Những khái niệm về Âm thanh nên biết !

Âm thanh là một trong những yếu tố tồn tại hiển nhiên nhất trong cuộc sống của chúng ta. Tất cả mọi người đều “nghe” nhưng chắc ít người thắc mắc về thứ gọi là “âm thanh” mà chúng ta nghe được hàng ngày. Chính vì vậy, Sóng Âm Thanh sẽ dành bài viết này để chia sẻ một số kiến thức về điều “hiển nhiên” mà nhiều người thường bỏ qua kia. Đây sẽ là những thông tin hữu ích mà bạn không muốn bỏ qua đâu.

Âm thanh là gì?

Trước khi tìm hiểu các khái niệm liên quan đến âm thanh, bạn cần phải biết âm thanh là gì? Một cách dễ hiểu nhất, âm thanh là hiện tượng vật thể rung động phát ra tiếng và lan truyền đi trong không khí. Tai của chúng ta nghe được âm thanh là nhờ màng nhĩ. Màng nhĩ nối liền với hệ thống thần kinh.

Quá trình thu nhận âm thanh diễn ra như sau: làn sóng âm thanh từ vật thể rung động phát ra, được lan truyền đi trong không gian tới tai ta, làm rung màng nhĩ theo đúng nhịp điệu rung động của vật thể đã phát ra tiếng. Nhờ đó mà ta nghe được âm thanh. Còn không khí chính là môi trường truyền dẫn âm thanh.

Ngoài ra, âm thanh cũng truyền qua được một số chất khác như chất khí, chất lỏng, chất rắn… nhưng không lan truyền được qua khoảng chân không. Đây chính là lý do tại sao khi ở hai phòng cạnh nhau, chúng ta vẫn có thể nghe được tiếng động ở phòng bên kia.

Bên cạnh đó, có một số chất truyền dẫn âm rất kém. Ví dụ như các chất mềm, xốp như bông dạ hay cỏ khô…Các chất này còn có tên gọi là chất hút âm. Các chất này thường được làm vật liệu để lót tường nhằm cách âm ở các rạp hát, các phòng hát karaoke, phòng cách âm… để hút ẩm, giảm tiếng vang của âm thanh.

Vận tốc truyền lan của âm thanh phụ thuộc vào môi trường truyền âm. Trong hành trình truyền lan,  nếu gặp phải các chướng ngại vật như tường, núi đá, hàng cây… thì phần lớn năng lượng của âm thanh sẽ bị phản xạ trở lại, một phần nhỏ tiếp tục truyền về phía trước. Phần bị phản xạ lại biến thành nhiệt năng tiêu tán đi.

Các thuộc tính của âm thanh

1, Tần số:

Tần số của một số âm đơn là số lần dao động của không khí truyền dẫn âm trong một dây đồng hồ.  Tần số biểu thị độ cao của âm thanh, tiếng trầm có tần số thấp, tiếng bổng có tần số cao. Tần số âm thanh có đơn vị là Héc (Hz).

Tai người có thể nghe thấy được các tần số thấp tới 15 Hz và tần số cao tới 20.000 Hz. Dải tần số 16Hz đến 20.000Hz gọi là siêu âm.

2, Áp suất âm thanh

Áp suất âm thanh còn có tên gọi khác là thanh áp. Âm thanh truyền đến đâu sẽ làm thay đổi áp suất không khí ở đó. Áp suất do âm thanh tạo thêm ra một điểm gọi là thanh áp. Đơn vị thanh áp là bar. Một bar là thanh áp tác động lên một diện tích 1cm2 một lực là 1 đin. 1 bar = 1đin/cm2.

3, Công suất âm thanh

Công suất âm thanh là năng lợng âm thanh đi qua một diện tích S trong một thời gian giây.
Công suất âm thanh P có thể tính bằng công thức:
P = psv.
Trong đó p là thanh áp, v là tốc độ dao động của một phần tử không khí tại đó và S là diện tích. Công suất âm thanh tính theo oát (W).

