Tương tự như các loa ribbon, các loa tĩnh điện sử dụng một tấm màng mỏng làm chuyển động không khí sinh ra âm thanh. Nhưng không như các loa điện động và loa ribbon vốn hoạt động dựa trên biến thiên điện từ trường, nghĩa là sự tương tác từ trường do dòng điện gây nên, loa tĩnh điện hoạt động trên cơ sở nguyên tắc tương tác tĩnh điện hoàn toàn khác.

Nói tới loa tĩnh điện, không thể không nhắc tới phiên bản Quad ESL-57 do Peter Walker phát triển vào năm 1957. Phiên bản này thực sự là một cuộc cách mạng trong việc tạo ra các loa trong suốt và thiết kế này hiện vẫn được duy trì tới nay. Rất nhiều thế hệ audiophile khi nâng cấp trình nghe đều ít nhiều trải qua nghe phiên bản ESL-57 này. Và rất nhiều nhà thiết kế loa hiện đại sau này vẫn giữ cho mình một đôi ESL-57 để làm loa tham chiếu cho sản phẩm mới. Mặc dù không hỗ trở dải âm trầm quá thấp, công suất không lớn, khoảng điểm ngọt lại hạn chế, nhưng khi thể hiện nhạc trong đúng tầm dải âm của mình, chất âm của ESL-57 chỉ có thể nói là tuyệt hảo.

Cấu trúc loa tĩnh điện.

Trong các loa tĩnh điện (thường được gọi là các loa ESL, viết tắt của từ ElectroStatic Loudspeaker), màng loa thường được làm bằng vật liệu Mylar mỏng và trong suốt, được căng giữa hai cực stato như ở hình trên. Màng này được nạp một dòng điện thế rất cao. Khi tín hiệu âm thanh tác động vào stato sẽ tạo nên trường tĩnh điện xung quanh stato biến thiên theo mức độ của tín hiệu âm thanh đó. Độ biến thiên tĩnh điện này tương tác với trường tĩnh điện cố định của màng loa, từ đó kéo hoặc đẩy màng chuyển động, sinh ra âm thanh. Trong hình là một hệ thống loa tĩnh điện lai, nên ngoài một stato đóng vai trò kéo, một stato đóng vao trò đẩy màng loa, còn có thêm một loa trầm điện động kết hợp, chuyên xử lý các tần số thấp.

Điện áp trong loa tĩnh điện thường rất cao. Điện thế phân cực áp trên màng có thể lên tới 10.000 Vôn (10kV). Thêm vào đó, tín hiệu âm thanh cũng được tăng bậc từ khoảng vài chục Vôn tới khoảng vài nghìn Vôn nhờ một bộ chuyển đổi bên trong các loa tĩnh điện. Các mức điện áp cao này chính là để sản sinh ra các trường tĩnh điện xung quanh màng loa và các stato.

Để tránh hiện tượng đánh lửa điện lẫn nhau giữa các thành phần (hay còn gọi là cung lửa điện – arcing), các stato thường được được phủ một lớp vật liệu cách điện. Mặc dù vậy, nếu một loa tĩnh điện hoạt động quá công suất thì trường tĩnh điện sẽ hút các hạt điện tử tự do từ không khí, làm nó bị i-ôn hóa; quá trình này sẽ tạo nên môi trường dẫn gây nên hiện tượng đánh lửa điện. Nếu màng chuyển động mạnh quá, như là khi âm lượng quá to, chúng sẽ bị đẩy gần với các stato và hiện tượng này cũng sẽ gây ra đánh lửa điện. Hiện tượng đánh lửa điện có thể phá hủy các tấm tĩnh điện do quá trình này sẽ đục thủng các lỗ nhỏ trên màng. Hiện tượng sẽ càng tồi tệ hơn nếu môi trường đặt loa ẩm thấp, bởi khi đó, hơi ẩm làm cho lớp không khí giữa các stato trở nên dễ dẫn điện hơn.

Trong loa tĩnh điện, các tấm tĩnh điện thường được chia nhỏ nhằm giảm thiểu hiệu ứng cộng hưởng màng loa. Một số còn được uốn cong để giảm thiểu hiệu ứng lobing (hiện tượng phát âm không đều) tại các tần số cao. Hiện tượng lobing thường xảy ra khi bước sóng âm nhỏ hơn so với màng loa. Lobing thường tạo ra bởi độ méo tần số cao của loa tĩnh điện mà nhà sáng lập tạp chí Stereophile J. Gordon Holt gọi là hiệu ứng mành dọc (vertical venetian-blind effect), theo đó độ cân bằng tông âm sắc bị thay đổi nhanh chóng và liên tục mỗi khi người nghe dịch chuyển đầu sang bên này hay sang bên kia.

