Tài liệu Giáo trình Kỹ thuật âm thanh - ThS. Hà Đình Dũng

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA THIẾT KẾ VÀ SÁNG TẠO ĐA PHƯƠNG TIỆN ***** GIÁO TRÌNH BÀI GIẢNG (Phương pháp đào tạo theo tín chỉ) TÊN HỌC PHẦN: IT KỸ THUẬT ÂM THANH Mã học phần: CDT1312 PT (03 tín chỉ) Biên soạn ThS. HÀ ĐÌNH DŨNG LƯU HÀNH NỘI BỘ Hà Nội, 11/2014 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................................ vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................................... xi CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ÂM THANH .............................................. 1 Các đại lượng đặc trưng cơ bản của âm thanh .......................................................... 1 1.1 Trường âm ............................................................................................................. 1 1.1.2 Áp suất .................................................................................................................. 1 1.1.3 Tốc độ.................................................................................................................... 1 1.1.4 Công suất (Pa ) ....................................................................................................... 2 1.1.5 Cường độ ............................................................................................................... 2 1.2 IT 1.1.1 Tín hiệu âm thanh và sự thụ cảm của thính giác ....................................................... 2 Độ cao ................................................................................................................... 2 1.2.2 Biên độ .................................................................................................................. 3 1.2.3 Ngưỡng nghe được và ngưỡng tới hạn.................................................................. 3 PT 1.2.1 Đồ thị cân bằng âm lượng ..................................................................................... 4 1.2.4 Dải động và phổ của tín hiệu âm thanh ..................................................................... 5 1.3 1.3.1 Mức tín hiệu âm thanh .......................................................................................... 5 Dải động tín hiệu âm thanh ................................................................................... 6 1.3.2 1.3.3 Phổ tín hiệu âm thanh............................................................................................ 7 1.4 Trường âm ................................................................................................................. 8 1.5 Xử lý tín hiệu âm thanh tương tự ............................................................................ 11 1.5.1 Tín hiệu âm thanh tương tự ................................................................................. 11 1.5.2 Mô hình xử lý tín hiệu ................................................................................... 11 1.6 Xử lý tín hiệu âm thanh số ...................................................................................... 13 1.6.1 Một số thông số cơ bản đặc trưng cho tín hiệu và hệ thống truyền dẫn tín hiệu 13 1.6.2 Tín hiệu âm thanh số ........................................................................................... 14 1.6.3 Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số .................................................... 15 1.6.4 Bộ chuyển đổi A/D ............................................................................................. 15 i Bộ chuyển đổi D/A ............................................................................................. 16 1.6.5 CHƯƠNG 2. 2.1 THIẾT BỊ ÂM THANH ............................................................................... 19 Micro ....................................................................................................................... 19 Đặc tính kỹ thuật của micro ................................................................................ 19 2.1.1 2.1.1.1 Hệ số méo trường âm: ................................................................................. 19 2.1.1.2 Độnhậycủamicro: ..................................................................................... 19 2.1.1.3 2.1.2 Đặctuyếntầnsốcủamicro: ........................................................................... 20 Một số loại micro ................................................................................................ 