4, Cường độ âm thanh

Cường độ âm thanh là công suất âm thanh đi qua một đơn vị diện tích là 1cm2.
I = pv
Ba đại lợng áp suất âm thanh, công suất âm thanh, cờng độ âm thanh gắn liền với nhau: P = IS – pvs. Cả ba đều biểu thị độ lớn nhỏ của âm thanh. Âm thanh có năng lợng càng lớn thì công suất, cờng độ và áp suất của âm thanh càng lớn.

Trên đây là những khái niệm cơ bản và chung nhất về âm thanh. Ngoài những kiến thức này, âm thanh còn được chia thành rất nhiều tiểu loại nhỏ khác. Vì vậy, trong dung lượng của bài viết nhỏ này, Trường Ca không thể chia sẻ với bạn tất cả những thông tin mà mình biết được. Cho nên, dưới đây, chúng tôi xin gửi tới bạn một mảng nhỏ của âm thanh đó là các thuộc tính và định dạng của một bản nhạc số. Nó sẽ là những thông tin hữu ích với những ai đam mê âm nhạc, đam mê những kiến thức về làm nhạc.

Các thuộc tính của một bản nhạc số

Để tạo thành một bản nhạc số, người tạo nhạc cần phải thực hiện thu âm trong các phòng thu với rất nhiều thiết bị âm thanh hỗ trợ. Các thiết bị này có chức năng chuyển đổi sóng âm thành tín hiệu số. Tín hiệu số ở đay là những xung điện tử rời rạc. Những “mẩu” rời rạc đó chỉ có thể mô phỏng một cách gần giống nhất với âm thanh thực tế. Quá trình mô phỏng đó được đặc trưng bởi một số thông số:

– Sample: đây là thành phần nhỏ nhất của một bản nhạc số. Là giá trị biên độ của tần số sóng âm tại thời điểm lấy mẫu. Mẫu ở đây là các xung điện tử, mỗi mẫu là một sample.

– Sample Rate: (Sampling Rate, Sample Frequency): đây là số lần lấy mẫu trên một giây, có đơn vị là Hz. Một bản nhạc có sample rate là 44100 Hz thì mỗi giây nhạc sẽ được lấy mẫu 44100 lần.

– BitDepth: để lưu lại dưới dạng số, mỗi mẫu được biểu diễn bằng một lượng bit dữ liệu nhất định, gọi là BitDepth. Những bản nhạc hiện nay thường có BitDepth là 16 bits, 24 bits… BitDepth càng lớn, âm thanh càng sắc nét, trung thực nên nó còn có tên gọi khác là Resolution (độ nét).

– Channel: là thông số kênh của tín hiệu số. Bằng các thuật toán, tín hiệu số được chia thành các kênh để khi nghe bằng hệ thống loa thích hợp sẽ có cảm giác như khi đang nghe nhạc trong không gia thực tế.

Bốn thông số cơ bản trên có thể giúp chúng ta biết được chất lượng và tính được dung lượng của bản nhạc. Ví dụ:

Một phút của bản nhạc có:

Sample rate = 44100 Hz

BitDepth = 16 bits = 2 bytes

Channel = 2 kênh

>>> Có dung lượng: 44100 lần lấy mẫu x 2 bytes x 60 giây x 2 kênh = 10.584.000 bytes, tức khoảng 10.1 MB.

– BitRate: Là thông số thu gọn, đại diện cơ bản cho các thuộc tính trên. Bitrate có đơn vị Kbps (Kilobits per second) – dung lượng (tính theo bit) của âm thanh số trên một giây. Với Bitrate, ta có thể xác định nhanh chóng dung lượng cũng như phần nào chất lượng của bản nhạc. Một phút nhạc 128 kbps có dung lượng khoảng 1 MB và bản nhạc 320 kbps thì chắc chắn sẽ hay hơn bản nhạc 128 kbps.

