GIÁO TRÌNH ÂM THANH CHUYÊN NGHIỆP LIVE SOUND REINFORCEMENT

“Giáo trình Âm Thanh Chuyên Nghiệp Live Sound Reinforcement” là một tài liệu quan trọng dành cho những người quan tâm đến lĩnh vực âm thanh, đặc biệt là trong việc cải thiện hiệu suất âm thanh trực tiếp (live sound reinforcement). Đây là một chủ đề quan trọng trong ngành công nghiệp âm nhạc, âm thanh sự kiện và giải trí, và giúp tạo ra trải nghiệm âm thanh chất lượng cho khán giả trong các buổi biểu diễn trực tiếp.

Nội Dung Dự Kiến Của Giáo Trình:

1. Giới Thiệu Về Live Sound Reinforcement:
   • Khái niệm về live sound reinforcement.
   • Vai trò quan trọng của âm thanh trong sự kiện trực tiếp.
2. Cơ Bản Về Hệ Thống Âm Thanh:
   • Các thành phần cơ bản của hệ thống âm thanh.
   • Loa, mixer, ampli, micro và các thiết bị khác.
3. Nguyên Tắc Cơ Bản Của Live Sound Reinforcement:
   • Nguyên tắc âm thanh, sóng âm và hiệu ứng phản xạ.
   • Cách điều chỉnh và cân bằng âm thanh để đảm bảo chất lượng.
4. Thiết Kế Hệ Thống Âm Thanh:
   • Lựa chọn và sắp xếp loa theo đúng không gian sự kiện.
   • Phân tích và định dạng hệ thống âm thanh tối ưu.
5. Quản Lý Tín Hiệu:
   • Quản lý và điều chỉnh tín hiệu từ các nguồn âm thanh khác nhau.
   • Kỹ thuật trộn âm, điều chỉnh EQ và hiệu ứng âm thanh.
6. Xử Lý Và Điều Khiển:
   • Sử dụng các thiết bị xử lý tín hiệu để tối ưu hóa âm thanh.
   • Điều khiển từ xa và quản lý hệ thống.
7. Xử Lý Vấn Đề:
   • Xử lý các vấn đề âm thanh thường gặp như hú, rè, méo tiếng.
8. Thực Hành:
   • Thực hiện các bài tập và thực hành để áp dụng kiến thức vào thực tế.

“Giáo trình Âm Thanh Chuyên Nghiệp Live Sound Reinforcement” là tài liệu cung cấp kiến thức quý báu cho những người muốn nắm vững cách cải thiện hiệu suất âm thanh trong các sự kiện trực tiếp. Tài liệu này giúp bạn hiểu rõ về các thành phần của hệ thống âm thanh, cách điều chỉnh và quản lý âm thanh một cách chuyên nghiệp, tạo nên trải nghiệm âm nhạc và âm thanh tốt nhất cho khán giả.

Bản chất của âm thanh – The Nature of Sound

Chương này là những thông tin cơ bản tiếp theo của âm thanh, một số ít trong đó là ý niệm sai lầm đáng tiếc đã lây lan trong nhiều học viên thiếu kinh nghiệm tay nghề được giảng dạy tại lớp pro-sound thực sự, trong số những học viên học âm thanh nói chung. Các bạn nên đọc lại hàng loạt chương này tối thiểu hai lần thật triệt để bảo vệ hiểu rõ tường tận nội dung .

Sóng âm thanh (Sound Waves)

Hình 2.1 và 2.2 hiển thị chuyển động của một cái loa đang tái tạo lại âm thanh cơ bản nhất, chẳng hạn như của một âm thoa hay trong các thiết bị đơn giản của organ điện tử hay synthesizer.
Khi cone (vành loa hình nón) loa di chuyển ra phía ngoài (Hình 2.1-B) không khí ngay trước mặt loa bị nén vượt quá áp suất không khí bình thường. Dòng khí nén sau đó di chuyển ra ngoài và gây thêm áp lực lên các hạt không khí ở mặt trước của nó, lần lượt di chuyển ra phía ngoài và nén với các hạt sau, và lập lại. Như thế, một làn sóng nén được tạo ra trong đó áp lực bị biến thiên nhanh chóng một tập hợp các hạt không khí và tiếp theo là sóng bị di chuyển ra phía ngoài.
Khi cone loa di chuyển vào bên trong (Hình 2.1-D) nó tạo ra một phần chân không, hay giãn nở (còn gọi là loãng khí). Các hạt không khí ở phía trước cone loa sẽ quay trở lại để lấp đầy chỗ giãn nở, các hạt này cũng bắt đầu di chuyển trở lại, bởi vậy sau đó các hạt phía sau sẽ vòng ra phía ngoài. Theo cách này, một sóng bị giãn nở cũng được biến thiên từ một tập hợp các hạt không khí cho tới khi nó theo sau những lực nén cùng tốc độ. Mỗi lần cone loa tạo ra sự nén và giãn nở, sau đó trở lại điểm khởi đầu, là đã hoàn thành một chu kỳ (cycle) của sóng âm thanh.
Cone loa tiếp tục di chuyển theo cách tương tự (hình 2.2), nó tạo ra một loạt việc nén và giãn nở liên tục ra phía ngoài, biến thành một hiệu ứng gợn sóng. Những gợn sóng giống như sự biến thiên của áp suất không khí như thế này là những gì tai chúng ta nghe và phát hiện ngay lập tức, sau đó được phiên dịch là đó là một loại âm thanh. Mặc dù những đợt sóng di chuyển ra ngoài từ nguồn của nó, hạt không khí tự chúng không di chuyển xa hơn mức cần thiết để tiến tới một sự nén bên ngoài, thay vào đó sau đó nó được hút trở lại bằng cách giãn nở, kế tiếp, lặp đi lặp lại tiến trình suốt thời điểm của âm thanh.
Trong một khu vực mở, trống trải, sóng âm thanh đi xa khỏi nguồn của nó theo cách mà chúng ta có thể tạm ví như sóng bề mặt tạo ra trong ao nước, khi ném vào đó một viên sỏi. Khi sóng di chuyển ra phía ngoài, chúng lan tỏa năng lượng của mình trên một diện tích lớn hơn và lớn hơn nữa, giảm bớt chiều cao lại cho đến khi khoảng cách từ nguồn không còn phát hiện được nữa. Sóng âm, tỏa ra trong bất kỳ các mô hình ba chiều nào, hơn là trên mặt phẳng, thí dụ như bề mặt của nước.