22 Microđiệnđộng(dynamic) ............................................................................ 22 2.1.2.2 Micro tụ điện ............................................................................................... 23 2.1.2.3 Micro băng (Ribbon microphone) ............................................................... 26 2.1.2.4 Micro than (Carbon microphone) ............................................................... 26 2.1.3 IT 2.1.2.1 Kỹ thuật sử dụng và bảo quản micro .................................................................. 27 2.1.3.1 Kỹ thuật sử dụng ......................................................................................... 27 Hiệuứnglọcrănglược(combfiltereffect): ................................................. 27 2.1.3.3 Luật3-1 ..................................................................................................... 28 2.1.3.4 Chọnvịtríđặtmicro ..................................................................................... 29 2.1.3.5 Cáchcầmvàsửdụngmicro ............................................................................ 29 2.1.3.6 Kỹ thuật bảo quản micro ............................................................................. 30 2.2 PT 2.1.3.2 Loa........................................................................................................................... 30 Đặc tính kỹ thuật của loa..................................................................................... 30 2.2.1 2.2.2 Một số loại loa..................................................................................................... 31 2.2.2.1 Loa điện động.............................................................................................. 31 2.2.2.2 Loa nén ........................................................................................................ 33 2.2.2.3 Loa thùng – loa cột ...................................................................................... 34 2.2.3 Kỹ thuật sử dụng và bảo quản loa ....................................................................... 38 2.2.3.1 Kỹ thuật sử dụng loa ................................................................................... 38 2.2.3.2 Kỹ thuật bảo quản loa ................................................................................. 41 Máy tăng âm (power ampli) .................................................................................... 41 2.3 2.3.1 Sơ đồ khối máy tăng âm ...................................................................................... 41 ii Đặc tính kỹ thuật ................................................................................................. 42 2.3.2 2.3.2.1 Công suất danh định: ................................................................................... 42 Một số kiến thức về máy tăng âm ....................................................................... 45 2.3.3 2.3.3.1 Mạchvàovàcáchđưatínhiệuvào ................................................................. 45 2.3.3.2 Mạchđiệnnguồncungcấpchokhuếchđạivisai............................................. 46 2.3.3.3 Xử lý tín hiệu theo kiểu stereo .................................................................... 47 2.3.3.4 Power ampli xử lý tín hiệu theo kiểu dual mono ........................................ 47 2.3.3.5 Sự xén ngọn hay xén đỉnh (clipping) .......................................................... 48 2.3.3.6 Chọn và sử dụng power ampli .................................................................... 48 2.4 Máy ghi âm ............................................................................................................. 50 Máy ghi âm tương tự ........................................................................................... 50 2.4.2 Máy ghi âm kỹ thuật số ....................................................................................... 51 2.5 IT 2.4.1 Bàn trộn âm, bàn kỹ xảo ......................................................................................... 54 2.5.1 Các thông số cơ bản đặc trưng cho bàn trộn âm (thế hệ IC) ............................... 54 2.5.2 Một số kiến thức về bàn trộn âm ......................................................................... 56 Điềuchỉnhmức(ĐCM) ................................................................................. 56 2.5.2.2 Trộnâm ....................................................................................................... 