn với Stax Lambda, phong độ 0,007% được giữ vững trong các bài thử đầu tiên và chỉ khi hạ tận số xuống 20hz, độ méo tiếng mới có thay đổi lên 0.1%.

III. Sự cộng hưởng

​

Một chi tiết quan trọng đó là sự cộng hưởng âm thanh, đây là điều mà các kỹ sư âm thanh mất nhiều thời gian để xử lý khi chế tạo headphone và loa thông thường. Với màng loa tĩnh điện, hiện tượng cộng hưởng bị triệt tiêu đáng kể nhờ sử dụng màn film cực mỏng và được đặt giữa 2 điện cực, 2 phía trái phải đều mở. Thêm vào đó, không khí xung quanh nặng hơn so với màng driver nên sẽ hạn chế hiện tượng cộng hưởng.

Tai nghe và loa tĩnh điện là những thiết bị thể hiện âm thanh trung thực cao nhờ khả năng thể hiện âm hình và âm trường tuyệt vời. 2 bên trái phải đều open nên rất thoáng, nhờ đó mà âm trường có sự thay đổi lớn. Việc thể hiện âm hình cũng là niềm tự hào của các dòng sản phẩm dùng màng electrostatic, việc sử dụng diaphragm lớn, mỏng và đặc tính dao động toàn bộ màng giúp cho việc tái tạo âm hình trở nên rõ ràng và chính xác hơn bao giờ hết.

Ở tai nghe hay loa sử dụng driver dynamics, sự cộng hưởng âm học có ảnh hướng khá nhiều đến chất lượng âm thanh, do thiết kế màng diaphragm hình nón, âm thanh sẽ bị phản xạ từ trung tâm và trải đều ra xung quanh .Ở tầng số thấp ,sự tương tác đàn hồi của màng diaphragm và không khí xung quanh cũng gây ra sự cộng hưởng rõ rệt .

Ngoài ra, việc lựa chọn nguyên liệu cũng như thiết kế của housing cũng gây ra hiện tượng cộng hưởng đáng kể, một phần âm thanh sẽ bị dội vào housing và cộng hưởng với âm thanh phát ra, chính vì điều đó mà các tai nghe sử dụng driver dynamic để đạt được chất âm tốt thường có thiết kế open .

IV. Kết Luận

Xét về kỹ thuật, kẻ thắng thế trong cuộc chạy đua tái tạo âm thanh là Electrostatic, nhưng tiếc thay, kẻ tiên phong hàng đầu trong nghành công nghiệp âm thanh hiện nay lại là Dynamic do chi phí sản xuất rẻ và nhanh. Electrostatic ngoài việc đòi hỏi kỹ thuật sản xuất cao, chính xác thì còn cần phải có 1 amplifier có công suất lớn hơn nhiều so với dynamic để có thể đánh cho hay, và thường thì chúng không hề có giá phải chăng.