Trong một khu vực kín, chẳng hạn như một căn phòng hay thính phòng, âm thanh có khuynh hướng hoạt động khá giống như những con sóng tạo ra bởi một viên sỏi rơi vào bể cá (hình 2.3). Nếu các bức tường, sàn và trần nhà là trần trống, âm thanh trải qua sự phản âm rất nhiều trước khi nó biến ra ngoài. (Điều này cũng tương tự như cách ánh sáng hoạt động trong một căn phòng được lót bằng gương, ngoại trừ một điều là với ánh sáng, nó xảy ra nhanh hơn nhiều). Kết quả được gọi là reverbration (vang dội), một loạt tiếng lập lại (echo) rất gần nhau không thể phân biệt, có thể nghe được giống như sự phân rã (decay) liên tục theo sau những âm thanh ban đầu.
Với mỗi sự dội âm, một số năng lượng trong các sóng này sẽ bị mất dần bởi bề mặt phản xạ, cho đến khi cuối cùng nó được hấp thu hoàn toàn. Một người trong phòng đầu tiên sẽ nghe những âm thanh trực tiếp từ nguồn, sau đó là những âm thanh phản xạ từ các bề mặt trong phòng. Cách thức mà điều này xảy ra là một phần lớn nguyên nhân cho những gì thường được gọi là tính âm (acoustic) của phòng.
Khi phòng có thêm nội thất, rèm, thảm, v.v, tác động này sẽ xảy ra tương tự như trong hồ cá khi thực vật và các vật liệu xốp có nhô lên mặt nước hay không (hình 2.3 ). Ở phòng như vậy, sóng tiếp tục khuếch tán và bị hấp thụ bởi các vật thể bổ sung và bề mặt xốp, đã làm cho âm thanh phân rã nhanh hơn. Mức độ và loại reverberation trong một căn phòng rất quan trọng đối với âm thanh. Tùy thuộc vào tình huống, nó sè đem đến cả hai điều: hạnh phúc lẫn tai họa.
Nếu thêm vào đủ lượng reverberation, việc biểu diễn sẽ hoàn hảo hơn. Nhưng, có số lượng quá mức thì có thể là một cơn ác mộng cho cả người biểu diễn và khán giả. Số lượng tối ưu của reverb trong bất kỳ môi trường nào cũng có thể thay đổi tùy theo việc chúng ta đang khuếch đại tiếng nói hay âm nhạc, và còn liên quan tới loại âm nhạc nào nữa.

Hình 2.2 Đây là một thời gian tiếp xúc thực của một phần sóng âm thanh được phát ra từ loa.

Được triển khai rất phát minh sáng tạo bằng giải pháp quét một micro nhỏ gắn với một bóng đèn neon đồng điệu với ánh sáng để hiện lên ngay lập tức quy trình tiến độ nén từ từ của sóng khi đi qua camera. Giả sử loa 15 ”, tần số liên tục phát ra sẽ khá cao về trình tự thí dụ là 5.000 Hz. Lưu ý đây là quy mô rất hẹp của hầu hết nhất của sóng ( những điểm ở vùng phía trên và dưới, độ dB sẽ thấp hơn nhiều, và sẽ phần đông không nghe được ). Điểm đặc trưng này là một nguyên do chính tại sao loa horn tần số cao được xử dụng trong âm thanh, dùng để phát tán những tần số cao một cách thích hợp, đồng đều hơn cho người theo dõi .. Tuy nhiên, không phải mọi mạng lưới hệ thống thực thi việc này đạt được cùng một mức độ hiệu suất cao, một chủ đề sẽ đàm đạo trong chương 9 .

Tốc độ của âm thanh (The Speed of Sound)