57 2.5.2.3 Biểuđồmức .................................................................................................. 57 2.5.2.4 Các chứcnăng trênmộtbàn trộnâm ......................................................... 59 2.5.2.5 Điều chỉnh gain trên bàn trộn âm ................................................................ 61 2.5.3 PT 2.5.2.1 Thiết bị tạo kỹ xảo âm thanh (Effect) ................................................................. 64 2.5.3.1 Hiệuứngcủatínhiệuđượclàmtrễ(DelayEffect) ........................................... 64 2.5.3.2 Repeating Delay .......................................................................................... 65 2.5.3.3 DoubleTrack ................................................................................................ 65 2.5.3.4 Hiệu ứng tạo âm vang (reverberation Effect) ............................................. 65 Một số vật tư, thiết bị hỗ trợ khác ........................................................................... 66 2.6 2.6.1 Jack tín hiệu......................................................................................................... 66 2.6.1.1 2.6.1.2 2.6.2 Jackcannon ............................................................................................... 66 Jack6ly:(jack6lycóhailoại)........................................................................... 67 Dây dẫn tín hiệu .................................................................................................. 68 iii 2.6 .2 .1 CHƯƠNG 3. 3.1 BalancevàUnbalance ................................................................................. 68 KỸ THUẬT TRANG ÂM, THU GHI ÂM ................................................. 73 Kỹ thuật trang âm .................................................................................................... 73 3.1.1 Trang âm trong nhà ............................................................................................. 73 3.1.1.1 3.1.2 Cách bố trí loa và hệ thống loa: .................................................................. 74 Trang âm ngoài trời ............................................................................................. 76 3.1.2.1 Trường âm của loa nén................................................................................ 76 3.1.2.2 Cách đấu loa vào máy tăng âm và đường dây............................................. 77 3.1.2.3 Nguyêntắccơbảnkhimắcloa ....................................................................... 78 3.1.2.4 Các phương pháp đấu dây loa ..................................................................... 78 3.2 Kỹ thuật thu ghi âm trong phát thanh...................................................................... 80 Thu ghi âm các chương trình phát thanh theo kiểu truyền thống ....................... 80 3.2.2 Thu ghi âm các chương trình phát thanh theo kiểu hiện đại ............................... 83 3.3 IT 3.2.1 Kỹ thuật thu ghi âm trong truyền hình .................................................................... 84 Quy trình thu ghi âm một số chương trình truyền hình ...................................... 84 3.3.1 Các chương trình tin tức – thời sự............................................................... 84 3.3.1.2 Cácchươngtrìnhphóngsự-tàiliệu-chuyênđề-khoagiáo .............................. 84 3.3.1.3 Các chương trình ca nhạc ............................................................................ 85 3.3.1.4 Các chương trình vui chơi giải trí ghi hình ở trường quay ......................... 85 3.3.1.5 Phim truyền hình ......................................................................................... 86 PT 3.3.1.1 3.3.2 Hệthốngthiếtbịthughiâmtrongstudio .............................................................. 87 3.3.3 Hệ thống thiết bị thu ghi âm số ........................................................................... 89 Kỹ thuật thu ghi âm dùng các thiết bị đơn lẻ .......................................................... 89 3.4 CHƯƠNG 4. KỸ THUẬT LỒNG TIẾNG ........................................................................ 91 4.1 Giới thiệu chung về kỹ thuật lồng tiếng .................................................................. 91 4.2 Thiết bị lồng tiếng ................................................................................................... 91 4.2.1 Thiết bị đường hình ............................................................................................. 91 4.2.2 Thiết bị hiển thị ................................................................................................... 