Đĩa than là một phương thức lưu trữ âm thanh vô cùng thú vị và đầy lôi cuốn. Chơi đĩa than cũng như là uống một ly cà phê phin vậy: cứ phải từ từ, chậm rãi, từng bước một thì mới có thể khai thác được sự tinh hoa ẩn trong đó. Và để làm được điều đó, chúng ta cần có những thiết bị phù hợp để khiến cho chiếc đĩa than “hát” được, và một trong số những bộ phận quan trọng nhất chính là đầu kim (Cartridge).

Hiện nay, dựa vào cấu trúc bên trong, Cartridge thường được chia làm 2 loại: MM (Moving Magnet) và MC (Moving Coil). Cả 2 loại đều sử dụng nguyên tắc vật lý là tái tạo dòng điện dựa trên chuyển động trong trường điện từ. Tuy nhiên, có một loại đầu kim đang nhận được sự quan tâm to lớn từ giới Audiophile khắp nơi, và đó chính là đầu kim quang học (Optical Cartridge). Một chiếc kim sử dụng công nghệ quang học để tái tạo tín hiệu từ những chiếc đĩa than, vậy nguyên lý hoạt động của đầu kim này như thế nào, và liệu đây có phải chỉ là một xu hướng nhất thời?

Kim quang học là gì?

Một điều cần phải được làm rõ trước khi bắt đầu mọi thứ, chính là Kim quang học không phải một thiết bị Digital, mà vẫn hoàn toàn là Analog. Đầu kim quang học vẫn sử dụng mũi kim và thanh kim để tiếp xúc với bề mặt đĩa than, và tín hiệu tạo ra là tín hiệu thuần Analog. Điểm khác biệt của đầu kim quang học và các đầu kim MM/MC chính là cách mà chúng biến các tín hiệu nhận được từ rãnh đĩa thành tín hiệu điện.

Cụ thể, kim quang học sẽ bao gồm 3 bộ phận, hệ thống đèn LED, một tấm chắn sáng được gắn vào phần thanh kim (Shading Plate), và màn cảm biến ánh sáng phía sau (Photo-detector). Khi thanh kim di chuyển, tấm chắn sáng cũng sẽ di chuyển theo, tạo nên sự thay đổi trong cường độ ánh sáng nhận được từ đèn LED đến màn cảm biến ánh sáng, chuyển đổi thành các điện áp biến đổi liên tục cho mỗi kênh, từ đó tạo nên tín hiệu âm thanh Analog.

Để xử lý những tín hiệu điện này, người dùng cần phải sử dụng một Phono Preamp chuyên dụng gọi là Equalizer. Thiết bị này ngoài tác dụng xử lý tín hiệu điện của đầu kim quang học, mà còn đóng vai trò cấp nguồn cho hệ thống đèn LED trong kim.

Lợi thế của kim quang học

Là một công nghệ đặc biệt, đầu kim quang học có cho mình 3 lợi thế khá nổi trội khi so sánh với những chiếc đầu kim từ tính MM/MC truyền thống:

Đầu tiên, kim quang học hoàn toàn không sử dụng nam châm trong động cơ. Về thiết kế, các đầu kim MM/MC đều có lực cảm ứng điện từ, nên nam châm (MM) hoặc cuộn dây (MC) sẽ gặp phải lực cản từ trường khi hoạt động (Định luật Lenz). Đây là một đặc tính vốn có mà tất cả đầu kim MM / MC đều sẽ bị ảnh hưởng. Tuy nhiên, do sử dụng nguyên lý ánh sáng để tạo thành tín hiệu điện, nên đầu kim quang học sẽ không chịu ảnh hưởng bởi từ trường và Định Luật Lenz, giúp đầu kim hoạt động trơn tru hơn. Đồng thời, do không có từ trường và đầu ra > 70mV, đầu kim quang học cũng sẽ không có những tiếng “Hum” và tiếng nhiễu nền.

Thứ 2, các đầu kim MM/MC sẽ được thiết kế với nam châm hoặc cuộn dây nằm ở phía cuối thanh kim, trong khi với đầu kim quang học, thanh kim chỉ phải “cõng” một tấm chắn sáng với độ dày chỉ tính bằng micromet. Điều này giúp cho đầu kim quang học sẽ có trọng lượng nhẹ hơn, cho phép di chuyển trên rãnh đĩa chính xác hơn.