Trong bất kỳ vật chất nhất định nào, âm thanh không thay đổi tốc độ khi rời khỏi nơi nó xuất phát. Tốc độ nhanh như thế nào là tùy thuộc vào vật chất đó. Thí dụ trong nước, âm thanh di chuyển nhanh hơn bốn lần so với khi nó ở trong không khí. Trong thép hay sắt, tốc độ của âm thanh nhanh khoảng mười lăm lần so với trong không khí. Sự khác biệt này có thể khá dễ dàng chứng minh bởi hai người, nói với nhau cách khoảng 50 mét dọc theo một lan can bằng sắt hay đường rầy xe lửa. Nếu một người đọc “rap” trên đường sắt với một cái búa, người thứ hai sẽ nghe thấy âm thanh hai lần, một lần nghe những rung động đi qua các rào chắn và một lần nữa sau khi nó với đi ở tốc độ thấp hơn trong không khí. Âm thanh cũng đi với tốc độ khác nhau thông qua các loại khí gas. Giọng nói the thé giống như đứa trẻ của một người đã hít hơi heli từ một quả bóng là kết quả của các sóng âm thanh vận tốc cao hơn trong hơi gas heli khi nó đi qua các hộp thoại (voice box) và miệng.
Trong không khí, vật chất mà chúng ta đang chú trọng nhất, tốc độ của âm thanh là khoảng 344 mét/giây (1.130 feet / giây). Sóng âm truyền qua không khí đều ở tốc độ này dù nó là nhỏ nhẹ hay lớn, tần số thấp hay cao, có tính chất đơn giản hay phức tạp, bởi vì tốc độ này là bình thường, không bị ảnh hưởng với những thay đổi của áp suất.
Tốc độ của âm thanh thay đổi rất ít theo nhiệt độ, độ ẩm và áp suất khí quyển, trừ khi các yếu tố này ảnh hưởng đến tính chất vật lý (độ đàn hồi và mật độ) của không khí. Đây là một vấn đề cho các nhạc công chơi nhạc cụ có cao độ hay bị tăng giảm do những thay đổi nói trên (chủ yếu là nhạc cụ hơi). Đối với nhiều sự tính toán thực tế đều có liên quan đến pro-sound, mặc dù, tất cả các sóng âm thanh có thể giả định là được di chuyển với tốc độ nêu trên.

Biên độ (Amptitude)
Sức mạnh, hay cường độ của sóng âm tại một thời điểm tức thời trong một thời gian được gọi là biên độ (amptitude) của nó. Trong hình 2.4, biên độ được thể hiện là khoảng cách theo chiều dọc (chiều cao và chiều sâu) của sóng ở trên và dưới mức giữa. Đây là miêu tả sự thay đổi áp suất nén (phía trên mức giữa) và mở rộng (bên dưới mức giữa)) sinh ra trong không khí bởi sóng âm thanh, và cũng có thể miêu tả cho các tín hiệu điện trong các mạch nội bộ của hệ thống âm thanh. Thuật ngữ biên độ có nghĩa tương tự như khối lượng (volume), độ lớn (loudness), và mức độ áp lực âm thanh (sound pressure level), và vài tên khác. Có sự khác biệt quan trọng, nhưng tinh tế giữa chúng, sẽ được thảo luận trong chương 3 và 4.

Hình 2.4 Sóng tương đương với biên độ khác nhau được hiển thị trên trình tự (time line) hay màn hình máy hiện sóng (oscilloscope).

Lưu ý rằng ở bên trái, chỉ có độ cao khác nhau, không phải chiều dài. Điều này sẽ còn dùng cho những bộ khuếch đại, tăng sức mạnh của tín hiệu mà không đổi khác tần số hay dạng sóng thiết yếu của nó. Loại biến hóa biên độ này cũng hoàn toàn có thể được dùng bằng cách hiển thị nó trên một đồ thị biến hóa theo chiều dọc, như bạn thấy ở bên phải. Hình đồ thị của tập hợp những sóng âm hoàn toàn có thể được lê dài ra hay bị giảm đi, theo chiều dọc hay ngang, tùy theo thời hạn và biên độ được xử dụng .

Tần số (Frequency)

Tỷ lệ của bất kỳ loại chuyển động nào tự lặp lại chính nó được gọi là tần số. Đối với sóng âm thanh, tần số được đo bằng chu kỳ (cycle) trên mỗi giây, hay hertz. Thí dụ, trong một giây, nếu một cone loa đã hoàn tất việc chuyển động thứ hai được mô tả trong hình 2.1, tần số của nó sẽ là một chu kỳ / giây, hay một hertz (Hz). Nếu chuyển động này xảy ra một trăm lần mỗi giây, tần số (và hình thành các sóng âm thanh) sẽ là 100Hz. Nếu chuyển động xảy ra một nghìn lần mỗi giây, tần số của nó sẽ là 1000Hz hay kilohertz (1kHz). Khi tần số không kéo dài trọn một giây, tần số nói về số của chu kỳ (cycle) đó sẽ xảy ra nếu nó được để tiếp tục cho một tuần hoàn thứ hai với tỷ lệ tương tự.
Tai của con người có khả năng nghe suốt một giải tần số được gọi là phổ âm thanh, hay đơn giản là giải âm tần nghe được. Nói chung, phạm vi này được coi là từ 20Hz lên đến 20.000 Hz (20kHz). Trong các giới hạn xấp xỉ này, tần số phù hợp chặt chẽ với các cảm giác về cao độ âm thanh (pitch) tạo ra trong tai (tần số cao hơn, sẽ nghe được cao độ âm nhạc (pitch musical) cao hơn).
Phổ âm thanh là một giải tần kéo dài khoảng mười bát độ (octave), hay nhân đôi tần số. Các khái niệm về một bát độ là vấn đề cơ bản trong việc nghiên cứu âm nhạc, nhưng rất hữu ích và quan trọng trong việc nghiên cứu âm thanh nói chung nữa. Bát độ miêu tả một tỷ lệ (tỷ lệ 2:1), và nó là tỷ lệ giữa các tần số khác nhau mà tai chúng ta nghe chấp nhận, chứ không phải giá trị số thực tế giữa các tần số. Thí dụ, mức giữa của phổ âm thanh không phải là số Hz ở khoảng giữa 20 và 20.000 (mà sẽ là 10.010). Đúng hơn, nó là ở giữa số lượng các bát độ từ 20 đến 20.000 Hz, đó là khoảng 640Hz (xem hình 2.5).
Mười bát độ (octave) của phổ âm thanh có thể tưởng tượng như là một keyboard organ, tạo ra tất cả các âm thanh mà đôi tai của con người có thể nghe được. Mỗi âm thanh có những đặc điểm của nó, chủ yếu là do: (1) các tần số có liên quan, (2) sự tương đối của cường độ, và (3) cách thức mà các tần số và cường độ thay đổi theo thời gian.