 

Các định dạng của một bản nhạc số

 

Từ quá trình thu âm, chúng ta thu được một file nhạc WAV có dung lượng rất lớn do là bản gốc, khoảng 10 MB cho mỗi bản nhạc. Bởi vậy, để tiện việc lưu trữ hay chia sẻ, người ta bắt buộc phải tìm cách nén chúng lại dưới các định dạng. Mỗi định dạng là một thuật toán nén nhất định và tỉ lệ nén cũng như chất lượng sau khi nén của bản nhạc cũng khác nhau.

Có hai cách nén chính là nén có mất (tạo ra các file mp3, wav, ogg…) và nén không mất (tạo ra các file nhạc flac, ape…). Khi nén có mất, chương trình nén sẽ cắt bớt đi những dải tần số âm thanh nhất định, từ đó giảm được dung lượng bản nhạc. Tuy nhiên, chất lượng âm thanh sẽ bị giảm đi rõ rệt. Chính vì vậy, bạn càng giảm iets thì định dạng nhạc hay thuật toán mã hóa càng tốt. Còn định dạng ogg, wav có chất lượng tốt hơn. Một lưu ý khác là việc chuyển đổi qua lại giữa các định dạng cũng sẽ làm giảm chất lượng của bản nhạc.

Có nhiều cách nén với các loại bitrate khác nhau. Ví dụ như:

+ CBR (Constant bitrate): bitrate của stream là một hằng số và không thay đổi tại bất kỳ điểm nào của stream.

+ ABR (Average bitrate): stream có thể sử dụng bitrate thay đổi cho mỗi frame nhưng bitrate trung bình của toàn bộ stream là cố định gần giống VBR ngoại trừ kích thước file biết trước nhờ điều chỉnh mức thay đổi quanh giá trị bitrate trung bình ấn định trước.

+ VBR (Variable bitrate): stream có thể sử dụng bitrate thay đổi cho mỗi frame và tùy biến để đạt được bitrate cần thiết cho mỗi frame. Vì vậy, bitrate trung bình không thể xác định trước khi encode hay tính toán cụ thể…

Lưu ý, việc convert lại để tăng bitrate không thể làm tăng chất lượng bản nhạc. Chính vì vậy bạn không nên quá mong chờ vào chất lượng hoàn hảo của nén có mất.

Ngược lại với nén có mất, nén nhạc không mất tuy định dạng không cao (tối đa là 1/3 bản nhạc gốc) nhưng chất lượng âm thanh lại tương đương với bản nhạc gốc. Khi lưu trữ các đĩa nhạc, muốn tiết kiệm dung lượng mà chất lượng không đổi, bạn hãy rip thành các bản nhạc nén không mất.

Với cấu trúc của rip hoặc rar, bạn có thể thấy rằng việc nén không mất lấy đầu vào là âm thanh gốc của CD rồi tìm ra quy luật âm thanh và nén nó lại. Việc nén này không cao vì dữ liệu âm thanh rất đa dạng và sử dụng nhiều dữ liệu. Mỗi album lossless có dung lượng khoảng 300 MB.

Khi giải nén hoặc khi nghe nhạc, điều chắc chắn bạn cảm nhận được là tín hiệu gốc của âm thanh. Điều này là cứu nhân cho những người yêu âm nhạc luôn đòi hỏi âm thanh tủng thực nhưng không có điều kiện có CD gốc hoặc muốn dùng máy tính làm nơi lưu trữ albums.

Trên đây chỉ là một số kiến thức nhỏ trong lĩnh vực âm thanh mà Sóng Âm Thanh muốn chia sẻ với bạn. Dung lượng bài viết này không đủ để nói hết và cụ thể về những kiến thức về âm thanh. Cho nên, chúng tôi sẽ cung cấp thêm thông tin cho bạn ở những bài viết khác. Bạn cũng có thể cho chúng tôi biết những kiến thức khác mà mình muốn biết bằng cách bình luận vào ô bên dưới. Sóng Âm Thanh sẽ cố gắng hồi đáp một cách nhanh nhất!