Trở kháng loa 8 Ohm hay 4 Ohm?

Không phải ngẫu nhiên mà các hãng sản xuất thường lựa chọn một trong hai chế độ trở kháng này. Các vấn đề kỹ thuật cùng nhu cầu sử dụng đã đưa đến quyết định sử dụng trở kháng nào cho loa.

Cuộc cạnh tranh giữa các hãng sản xuất loa chưa bao giờ có dấu hiệu dừng lại. Bên cạnh sự quan tâm dành cho doanh số, họ cũng có những mục tiêu nhất định. Nếu trong ngành xe hơi, mục tiêu của xe là “càng nhanh càng tốt” thì trong lĩnh vực âm thanh, mục tiêu khi sản xuất loa sẽ là “tiếng càng lớn càng tốt”. Những mẫu loa có khả năng chơi các tần số trải rộng thường không có độ nhay cao do xung đột giữa các quy tắc vật lý liên quan tới đáp tuyến tần số, hiện tượng lên màu âm thanh, độ méo tiếng, kích thước và độ nhạy.

Trong lịch sử, các hãng loa Anh, Mỹ, Pháp và Nhật thường thiết kế loa với trở kháng 8 Ohm, dựa trên dao động +/−20% khi suất trở kháng (impedance modulus) có giá trị 6.4 Ohm hoặc cao hơn. Còn các nước sử dụng tiêu chuẩn DIN lựa chọn trở kháng 4 Ohm, dựa vào nhu cầu sử dụng công suất lớn nhất từ những ampli rẻ hơn, có điện áp thấp hơn. Khi được giới thiệu lần đầu, những chiếc ampli này cung cấp cung suất ở mức độ đầy đủ nhưng khoảng headroom cho điện áp tương đối hạn chế. Khi chấp nhận định nghĩa của ampli bán dẫn hiện đại “là một nguồn điện áp với dòng vô hạn tương ứng”, các nhà sản xuất loa ngày càng hướng về xu thế 4 Ohm trở kháng, do cảm thấy rằng âm thanh sẽ lớn hơn với mức thiết lập âm lượng cho trước, đồng thời cũng cho rằng ampli tùy chỉnh có thể đem lại dòng điện bổ sung khi cần thiết. Với việc đánh bằng điện áp, nếu quy theo tham chiếu 1 watt, 2.83 volt, 8 Ohm, rõ ràng loa 4 Ohm sẽ lớn hơn loa 8 Ohm 3dB với mức độ lớn tiếng cho trước. Tuy nhiên 4 Ohm trong quan điểm của nhiều kỹ sư có vấn đề của riêng nó, vì phải thu gấp đôi công suất từ ampli.

Với các hệ thống loa đa đường tiếng phức tạp, trở kháng tải tức thời có thể giảm xuống dưới mức tối thiểu đã biết khi sử dụng phép đo trạng thái ổn định của suất trở kháng. Ví dụ, một cặp loa 3 đường tiếng 4 Ohm có suất trở kháng danh nghĩa tối thiểu là 3.2 Ohm, khi đo thực tế giảm xuống 1.82 Ohm ở những trường hợp phải tái hiện lại các trường đoạn tức thời phức tạp, có liên quan đến dòng khuếch đại bên trong. Trường hợp xấu hơn, khi trở kháng chỉ còn 1.8 Ohm là điều rất không mong muốn, cả cho ampli cũng như các thiết bị được mắc nối tiếp với nhau, nhất là khi trở kháng của dây dẫn không thể tránh được. Một số hãng chuyên làm loa 4 Ohm đã sản xuất vài model có phụ tải điện trở (resistive load) và phụ tải trở kháng (impedance load) gần như không đổi thông qua mạch bù liên hợp (conjugate compensation network) bên trong, từ đó tăng thêm độ nhạy 3 dB mà không gây ra áp lực liên quan tới tần số mức trên dây cáp, tiếp điểm hoặc nguồn điện ampli. Với một số ngoại lệ nhất định, đặc biệt là với các ampli sử dụng dòng thấp hay một vài ampli đèn, giả định này tương đối hợp lý. Lưu ý rằng bù liên hợp như vậy sẽ không hoàn hảo vì có những thay đổi trong việc căn chỉnh tần số thấp ở mức công suất cao, gần ngưỡng quá tải. Do đó, hệ thống sẽ không được bù hoàn toàn. Và trong tình trạng quá tải, bù trở kháng hiệu quả sẽ nhanh chóng rời xa khỏi thiết kế cốt lõi của nó, có lẽ gây hại nhiều hơn cải thiện chất lượng âm thanh.

Khi xét tới phụ tải điện trở của ampli, trường hợp tải xấu nhất từ loa có lẽ không phải là suất trở kháng thấp nhất như đã nêu ở trên. Tại điểm xuất hiện đường cong trở kháng, tải sẽ mang tính chất trở. Đối với ampli, sự kết hợp giữa pha và trở kháng, ở mức độ tải bị tác động nhiều nhất, sẽ mang tính bất lợi. Theo ước tính, điều này xảy ra khi góc pha đạt 45 độ, dẫn đến hậu quả transistor đầu ra phải tăng gấp đôi dòng. Thông qua cách tính toán kết hợp trở kháng và giá trị góc pha, tải hiệu quả tối thiểu có thể ước tính được. Ampli bán dẫn thường bị tác động xấu cả về độ động lẫn nhiệt khi gặp phải nhu cầu sử dụng dòng lớn như vậy, trong khi ampli đèn với trở kháng đầu ra cao hơn sẽ thay đổi chất âm, thậm chí lên màu âm thanh với những trường hợp phối ghép cùng các mẫu loa trở kháng thấp chỉ khoảng 4 Ohm.

Với những thiết kế có chất lượng rất cao, người ta vẫn nghi ngại việc chất lượng âm thanh suy giảm do sử dụng linh kiện thụ động để làm mạch bù liên hợp. Người nghe thường nhận xét rằng phương pháơ này phần nào làm mất đi độ động cũng như sự trong, rõ. Điều này một phần là do tải trở kháng được bù dựa vào tần số thấp, mức độ, cũng như do các hoạt động bù không thể theo sát những thay đổi này. Ngoài ra, bản thân các linh kiện phân tần cũng làm ảnh hưởng đến chất âm. Do đó, ngày nay các thiết kế mới thường hướng đến sử dụng mạch phân tần không bù trở kháng.