Hình 2.5 Các đường phân chia của phổ âm thanh thực ra là hơi độc đoán.

Thông thường, điểm giữa của phổ là dùng cho những mục tiêu kỹ thuật, khoảng chừng 1 kHz. Giải tần rất rộng của mạng lưới hệ thống âm thanh tiêu biểu vượt trội chỉ cần nhân bản từ khoảng chừng 40H z đến 14 kHz. Trong thực tiễn, thậm chí còn ngay cả những ( tin hay không, tùy ) tần số cực thấp và cao này đều dùng với hầu hết những ứng dụng âm nhạc. Tuy nhiên, việc định rõ bên trên giải thiết yếu nhiều lúc hoàn toàn có thể là tín hiệu đặc trưng mà thiết bị hoàn toàn có thể đạt đến tần số cần có với hiệu suất cao hài hòa và hợp lý .

Phổ âm thanh cũng có thể được chia thành nhiều nhóm thập phân (decades), là ngôn ngữ âm thanh dùng để chỉ các giải tần nằm trong phạm vi tỷ lệ mười-một (ten-to-one). (Điều này cũng được gọi là một thứ tự của cường độ, các nhịp đếm được thể hiện bằng việc bổ sung một số không vào cuối của bất kỳ số nào). Các giải tần âm thanh có nhịp đếm khoảng ba nhóm thập phân: từ 20Hz đến 200Hz, từ 200Hz đến 2000Hz, và từ 2000Hz đến 20.000 Hz. Điều này có ích để chia phổ âm thanh, bởi vì thiết bị loa riêng biệt trong các ứng dụng pro-sound vốn đã bị hạn chế với khoảng một nhóm thập phân của giải tần số hiệu quả (điều này sẽ được giải thích trong chương 9).
Cần lưu ý rằng tai của chúng ta nhạy cảm với tần số biến đổi khác nhau trong phổ âm. Một số tần số nghe được dễ dàng hơn là những tần số khác, và các giới hạn trên dưới của đường phân chia không có nghĩa là bất di bất dịch. Thay vào đó khả năng nghe dần dần sẽ giảm đối với hai cực âm phổ (và cũng có thể rất khác nhau giữa mỗi người). Nó sẽ được giải thích trong chương 3 lý do tại sao điều này và đặc điểm đặc biệt khác của tiến trình cảm tính của con người có ý nghĩa quan trọng trong việc xử dụng hệ thống âm thanh.

Bước sóng (Wavelength)
Liên quan chặt chẽ đến tần số của sóng âm là bước sóng (wavelength) của nó (xem hình 2.6). Thuật ngữ này mô tả độ dài một sóng có tần số nhất định sẽ di chuyển trong không khí trong thời gian cần thiết để hoàn thành một chu kỳ. Đó cũng là khoảng cách giữa các điểm giống nhau ở hai chu kỳ liên tiếp khi nó di chuyển từ gốc của chúng. Âm thanh di chuyển trong không khí ở cùng một tốc độ, bước sóng sẽ khác nhau tỷ lệ nghịch với tần số (tần số cao hơn, bước sóng ngắn hơn).
So sánh như sau có thể hữu ích. Hãy tưởng tượng chúng ta đang quan sát một hàng người diễu hành ra khỏi cửa, tất cả đều cùng một tốc độ. Nếu những người này ra khỏi ngưỡng cửa với một khoảng thời gian bình thường (tần số), và tất cả họ đi cách nhau cùng một khoảng cách (bước sóng). Nếu họ giữ cùng một tốc độ mà tăng gấp đôi tỷ lệ mà họ đã đi qua các ô cửa (nhân đôi tần số), sau đó họ sẽ đi cách nhau chỉ có một nửa khoảng cách (một nửa bước sóng). Được coi là cách khác nổi bật hơn, người ở trong hàng với khoảng cách ngắn có thể nói qua một người quan sát với tần số lớn hơn mà họ đã làm khi khoảng cách xa hơn.

Hình 2.6

Bước sóng khác nhau tỷ suất nghịch với tần số ( nhân hai tần số bằng 50% bước sóng. ) Bước sóng dài hơn, sẽ uốn cong thuận tiện hơn chung quanh nguồn của nó cũng như chung quanh những chướng ngại trên đường đi của nó .

Mối quan hệ này được thể hiện theo công thức:
Bước sóng (λ) = tốc độ của âm thanh (~ 1130ft / giây)
Tần số (Hz)