Cuối cùng, đầu kim MM/MC về mặt kỹ thuật được phân loại là “hệ thống tái tạo tín hiệu analog tỷ lệ với vận tốc” (Velocity Proportional Analog Reproduction System), nghĩa là sự thay đổi tốc độ chuyển động của kim sẽ được chuyển đổi thành âm thanh analog. Thông thường, khi tần số tăng, tốc độ di chuyển của kim cũng sẽ tăng theo, dẫn đến mức đầu ra (output level) lớn hơn. Do đó, ở dải tần số thấp (âm trầm), đầu ra của đầu kim MM/MC thường yếu hơn, và sẽ mạnh hơn ở dải tần số cao. Điều này khiến cho thiết bị phono sẽ phải can thiệp nhiều hơn để cân bằng các tín hiệu đầu ra.

Đầu kim quang học được phân loại là “hệ thống tái tạo analog tỷ lệ với biên độ” (Amplitude Proportional Analog Reproduction Systems), nghĩa là tín hiệu analog được chuyển đổi dựa trên vị trí của kim hoặc sự dịch chuyển của kim. Điều này có nghĩa là tín hiệu đầu ra từ các đầu kim quang học chỉ dựa trên hình dạng của rãnh đĩa, không phải là sự thay đổi tốc độ chuyển động của kim, từ đó mà hạn chế tối đa sự mất cân bằng trong mức đầu ra (Output Level) trên dải tần số của âm thanh.

Lịch sử về kim quang học

Có thể mọi người nghĩ công nghệ kim quang học là một điều gì đó mới, nhưng thật ra thiết kế này đã xuất hiện lần đầu tiên cách đây hơn 80 năm. Ý tưởng sử dụng ánh sáng để tạo nên điện áp trong đầu kim đã xuất hiện từ giai đoạn năm 1941, khi Philco giới thiệu chiếc máy nghe nhạc “Beam of Light”. Khi đó, Philco đã sử dụng một chiếc mũi kim bằng Sapphire ( trái ngược với những chiếc kim thép khổng lồ của thời kỳ đĩa 78), phần thanh kim được gắn với một chiếc gương, giúp điều chỉnh chùm sáng từ một bóng đèn nhỏ và phản xạ lại vào một chiếc cảm biến quang. Đến những năm 1970, Toshiba đã tái giới thiệu ý tưởng này với mẫu đầu kim quang học đầu tiên trên thế giới, C-100P. Mẫu đầu kim này cũng sử dụng một bóng đèn sợi tóc nhỏ để làm nguồn sáng.

Tuy nhiên, do giới hạn về công nghệ lúc bấy giờ, cả sản phẩm của Philco và Toshiba đều dễ gặp sự cố, chủ yếu là do nhiệt độ sinh ra khi bóng đèn hoạt động, và cả việc chúng dễ dàng bị cháy bóng nữa. Dự án từ đó mà cũng bị tạm ngưng, cho đến khi thế giới có được những bước tiến bộ trong công nghệ đèn LED và công nghệ cảm biến quang điện sử dụng trong những con chuột quang dùng cho máy tính. Tetsuaki Aoyagi, một kỹ sư trẻ người Nhật Bản của Digital Stream Corporation (Công ty đã cùng với Microsoft đồng phát triển chuột quang), đã có một ý tưởng về một chiếc đầu kim kiểu Toshiba, nhưng áp dụng những công nghệ mới hơn. Kể từ đó, dưới sự hợp tác và giúp đỡ của Ông Hamaguchi Kazuo, nhà thiết kế của Toshiba C-100P, Ông Aki (Cách gọi thân mật của Ông Tetsuaki Aoyagi) đã tạo nên chiếc kim quang đầu tiên của mình, và thành lập nên thương hiệu DS Audio.

Như vậy, DS Audio đã được thành lập như thế nào, và Ông Aki đã có những bước đi gì trong việc thành lập nên đế chế của mình? Mời mọi người hãy cùng đón chờ phần 2: DS Audio – Sự kế thừa của một di sản.