92 4.2.3 Thiết bị lưu trữ dữ liệu ........................................................................................ 93 4.2.4 Thiết bị đường tiếng ............................................................................................ 94 iv 4.2.5 Micro ................................................................................................................... 95 4.2.6 Máy tăng âm ........................................................................................................ 96 4.2.7 Thiết bị kiểm tra .................................................................................................. 96 4.2.8 Mô hình phòng lồng tiếng ................................................................................... 97 4.2.8.1 Phòng lồng tiếng sử dụng các thiết bị tương tự .......................................... 98 4.2.8.2 Phòng lồng tiếng sử dụng thiết bị số ........................................................... 99 4.3 Giới thiệu một số phần mềm lồng tiếng ................................................................ 100 4.4 Kỹ thuật lồng tiếng một số chương trình truyền hình ........................................... 100 Kỹ thuật lồng tiếng chương trình phóng sự, phim tài liệu ................................ 100 4.4.2 Kỹ thuật lồng tiếng chương trình ca nhạc ......................................................... 101 4.4.3 Kỹ thuật lồng tiếng chương trình phim truyền hình.......................................... 102 PT IT 4.4.1 v DANHMỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa bước sóng và chu kỳ tín hiệu ........................... 2 Hình 1-2: Thí nghiệm xây dựng đặc tuyến cân bằng âm lượng ............................................... 4 Hình 1-3: Đồ thị cân bằng âm lượng........................................................................................ 5 Hình 1-4: Dạng của mức tín hiệu ............................................................................................. 6 Hình 1-5: Một số dải động cơ bản ........................................................................................... 7 Hình 1-6: Dạng dao động và phổ tần của đơn âm .................................................................... 8 Hình 1-7: Dạng dao động và phổ tần số của âm phúc ............................................................. 8 IT Hình 1-8: Trực âm – phản âm- vang của một xung âm thanh ................................................. 9 Hình 1-9: Phản xạ âm thanh lên mặt phẳng và tại một góc ..................................................... 9 Hình 1-10: Phản xạ sóng âm lên các mặt cong lõm ............................................................... 10 PT Hình 1-11: Hấp thụ - phản xạ và xuyên âm ........................................................................... 10 Hình 1-12: Dạng tín hiệu âm thanh tương tự ......................................................................... 11 Hình 1-13: Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................................. 12 Hình 1-14: Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................................. 12 Hình 1-15: Tỷ số tín hiệu/nhiễu ............................................................................................. 13 Hình 1-16: Sự hình thành méo phi tuyến ............................................................................... 14 Hình 1-17: Sơ đồ khối mô tả quy trình số hóa tín hiệu âm thanh theo PCM ......................... 15 Hình 1-18: Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi sườn đơn ................................................................ 16 Hình 1-19: Quá trình chuyển đổi tín hiệu PCM sang tín hiệu Analog................................... 16 Hình 2-1: Quan hệ giữa kích thước micro và bước sóng ....................................................... 19 Hình 2-2: Đặc tuyến tần số micro .......................................................................................... 20 Hình 2-3: Các kiểu búp hướng của micro .............................................................................. 20 Hình 2-4: Cấu tạo micro dynamic .......................................................................................... 23 vi Hình 2-5: Biến áp phối hợp trở kháng ................................................................................... 23 Hình 2-6: Cấu tạo micro Condenser ...................................................................................... 