Một trong những đặc trưng của loa tĩnh điện là các tấm tĩnh điện có trọng lượng vô cùng nhẹ. Không giống như ở loa ribbon với màng loa mang dòng tín hiệu âm thanh, các màng tĩnh điện nhất thiết phải như vậy. Chính vì thế, chúng có thể rất mỏng, kích thước thông thường còn mỏng hơn 0,001 inch. Với trọng lượng siêu nhẹ này, chúng sẽ rung và dừng rất nhanh chóng, nâng tốc độ hồi đáp với tín hiệu gần như tức thời. Tương tự loa ribbon, loa tĩnh điện cũng không cần tới thùng loa vì thế không lo bị giảm chất lượng âm thanh do thùng. Cùng với đặc tính là dạng loa phát lưỡng cực với tấm màng được treo trong một khung mở, loa tĩnh điện phát âm với công suất như nhau ở cả mặt trước lẫn mặt sau.  

Loa tĩnh điện cần được đặt đúng vị trí, xa tường hậu thì mới phát huy lợi thế. Ảnh:Instablogsimage.

Do kết cấu tương tự với loa ribbon nên ngoài mặt lợi thế, loa tĩnh điện cũng có những nhược điểm nhất định. Do bản chất là các phát âm lưỡng cực nên việc tìm được một vị trí tối ưu để đặt trong phòng không phải là điều đơn giản. Chúng cần được đặt đúng vị trí nhất định, nhất là phải xa tường hậu mới có thể phát huy lợi thế trường âm rộng của mình. Loa tĩnh điện thường không nhạy, trở kháng thấp, vì thế thường đòi hỏi ampli công suất lớn. Nói chung, khi đề cập đến công nghệ loa tĩnh điện, người ta không trông chờ là công suất cao, dải âm lớn, âm trầm sâu mà các loa này nổi tiếng chủ yếu nhờ vào độ trong, độ mềm mại, độ hồi đáp tức thời, độ chi tiết cũng như độ gắn kết chặt chẽ của âm thanh.

Chính do những ưu và nhược như vậy mà loa tĩnh điện thường được bổ sung thêm một loa trầm hoặc một siêu trầm điện động độc lập để tăng cường chất âm tại tần số thấp, từ đó cải thiện toàn bộ dải âm. Với thiết kế kinh điển gồm loa trầm điện động trong thùng loa riêng kết hợp với các tấm tĩnh điện, một số phiên bản có thể đạt tới chất âm đẳng cấp do tận dụng được lợi thế lớn nhất của cả hai công nghệ. Tuy nhiên, các loa lai kiểu này cũng dễ bị hiện tượng ngắt quãng khi chuyển đổi giữa dải âm trầm do loa trầm điện động phụ trách với âm trung cao do loa tĩnh điện phụ trách. Các bản nhạc với tiết tấu piano liên tục từ thấp đến cao cũng như các đĩa jazz acoustic là những đĩa thuốc tốt để người nghe có thể thử tính năng thể hiện liên tục giữa các dải tần của những loa lai kiểu này.

Một trong những lợi thế lớn của loa ribbon toàn dải hay loa tĩnh điện toàn dải là chúng không có tần số giao cắt do toàn bộ tín hiệu âm đều được thể hiện qua chuyển động của một màng loa. Điều này tránh được hiện tượng ngắt quãng do mỗi dải tần số được phát bởi mỗi loa khác nhau trên các loa điện động. Thêm vào đó, không có bộ điều khiển tần số giao cắt với các điện trở, tụ điện hay cuộn cảm… âm sắc trên các loa này trong, mềm mại và chính xác hơn. Thậm chí ngay cả với các loa lai giữa tĩnh điện và điện động, tần số cắt cũng thường ở mức rất thấp (thường dưới 800Hz), vì thế gần như là không có sự ngắt quãng khi chuyển đổi giữa các loa trên hầu như toàn bộ dải âm.

Cuối cùng, do loa tĩnh điện và loa ribbon hoạt động dựa trên sự chuyển động của toàn bộ tấm màng lớn thay vì chỉ một phần nhỏ diện tích tiếp xúc giữa màng loa và cuộn âm trên loa điện động, nên các loa này cũng hạn chế tối đa hiện tượng vỡ tiếng (breakup) như đối với các loa điện động.