Một sóng âm thanh 20Hz dài khoảng 17 mét (~ 56 feet), trong khi một sóng 20kHz chỉ khoảng 17millimeters (~ hai phần ba của một inch). Bước sóng giữa hai cực tùy theo công thức trên (tỷ lệ nghịch với tần số). (Để tham khảo, ở chương 9 sẽ có một biểu đồ của các bước sóng tương đối đúng của phổ âm).
Khái niệm về bước sóng đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế các speaker, horn và tweeter cho phù hợp, cũng như phải hiểu cách xử lý sóng âm trong các môi trường vật lý khác nhau. Nguồn âm thanh rất nhỏ hay nhẹ không thể phát ra âm thanh tốt hơn so với các bước sóng mà nó tạo ra. Đây là lý do chính để giải thích tại sao các thiết bị loa tần số thấp (low frequency speaker) sẽ lớn hơn nhiều so với các thiết bị loa tần số cao (high frequency speaker) khác. Thực ra, thiết bị tần số thấp sẽ quá lớn để có sự hữu dụng, do đó, thường dùng horn tần số thấp (low frequency horn) hay thùng loa với kích thước và thiết kế đã được thoả thuận..
Chiều dài của một sóng âm cũng ảnh hưởng đến khả năng vượt qua những chướng ngại khác nhau trong đường đi của nó, chẳng hạn như tường ngăn, cột trụ, cơ thể con người và đầu người. Bước sóng ngắn (tần số cao) có khuynh hướng phản xạ hay bị hấp thụ bởi những chướng ngại như vậy, trong khi các bước sóng dài nhất của phổ âm (tần số thấp) có khuynh hướng di chuyển chung quanh hay băng qua mọi thứ trên con đường phát tán của nó.

Sóng Sin (Sine wave)
Dạng cụ thể của áp lực sóng tạo nên một âm thanh, phải được rõ ràng, phải xác định rõ loại dao động nào tạo ra chúng. Đối với thí dụ cơ bản nhất về vật lý, có thể, những âm thanh của một âm thoa, được dùng trong nhiều thế kỷ trước đây trên các công cụ điều chỉnh cao độ của nhạc cụ cho thích hợp, được tạo ra bởi loại dao động cơ bản nhất, được gọi là chuyển động họa âm đơn giản (simple harmonic motion).
Một con lắc đong đưa qua lại và một quả cân nhấp nhô lên xuống, khi ở cuối chu kỳ sẽ chậm lại, là thí dụ để quan sát loại chuyển động này dễ dàng hơn. Hãy nhớ rằng con lắc được xử dụng trong đồng hồ cổ hồi xưa khi gần hết năng lượng vẫn không đổi thời gian lắc. (Nói cách khác, nó vẫn duy trì tần số đặc trưng của mình bất kể biên độ của nó ra sao).
Âm thoa, tất nhiên, di chuyển vào ra nhanh chóng đủ để tạo ra sóng âm thanh nghe rõ, nhưng có rất nhiều loại dao động tương tự. Khi vỗ nó, các nhánh của nó phản ứng bằng cách rung với dao động đơn giản, áp không khí chung quanh dao động y như nó. (Nốt nhạc La (A) 440Hz là tần số thông dụng nhất, mặc dù họ vẫn còn sản xuất một số loại tần số tương ứng với nốt nhạc khác nhau, không phải ai cũng chuyển sang dùng bộ điều hưởng điện tử) (electronic tuners)
Cách trình bày loại chuyển động bằng đồ thị từ những rung động của một âm thoa có thể hình dung bằng cách gắn cây bút vào một trong các ngạnh như minh họa trong hình 2.7.
Một miếng giấy di chuyển ở tốc độ bình thường với cây bút chạm vào giấy nhẹ nhàng, dao động của âm thoa sẽ hiện ra.

Căn nguyên của dạng sóng, biểu lộ hoạt động của họa âm đơn thuần theo cùng một lịch trình, sẽ là một dạng sóng sine. Đây là loại sóng cơ bản nhất để tạo thành toàn bộ những sóng âm thanh, không có ngoại lệ. Thực ra, do định luật hoạt động cơ bản của vật lý và phân tử, mỗi loại dạng sóng, hoàn toàn có thể bị toán học, âm học và điện tử chia nhỏ chính nó thành những thành phần sóng sine. Khi dùng những thuật ngữ tần số ( frequency ) và bước sóng ( wavelength ), người ta thường giả định để chỉ một thành phần sóng sine trong âm thanh. Như sẽ thấy, năng lực trích xuất những thành phần sóng sine tương quan đến một âm thanh và cũng có tầm quan trọng đến thính giác của chính con người. Trước khi đi vào những dạng sóng phức tạp, chương này sẽ trình làng thêm 1 số ít khái niệm cơ bản .

Âm phổ (Sound Spectra)
Sóng sine là viên gạch cơ bản của âm thanh, nó hiếm khi được tạo ra ở dạng tự nhiên bởi bất kỳ nguồn vật lý nào khác, ngoài âm thoa đã được đề cập ở trên. Những âm điệu (tone) ngắn gọn nghe được ở các điện thoại, những tone thử nghiệm liên tục được phát ra bởi sóng của các đài truyền hình, và một số âm thanh của máy chơi game là những thí dụ khác của âm thanh mặc dù chúng đã được tạo ra bằng điện tử. Do tình trạng của nó như là một viên gạch, sóng sine có ích cho việc thử nghiệm (chúng được dùng cho hầu hết các trắc nghiệm về thính giác cũng như trong thử nghiệm thiết bị âm thanh nói chung). Sóng sine nguyên bản không thay đổi tần số và biên độ thường được coi như là vô hồn, đơn điệu (nghĩa đen là monotones), buồn tẻ, hay đơn giản là tinh khiết, nguyên bản (pure). Theo ý nghĩa này, nghe một sóng sine mà tần số và biên độ không đổi giống như nhìn vào một viên gạch đơn thuần, không thuộc cái nhà nào cả.