24 Hình 2-7: Mô tả cách đấu nối các micro vào Mixer audio..................................................... 25 Hình 2-8: Cấu tạo micro electret ............................................................................................ 26 Hình 2-9: Cấu tạo micro băng ................................................................................................ 26 Hình 2-10: Cấu tạo micro than ............................................................................................... 27 Hình 2-11: Mô tả hiệu ứng lọc răng lược............................................................................... 28 Hình 2-12: Quy ước về số lượng micro ................................................................................. 29 Hình 2-13: Cách chọn và đặt micro ....................................................................................... 29 IT Hình 2-14: Đặc tuyến tần số của loa ...................................................................................... 31 Hình 2-15: Cấu tạo loa điện động .......................................................................................... 31 Hình 2-16: Cấu tạo loa nén .................................................................................................... 33 PT Hình 2-17: Biến áp loa nén .................................................................................................... 33 Hình 2-18: Cấu tạo thùng loa ................................................................................................. 34 Hình 2-19: Đáp tuyến tần số loa toàn dải ............................................................................... 35 Hình 2-20: Loa một đường tiếng và loa 2 đường tiếng .......................................................... 36 Hình 2-21: Tụ điện và cuộn dây trong mạch chia tần số thụ động ........................................ 36 Hình 2-22: Độ dốc cắt, cắt sâu và hệ thống loa 2 đường tiếng, 3 đường tiếng ...................... 37 Hình 2-23: Mạch chia tần số tích cực .................................................................................... 37 Hình 2-24: Sự đồng pha – ngược pha .................................................................................... 39 Hình 2-25: Sự sắp xếp cụm ( cluster) cho độ phân tán âm thanh rộng .................................. 39 Hình 2-26: Sắp xếp loa song song ......................................................................................... 40 Hình 2-27: Kỹ thuật chồng loa giúp cho độ xuyên thấu âm thanh đi xa hơn ........................ 41 Hình 2-28: Sơ đồ khối máy tăng âm công suất nhỏ ............................................................... 42 vii Hình 2-29: Sơ đồ khối máy tăng âm công suất lớn ................................................................ 42 Hình 2-30: Đáp tuyến tần số power amply ............................................................................ 43 Hình 2-31: Sơ đồ khối tổng quát của một amply ................................................................... 45 Hình 2-32: Mạch khuếch đại vi sai ........................................................................................ 46 Hình 2-33: Mạch khuếch đại cổ điển ..................................................................................... 46 Hình 2-34: Mạch khuếch đại cổ điển ..................................................................................... 46 Hình 2-35: Mạch khuếch đại cổ điển ..................................................................................... 46 Hình 2-36: Power amply xử lý tín hiệu theo kiểu stereo ....................................................... 47 Hình 2-37: Dùng switch để chọn chế độ dual – mono hay stereo.......................................... 48 IT Hình 2-38: Tín hiệu hoàn chỉnh và tín hiệu bị xén ngọn (clip) .............................................. 48 Hình 2-39: Sơ đồ nguyên lý máy ghi âm từ tính .................................................................... 50 Hình 2-40: Sơ đồ khối máy ghi loại CD ................................................................................ 51 PT Hình 2-41: Cấu trúc đĩa CD ................................................................................................... 53 Hình 2-42: Sơ đồ phân bố tín hiệu ghi trên đĩa CD ............................................................... 54 Hình 2-43: Sơ đồ mạch điều chỉnh mức ................................................................................ 