Các âm thanh tất cả chúng ta nghe được, thường thì tạo thành từ một hỗn hợp những thành phần của sóng sine với nhau hoàn toàn có thể được gọi là sự phân bổ âm phổ ( spectrum ) hay sự phân bổ nguồn năng lượng ( energy distribution ) của bất kể vật thể nào phát ra âm thanh. ( * ) Trong trường hợp âm thanh của âm nhạc, những tần số ăn khớp với nhau theo một cách trật tự đủ để có một chất lượng đặc biệt quan trọng làm hài lòng người nghe khi sắp xếp những đoạn nhạc. ( Âm thanh đó có nhiều tiếng ồn như thể không có sự sắp xếp ngăn nắp, tất cả chúng ta chỉ xem xét về góc nhìn âm nhạc, thay vì nghe chú ý đến nhiều hỗn hợp ngẫu nhiên của tần số ). Đàn dây, có lẽ rằng là loại thông dụng nhất của thành phần xê dịch ( vibrating element ) được xử dụng trên toàn quốc tế, là một minh họa tốt để hiểu âm nhạc được tạo ra bằng cách nào .
Đầu tiên hãy xem xét chính sợi dây đàn, chỉ cần lê dài giữa hai vật vững chãi. Khi gảy nó, như một lò xo nó nhanh gọn trở lại và lại bật ra, mỗi hoạt động tiếp nối trở nên hơi nhỏ hơn so với trước cho đến khi ở đầu cuối nó dừng lại. Sợi dây đàn đã hoạt động theo cách này, thực sự rung cùng lúc trong nhiều chính sách khác nhau, mỗi một trong những cái đó được nhận dạng là một hoạt động của sóng sin trong một tần số đặc biệt quan trọng ( xem hình 2.7 ) .
Chế độ rung bao trùm hàng loạt chiều dài của dây đàn, với sự hoạt động tối đa ở giữa sợi dây, là họa âm tiên phong ( first hamonic ), gọi tắt là âm gốc ( fundamental ). Các âm gốc tạo ra cao độ chính, nghe được như một nốt nhạc của dây đàn .
Những họa âm khác ( 2, 3, 4, 5, v.v. được gọi là bội âm của dây đàn ( string’s overtones ) là tác dụng của chính sách rung có tương quan đến sự chia nhỏ tổng chiều dài của dây đàn. Định nghĩa, họa âm là một tần số là bội số nguyên ( có nghĩa là, nhân với 1 số ít nguyên : 1, 2, 3, 4, 5, v.v. ) của những âm gốc .
Giống như răng, nhánh của một âm thoa, bản thân dây đàn cứa trong không khí mà không mất nhiều nguồn năng lượng của mình để tỏa ra không khí. Nếu dây đàn được gắn với một guitar thùng ( hay những nhạc cụ thân rỗng ), thùng đàn sẽ tạo ra sự cộng hưởng để phân phối với xê dịch của dây đàn. Không giống như hộp cộng hưởng của một âm thoa chỉ cần phân phối có một tần số, thùng guitar phải cộng hưởng cho rất nhiều những tần số. Hình dạng cong đặc biệt quan trọng của nó là để triển khai điều này .

Tuy nhiên, thùng guitar vẫn đáp ứng dễ dàng với một số tần số hơn là những vật khác. Kết hợp của cộng hưởng bao gồm tất cả các rung động của tấm gỗ và khoang bên trong được vẽ dưới dạng một đường biểu diễn đáp ứng tần số (frequency reponse curve), hay đường biểu diễn cộng hưởng (resonance curve). Đồ thị dưới đây (hình 2.9) cho thấy mức độ mà thùng đàn sẽ đáp ứng với dao động của bất kỳ tần số nhất định nào.

( * ) Mỗi âm thanh ( sound ) đã có phổ tần số ( spectrum of frequencies ) riêng của mình, không nên nhầm lẫn với phổ âm ( audio spectrum ), là toàn bộ những tần số nghe được của con người. Spectra là dạng thức số nhiều của âm phổ ( spectrum ) .

Hình 2.9

Một đường cộng hưởngnhư thế này miêu tả cho mức độ mà mỗi tần số tạo ra bởi dây đàn hay loại giao động khác, được khuếch đại bởimột nhạc cụ hay nguồn âm thanh khác. Đặc tính này là một góc nhìn chính của những gì được sửa đổi bởimột EQ và / haymicrophone. ( Các bảng là hiển thị tiêu biểu vượt trội của một guitar thùng hay viola ) .
Các yếu tố rung ( dây đàn-string ) và cộng hưởng ( thùng guitar ) tích hợp với nhau để tạo ra âm phổ của một nốt nhạc nhất định cho guitar. Chính sợi dây đàn tạo ra âm gốc của những cao độ âm nhạc và bổ trợ thêm những họa âm, có tần số biến hóa tỷ suất với nhau giống như những nốt nhạc khác nhau được chơi, do đó duy trì sự đối sánh tương quan về họa âm của nó. Thùng guitar sau đó xác lập mức độ tần số nào sẽ được tăng cường thêm cho tần số đó nằm trên những đỉnh của đường màn biểu diễn sự cộng hưởng. Kết quả là những âm phổ cho ra những âm thanh của nốt nhạc chất lượng âm sắc đặc trưng của nó chơi trên một cây đàn guitar, theo truyền thống cuội nguồn được gọi là âm sắc ( timbre ) của nó ( phát âm là “ tamber ” ). Những âm sắc của âm thanh một nhạc cụ đóng một vai trò quan trọng trong việc được cho phép ( plays a vital role in allowing ), thí dụ, nốt Mi ( E ) chơi trên guitar nghe khác với cùng nốt đó chơi trên bất kể loại nhạc cụ nào ( hay guitar khác mà chính đặc tính vật lý dẫn tới việc âm phổ bị khác đi ) .
Trong 1 số ít nhạc cụ, ví dụ điển hình như nhạc cụ hơi bằng gỗ ( woodwinds ), không dùng sự cộng hưởng riêng không liên quan gì đến nhau ; lưỡi gà là một yếu tố để giao động và những nốt nhạc được xác lập bằng cách những nhạc công kiểm soát và điều chỉnh chiều dài của cột không khí trong nhạc cụ ( gần tương tự với việc trấn áp nốt nhạc cộng hưởng của một ống nghiệm, chai lọ hay ấn định nó bằng cách cho vào một số lượng nước nhất định ). Trong những nhạc cụ khác, ví dụ điển hình như trumpet và trombones, cử động đôi môi của nhạc công là một thành phần xê dịch. Nhưng trong những loại khác, như sáo ( flute ) và ống tiêu ( recorders ), không có sự giao động vật lý nào, toàn bộ những rung động tạo ra là do một luồng không khí xoay chiều nhanh gọn qua ống. Trong mỗi trường hợp, đặc biệt quan trọng là cấu trúc vật lý và cách chơi nhạc cụ đem lại những phổ âm riêng và do đó là chất lượng âm điệu riêng của nó. Sự độc lạ giữa những khái niệm của những thành phần rung và cộng hưởng này, mặc dầu có 1 số ít hiểu biết quan trọng về những góc nhìn của âm thanh, hoàn toàn có thể được trấn áp bởi một mạng lưới hệ thống âm thanh, và lại có những góc nhìn khác lại hoàn toàn có thể không ( xem lại hình 2.9 ). Điều này sẽ được bàn luận thêm phần nào trong chương 6 và 17

Phase và sự can thiệp (Phase and Interference)

Một đặc thù mê hoặc và quan trọng về hoạt động của sóng sine là mối quan hệ ngặt nghèo với hoạt động vòng quanh. Đây là cơ sở cho việc đo lường và thống kê phase của sóng ( wave’s phase ). Nghiên cứu giữa mối quan hệ đặc biệt quan trọng của phase với những sóng âm thanh hoàn toàn có thể rất phức tạp, nhưng mục tiêu của giáo trình này là sự thiết yếu duy nhất để hiểu được những sáng tạo độc đáo cơ bản .
Hình 2.10 cho thấy đồ thị của một sóng sine vẽ như thể một chiếu quay của một vòng tròn có nửa đường kính bằng với biên độ đỉnh ( peak ) của sóng. Trong hình minh họa này, điểm X1 trên vòng tròn được cho là quay theo vòng tròn của nó tại tần số là điểm X2 trên sóng sine. Nếu cả hai mở màn hoạt động củanó cùng lúc ở không độ, vị trí thẳng đứng của nó ( biên độ ) sẽ giống hệt nhau ở mọi thời gian trong chu kỳ luân hồi tương ứng .
Khi chu kỳ luân hồi đạt đến 90 độ, biên độ tích cực ( nén ) là ở đỉnh giá trị của nó. Ở 180 độ, biên độ lại là không ; ở biên độ 270 độ âm ( lan rộng ra ) là ở đỉnh giá trị của nó. Tại 360 độ ( giống như không độ ), biên độ một lần nữa là không và lại mở màn chu kỳ luân hồi tiếp theo .

Hình 2.10
Sự liên quan giữa một hình tròn và một sóng phase

Khi hai hay nhiều sóng tương tác với nhau, biên độ của nó được bổ trợ về mặt đại số. Trong một thí dụ đơn thuần ( hình 2.11 ), khi hai sóng sine cùng một tần số và biên độ được chồng lên với nhau mở màn cùng một lúc ở không độ ( cùng phase – in phase ), tác dụng cho ra một sóng sine với biên độ gấp đôi biên độ của mỗi sóng. Các sóng này được gọi là sự can thiệp thiết kế xây dựng lẫn nhau. Nếu cũng hai sóng đó, được chồng lên nhau với một sóng mở màn từ không độ và sóng khác ở 180 độ, biên độ của nó sau đó sẽ đối xứng nhau đúng mực ( lệch phase 180 độ, out of phase ), và được gọi là sự can thiệp phá hoại lẫn nhau ( destructively ), trong trường hợp này nó trọn vẹn triệt tiêu lẫn nhau. Nếu hai sóng có tần số và biên độ đồng đều được chồng với bất kể mối quan hệ phase khác tương quan đến nhau ( with respect to one another ), nó sẽ có lúc là can thiệp kiến thiết xây dựng, và có lúc khác là can thiệp phá hoại. Nói cách khác, điều này như hoàn thành xong một phần hay toàn phần ( sự can thiệp kiến thiết xây dựng ) hay triệt tiêu một phần hay toàn phần ( sự can thiệp phá hoại ). Trong thiên nhiên và môi trường âm thanh nghe được, sóng ít khi triệt tiêu nhau trọn vẹn, thưởng thức của chúng tôi thường chỉ có triệt tiêu một phần. Các mối quan hệ đại số cùng loại cũng như vậy cho toàn bộ những loại tương tác của sóng âm thanh .
Sóng âm từ hai nguồn khác nhau tương tác theo cách so sánh với những sóng tạo ra bởi hai rối loạn riêng không liên quan gì đến nhau trên mặt nước ( Hình 2.11 ) Lưu ý rằng những loại can thiệp kiến thiết xây dựng và phá hoại khác không làm biến hóa đường đi của một loạt những sóng. Sự can thiệp của nó tại bất kể điểm nào chỉ cần cộng thêm mức độ của biên độ tích cực hay xấu đi thiết yếu để vượt qua sóng dọc theo trên hành trình dài đi ra ngoài của nó. Tuy nhiên, thính giả ở bất kể vị trí nào, sẽ nghe thấy những tần số khác nhau đến mức độ mà họ nghe thấy tăng hay giảm ở những vị trí lắng nghe đơn cử. Điều này rất quan trọng, vì với mạng lưới hệ thống có nhiều vị trí đặt loa, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể mong đợi những âm thanh này biến hóa phần nào khắp người theo dõi, ngay cả khi âm thanh được phát tán hiệu suất cao bởi những loa .