56 Hình 2-44: Mạch trộn tích cực và thụ động ........................................................................... 57 Hình 2-45: Biểu đồ mức tính toán làm việc với một micro ở đầu vào .................................. 58 Hình 2-46: Hình vẽ so sánh cấu trúc gain giữa hai hệ thống ................................................. 63 Hình 2-47: Bộ tạo vang .......................................................................................................... 64 Hình 2-48: Jack cannon Female và Male ............................................................................... 67 Hình 2-49: Jack 6 ly mono và stereo ...................................................................................... 68 Hình 2-50: Dây Unbalance và Balance .................................................................................. 69 Hình 2-51: Dây và mạch khuếch đại ...................................................................................... 69 Hình 3-1: Sự phản hồi của micro (feedback) microphone ..................................................... 74 viii Hình 3-2: Cách bố trí hệ thống loa tập trung ......................................................................... 75 Hình 3-3: Bố trí loa tập trung và phân tán ............................................................................ 75 Hình 3-4: Trang âm ngoài trời bằng loa nén .......................................................................... 76 Hình 3-5: Nối loa song song .................................................................................................. 79 Hình 3-6: Nối loa nối tiếp ...................................................................................................... 79 Hình 3-7: Nối loa hỗn hợp ..................................................................................................... 79 Hình 3-8: Mô hình kỹ thuật sản xuất các chương trình phát thanh kiểu truyền thống .......... 80 Hình 3-9: Sơ đồ khối quy trình sản xuất các chương trình phát thanh .................................. 81 Hình 3-10: Sơ đồ khối hệ thống thiết bị thu âm khâu hậu kỳ ................................................ 82 IT Hình 3-11: Sơ đồ tổng quát mô tả quy trình sản xuất chương trình truyền hình ................... 84 Hình 3-12: Sơ đồ mô tả quy trình sản xuất chương trình truyền hình có khâu lồng tiếng..... 86 Hình 3-13: Sơ đồ hệ thống thiết bị thu âm tương tự .............................................................. 87 PT Hình 3-14: Sơ đồ hệ thống thu ghi âm số .............................................................................. 89 Hình 4-1: Quy trình lồng tiếng các chương trình truyền hình ............................................... 91 Hình 4-2: Thiết bị card màn hình ........................................................................................... 92 Hình 4-3: Màn hình hiển thị ................................................................................................... 92 Hình 4-4: Ổ cứng lưu trữ ngoài .............................................................................................. 93 Hình 4-5: Thiết ghi đĩa CD .................................................................................................... 93 Hình 4-6: Sơ đồ đấu nối các thiết bị đường hình ................................................................... 94 Hình 4-7: Thiết bị card sound ................................................................................................ 95 Hình 4-8: Các thiết bị trộn tín hiệu ........................................................................................ 95 Hình 4-9: Thiết bị micro ........................................................................................................ 96 Hình 4-10: Thiết bị tăng âm ................................................................................................... 96 Hình 4-11: Loa và micro ........................................................................................................ 96 ix Hình 4-12: Sơ đồ đấu nối thiết bị đường tiếng....................................................................... 97 Hình 4-13: Sơ đồ phòng lồng tiếng sử dụng thiết bị tương tự ............................................... 98 Hình 4-14: Sơ đồ phòng lồng tiếng sử dụng thiết bị số ......................................................... 98 Hình 4-15: Mô hình một phòng thu dubbing ......................................................................... 99 Hình 4-16: Sơ đồ khối tổng quát phòng lồng tiếng sử dụng thiết bị số ............................... 