Hình 2.11 Những tương tác cơ bản của sóng với nhau.

Các dạng sóng phức tạp ( Complex Waveforms )
Như đã lý giải, mỗi âm thanh có riêng phổ tần số của mình mà tiến trình nghe có năng lực xác lập là âm điệu đặc biệt quan trọng của âm thanh đó. Mặc dù, những tần số tương ứng đến mỗi âm thanh truyền đồng lúc qua không khí như thế nào ? Để vấn đáp điều này, có lẽ rằng nên nhìn những piston loa một lần nữa, trong trường hợp này sẽ nhân bản ra một dạng sóng phức tạp như một note nhạc chơi trên piano .
Hình 2.12 cho thấy một phổ tần số tiêu biểu vượt trội tương quan đến nốt nhạc La ( A ), 220H z ( dưới nốt nhạc A một bát độ ) chơi trên đàn piano. ( Ngẫu nhiên, họa âm thứ bảy là tối thiểu ở đây vì điểm gõ của búa so với dây đàn piano trong trường hợp này vô hiệu có hiệu suất cao bội âm đặc biệt quan trọng này ). Khi âm gốc và toàn bộ những bội âm được chồng lên như đã miêu tả trong phần trước đây về phase và sự can thiệp, nó phối hợp để cho ra một dạng sóng phức tạp mà hoàn toàn có thể xuất hiệnhơi giống như biểu lộ trong hình 2.12. Dạng sóng này cũng gần như sẽ tiêu biểu vượt trội cho những hoạt động của vành loa ( cone ) để nhân bản ra một âm thanhtương tự .
Trên trong thực tiễn, những dạng sóng trong thí dụ minh họa dưới mang theo một lượng lớn dạng thức, người nghe đều thấy chúng có âm thanh tương tự như nhau, nếu không giống nhau. Điều này xảy ra khi những tần số tương quan đến âm thanh của nhạc cụ được nhân bản bằng loa trong những mối quan hệ lệch phase với nhau. Ngoài ra, mỗi tần số trong âm thanh thường gồm có nhiều sóng sine chung một tần số phối hợp trong một loạt những mối quan hệ phase. Đây là hiệu quả của những âm thanh phát ra từ một khu vực to lớn, hơn là chỉ từ một điểm, và cho biết thêm một sự tinh xảo và tính cách tự nhiên không thiếu ( fullness ) nhất định về âm thanh. Trong thực tiễn, hình dạng đặc biệt quan trọng của một dạng sóng phức tạp, tuy nhiên, gần như là không quan trọng bằng phổ tần số chứa nó .
Lưu ý rằng dạng sóng như sóng vuông, sóng tam giác và sóng răng cưa trong thực tiễn không đơn thuần. Sóng vuông, rất thông dụng để thử nghiệm trong phòng thí nghiệm thiết bị âm thanh, và những dạng sóng đơn thuần khác hoàn toàn có thể thuận tiện tổng hợp bởi những nhạc cụ điện tử cơ bản nhất. và chúng cũng chứa âm phổ và những thành phần sóng sine của riêng mình .. Một sóng vuông, trên thực tiễn gồm có một sóng cơ bản và sau đó là dãy số lẻ của họa âm ( 1, 3, 5, 7, 9, v.v. như trong hình 2.13 ). Thí dụ khác, sóng răng cưa, là một quy mô triết lý của một sợi dây cong và những hợp âm giọng hát của con người ( mặc dầu trong trong thực tiễn nó phức tạp hơn nhiều ) .
Hình 2.14 cho thấy sóng răng cưa hoàn toàn có thể được chia ra nhiều thành phần sóng sine đơn cử. Một khi chúng được tạo ra, dạng sóng như vậy thực sự hoạt động giải trí đơn thuần theo âm phổ tần số ( thành phần sóng sine ) tương quan, như bất kể âm thanh nào khác .

Hình 2.12

Hình 2.13 Lưu ý ở đây là khi họa âm lẻ được thêm vào trong một phase thích hợp và cân đối, các cạnh bên sẽ dốc hơn và bắt đầu trải phẳng ra. Khi các họa âm lẻ đủ số lượng đúng theo tỉ lệ, kết quả cho ra một sóng vuông. Một sóng vuông hoàn hảo nhất sẽ có những họa âm lẻ vượt ra ngoài phần cuối phía trên của phổ âm thanh ( đến vô cực ). Dưới đây là hiển thị tác dụng lên tới 29 họa âm .

Xem thêm: Kinh nghiệm hay để tuyển dụng nhân lực hiệu quả

Hình 2.14 Các thành phần sóng sine của một sóng răng cưa. Giản dị, chỉ có sáu họa âm đầu tiên được hiển thị ở đây. Khi thêm vào tần số cao hơn, cácxung đột (wriggles) có thể dàn xếp để cho ra sóng răng cưa nhọn, được thể hiện bởi các đường chấm chấm. Tương tự như vậy, một sóng răng cưa nguyên bản cũng dễ dàng chia nhỏ thành các thành phần sóng sine của nó, về cả hai mặt, âm học và điện tử.

— — — — – Hết chương 2 — — — — –

Source: https://laodongdongnai.vn
Category: Chia Sẻ Kiến Thức