100 PT IT Hình 4-17: Sơ đồ mô tả quy trình sản xuất chương trình truyền hình ................................. 102 x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ gốc Ý nghĩa VTR Video Tape Recorder Bộ ghi băng hình VCR Video Casette Recorder Bộ ghi băng hình casette CD Compact Disk Đĩa compact PT IT Từ viết tắt xi CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ÂM THANH 1.1 Các đại lượng đặc trưng cơ bản của âm thanh 1.1.1 Trường âm Môitrường,trongđócóbứcxạvàlantruyềnsóngâmgọilàtrườngâmthanh(haytrườngâm).Trường âmcóthểlàchấtrắn,chấtlỏnghaykhôngkhínhưngthườngdùngvàcóýnghĩahơncảlàmôitrườngk hôngkhí.Cấutrúccủatrườngâmcóthểđượcxácđịnhrõràngbởisựphânbốvềthờigianvàkhônggia ncủamộttronghaiđạilượngcủatrườngâmlàápsuấtâmthanhhaythanháp(p)vàtốcđộdaođộngâm (v). IT 1.1.2 Áp suất Khicónguồnâmtácđộngvàomôitrườngkhôngkhíthìápsuấtkhôngkhísẽbiếnthiêntănglênhaygi ảmđisovớiápsuấttĩnhcủakhôngkhí.Hiệucủaápsuấtkhicónguồnâmvàápsuấttĩnhcủakhôngkhít ạimộtđiểmtrongtrườngâmgọilàápsuấtâmthanhhaythanháp.Đơnvịthanháptrướcđâythườngd ùnglàµbarhoặcNiutơn/m2(N/m2).HiệnnaytheotiêuchuẩnISOthanhápđobằngPascal(Pa),1P a=1N/m2;p=p – p0.Trongthựctếtathườngbiểuthịthanhápởdạngmức(mứcthanháp)vớiđơnvịđolàđềxiben:N=2 0lgp/p0(dB)trongđó:pthanháp, p thanháplấylàmchuẩn,thanhápchuẩnp làtrịsốthanhápcủangưỡngnghevàbằng2.105N/ 0 PT 0 2 m .Thanháplàđạilượngvôhướng,nótácđộnglênmọihướngnhưnhauvàcótrịsốnhỏ(vídụ:ởkhoả ngcách1mmộtngườinóibìnhthườngchỉtạorathanhápmộtphầntriệuápsuấtkhíquyển). 1.1.3 Tốc độ Khicósóngâmtácđộng,cácphầntửkhôngkhísẽdaođộngxungquanhvịtrícânbằngcủanóvớimộtt ốcđộnàođógọilàtốcđộdaođộngv(tốcđộdịchchuyển).Vềbảnchấttốcđộdịchchuyểnvhoàntoànk hácvớitốcđộlantruyềncủasóngâm. Tốcđộtruyềnlancủaâmthanhphụthuộcvàomôitrườngtruyềnâm,trongkhôngkhíchủyếuphụth uộcvàonhiệtđộKelvin(nhiệtđộtuyệtđối)vàđượcxácđịnhgầnđúngtheobiểuthức:C=331√T0/27 3(m/s) Tºlànhiệtđộtuyệtđốicủakhôngkhí,nếuxétởnhiệtđộ200CtứcTº=293ºKvàápsuấtkhíquyểnbìnht hườngthìâmthanhtruyềnlantrongkhôngkhívớitốcđộC=340m/s(tínhtheocôngthứctrên).Cònt ốcđộdaođộngcótrịsốrấtnhỏvàphụthuộcvàocườngđộâmthanh. Taingườicóthểngheđượccácdaođộngâmthanhcótầnsốtừkhoảng20Hz -:20kHz.Khoảngtầnsốtrêngọilàdảitầnsốâmtần.Giảsửsóngâmlàcácdaođộngđiềuhòathìtrongk hoảngthờigianmộtchukỳsóngâmlantruyềnđượcmộtquãngđườngđúngbằngbướcsóng:  = 𝐶. 𝑇 = 𝐶 1 ; 𝑇= 𝑓 𝑓 1 C làtốcđộtruyềnlan củasóngâm (m/s)T là chukỳdaođộng(s) flà tầnsố (Hz);λbướcsóng (m) Biênđộ Hình 1-1: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa bước sóng và chu kỳ tín hiệu Nếucoidảitầnâmthanhcóthểngheđượctừ20Hz-:=340/20=17m;Min=340/20.000=1,7cmBước sóngλ 20.000Hzthìbướcsóngtươngứngsẽlà:Max Chukỳ T 1.1.4 Công suất (Pa ) Lànănglượngsóngâmthanhlantruyềntrongmộtđơnvịthờigianquamộtdiệntíchbềmặtvuônggó cvớihướnglantruyềncủasóngâm.Nếuthanháppphânbốđồngđềuthìlựcdothanhápgâyracóthểv iếtF=p.S,lựcnàythựchiệnmộtcôngbằngF.dxvàcôngsuấtâmthanhđượcxácđịnh: 𝐹𝑑𝑥 𝑑𝑥 = 𝑝. 𝑆 = 𝑝. 𝑆. 𝑣 𝑑𝑡 𝑑𝑡 IT 𝑃𝑎 = Trongđó:Pacôngsuất(w); plàthanháp;S làdiệntíchtácđộng(m2độngcủamộtphầntửkhôngkhítạidiệntíchđó(m/s). PT Côngsuấtâmthanhnóichungtỷlệvớibìnhphươngápsuấtâmthanh.Tănggấpđôiápsuấtâmthanhs ẽlàmtănggấp4cườngđộtrườngâmthanh,đòihỏigấp4lầncôngsuấtnguồnâmthanh. 1.1.5 Cường độ Cườngđộâmthanhhaythanhlực(I)làcôngsuấtâmthanhtrênmộtđơnvịdiệntíchS:I=Pa/S=p.v. 1.2 Tín hiệu âm thanh và sự thụ cảm của thính giác Chấtlượngâmthanhđượcđánhgiátrêncơsởthụcảmcủathínhgiác.Bởivậy,ngoàinhữngđặctrưng vậtlýmangtínhkháchquancủatínhiệu,cầnphảinghiêncứuảnhhưởngcủanóđếncảmgiácchủqua ncủangườinghe.Nhữngtínhiệudaođộngđiềuhòa(âmđơn)đặctrưngbởibađạilượng:biênđộ,tầns ốvàpha.Nhưngquanhiềuthựcnghiệmchothấyphacủacácdaođộngđiềuhòaítảnhhưởngđếncảm giáccủangườinghenênkhôngđềcập. 1.2.1 Độ cao Tầnsốcủatínhiệuâmthanhsẽtạochongườinghecảmgiácvềđộtrầmbổngcủaâmthanh.Cảmgiác vềđộtrầmbổngcủaâmthanhgọilàđộcaocủaâmthanh,nếutatăngdầntầnsốcủatínhiệuâmthanhtừ 20Hzđến20.000Hzthìtạocảmgiáctăngdầnđộcaocủaâmtừtrầmnhấtđếnbổngnhất.Trongâmtha nh,khoảngthayđổiđộcaocủaâmđượcđặctrưngbởiđạilượngoctave.Octavelàđạilượngdùngđểc hỉkhoảngthayđổiđộcaocủaâmtươngứngvớikhitầnsốthayđổihailần.Nếumỗitầnsốbanđầulàf0t hìmỗioctaveứngvớikhoảngthayđổitầnsốlà: f1=2f0;f2=2f1=22f0 vàfn=2nf0 2 Sốoctavetrongdảitầnsốâmthanhcóthểxácđịnhtheobiểuthứcsau: n=log2(fn/f0)≈log2(3,14lgfn/f0). Nếulấyf0=20Hz,tầnsốcaonhấtfn=20.000Hzthìsốoctavetrongdảiâmtần: n=log2(fn/f0≈3,14lg20.000/20)=10octave. Sựthayđổitầnsốnhỏnhấtmàtaicòncóthểpháthiện(sựthayđổiđộcaocủaâm)gọilàngưỡngvisaith eotầnsố.Ngưỡngvisaiphụthuộcvàotầnsốbanđầu.Đốivớinhữngtầnsốf<500Hzngưỡngvisailớ nhơn1%,ởtầnsốtrungbìnhvàokhoảng0,2÷0,3%,cònởnhữngtầnsốcaof>4.000Hzvàokhoảng0 ,4÷0,5%.Ngoàiracũngcầnlưuýrằngcảmgiácvềsựthayđổiđộcaocủaâmcònphụthuộcvàobiênđ ộcủatínhiệuvàtốcđộthayđổitầnsố. IT 1.2.2 Biên độ Biênđộcủasóngâmthanhlantruyềntrongmôitrườngthườngđượchiểulàmứcthanháphaybiênđộ củatốcđộdịchchuyển.Biênđộđặctrưngchocảmgiácvềđộlớn(âmlượng)củatínhiệuâmthanh,nh ưngâmlượngkhôngchỉphụthuộcvàobiênđộmàcònphụthuộcvàonhiềuyếutốnhưtầnsố,thờigian tácđộngcủanguồnâm. PT 1.2.3 Ngưỡng nghe được và ngưỡng tới hạn Mứcthanhápnhỏnhấtmàtaingườicòncảmthấyđượcsựtồntạicủanguồnâmgọilàngưỡngngheđư ợc.Ngưỡngngheđượcphụthuộcvàotầnsốvàobảnthânngườinghevàphụthuộcvàovịtrícủanguồ nâm.Ngưỡngngheđượctiêuchuẩnởtầnsố1.000Hzcóthanhápp=2.105N/m2.Ởngoàikhoảngtần số16Hzvà20.000Hzngưỡngngheđượckhôngtồntại.Nếutiếptụctăngthanháplênnữathìcảmgiá cvềâmlượngcũngtănglênvàđếnmộtmứcnàođóthìsẽgâycảmgiáckhóchịu.Giátrịthanháplớnnh ấtmàvượtquagiátrịđósẽgâyracảmgiácđautaigọilàngưỡngtớihạnhayngưỡngchóitai.Ngưỡngt ớihạnítphụthuộcvàotầnsốsovớingưỡngngheđược,ngưỡngtớihạntiêuchuẩnởtầnsố1.000Hzcó thanháphiệudụnglàp=20N/m2. Bảng1:Giátrịcácthôngsốâmthanhtạingưỡngngheđượcvàngưỡngtớihạn Thangáp(p) N/m2 -5 Thanhlực(I) W/m2 Tốcđộdaođộng(v) m/s Ngưỡngngheđược 2.10 10-12 5.10-8 Ngưỡngtớihạn 20 10-2 0,5 Đốivớimộtâmđơnnếucứtăngthanhlực(cườngđộ)lên10lầnthìtạoracảmgiáctăngâmlượnglênn hữngkhoảngbằngnhau.NếuthanhlựcbanđầulàI0thìứngvớinhữngkhoảngthayđổiâmlượngnhư nhauthanhlựccógiátrị:I1=10I0;I2=10I1 =100I0;…IM=10MI0.NghĩalàkhităngthanhlựctừI0đếnIMthìtoànbộmứcâmlượngsẽlà:M=lgIM/ I0.Đơnvịâmlượngđượctínhtheobiểuthức(M=lgIM/I0)gọilàBel,ởtầnsố1.000Hztrongmỗikhoả 3 ngâmlượngtrênngườitacònphânbiệtđược10mứcthayđổikhácnhau.N=10lgIM/I0;Đơnvịâmlư ợngnhỏhơnBel10lầngọilàđêxibel(dB). Bảng2:Mứctínhiệutuyệtđốiứngvớigiátrịthanhápvàthanhlựccủatínhiệu N,dB 0 10 20 P,N/m2 I,W/m2 2.10-5 6,3.10-5 2.10-4 2.10-3 2.10-2 2.10-1 2 20 10-12 10-11 10-8 10-4 10 10-10 40 60 10-6 80 100 10-2 120 Mộtđặcđiểmđángchúýnữalàcảmgiácvềngưỡngngheđượcvàngưỡngtớihạnphụthuộcrấtnhiều vàotầnsố.Bằngthựcnghiệmngườitađãxâydựngđượcmốiquanhệgiữachúngđồthịcânbằngâmlư ợng. PT IT 1.2.4 Đồ thị cân bằng âm lượng Độlớncủaâmthanhphụthuộcvàotầnsốnênviệcsosánhđộlớncủanhữngnguồnâmởcáctầnsốkhá cnhaulàđiềurấtkhó.Muốnvậyđộlớncủanguồnâmđangkhảosátđượcsosánhvớiđộlớncủaâmch uẩnởtầnsố1000Hz.Mứcâmlượngởtầnsố1000Hzdùngđểcânbằngvớiâmlượngởnhữngtầnsốkh ácnhaugọilàPhon.Haynói,cảmgiácvềđộtocủaâmthanhgọitắtlàâmlượng(volume)đơnvịđocủa nólàphon.Âmlượngnhỏnhấtmàtaitacònnghethấylà0 phon(ngưỡngnghe),âmlượnglớnnhấtmà taitabắtđầucảmthấynhứctaikhoảng130phon(ngưỡngchóitai).Khinghevớiâmlượngcàngnhỏt hìcàngcảmthấythiếutrầmvàthiếubổng.Vìvậy,muốnkiểmthínhtrungthựccầnnghevớiâmlượng đủlớn.Đểxâydựngđặctuyếncânbằngâmlượnghaycòngọilàđườngđẳngâmtiếnhànhthínghiệmn hưsau. Hình 1-2: Thí nghiệm xây dựng đặc tuyến cân bằng âm lượng Máytạosóngâmtần1cómứcâmlượngchuẩnN1=adB(aphon)ởtầnsố1000Hz.Máytạosóngâmtầ n2đượcđiềuchỉnhởnhữngtầnsốkhácnhauvàứngvớimỗitầnsốnàyphảithayđổimứcâmlượngN2 saochongườinghecócảmgiácâmlượngcủahainguồnâmlànhưnhau,cónghĩalàâmlượngcủahain guồnâmđãđượccânbằng.NếuthayđổiN1từngưỡngngheđược4dBđếnngưỡngtớihạn140dBvàt hayđổitầnsốtừ16Hzđến20.000Hzthìcóthểvẽđượctấtcảcácđườngcânbằngâmlượng(hayđồthị cácđườngđẳngâm). 4 Hình 1-3: Đồ thị cân bằng âm lượng 1.3 IT Từđồthịtathấyrằngđườngcongbiểudiễncảmgiácnghetobằngnhauởcáctầnsốkhácnhaugọilàđư ờngđẳngâm(đườngđẳngthính).Cácđườngđẳngthínhởcácmứckhácnhauhợpthànhhọđườngđẳ ngthính.Khuvựcngheđượcgiớihạntrongmộtkhoảngkhárộng:nhạynhấtlàởkhoảngtầnsốtừ200 0Hzđến3500Hz,ởtầnsốthấpvàtầnsốcaongưỡngngheđềugiảmđi. Dải động và phổ của tín hiệu âm thanh PT 1.3.1 Mức tín hiệu âm thanh Khixétnhữngdaođộngâmthanhtachỉquantâmđếngiátrịhiệudụngcủanó,bởivìthínhgiáckhôngt hểghinhậnđượcgiátrịtứcthờimàchỉghinhậnđượcnănglượngâmthanhtrungbìnhtrongkhoảngt hờigiannhấtđịnh.Cảmgiácvềâmlượngchỉđượcxáclậpkhithờigiantácđộngkhoảng200µs,thời giannàygọilàthờigianthíchứngcủathínhgiác.Nếuhaitínhiệuâmthanhtácđộngcáchnhaumộtkh oảngthờigiandưới50µsthìkhinghehaitínhiệuđósẽlẫnlàmmột,nếuthờigian đóvượtquá50µsthìhaitínhiệuđóhoàntoàntáchbiệt.Nhưvậyđủthấyrằnggiátrịcựcđạicủatha nhápsẽkhôngđượcghinhậnnếutồntạitrongkhoảngthờigiandưới200µs.Nghĩalàkhảnăngg hinhậncủathínhgiáckhôngchỉdonănglượngâmthanhtạithờiđiểmđóquyếtđịnhmàcảnănglư ợngtrướcđónữa. NănglượngtrungbìnhtrongkhoảngthờigianTcóthểxácđịnhtheobiểuthức: 𝐸(𝑡1) = 1 𝑇 𝑡1 𝑒 𝑡 1 −𝑡 𝑇 𝜑 2 𝑡 𝑑𝑡 ; 0 Trong đó: 𝑡 1 −𝑡 𝑒 𝑇 là hàm trọng lượng; E(t1) là năng lượng âm thanh trung bình;T:khoảngthờigiantínhgiátrịtrungbìnht1 :thờiđiểmđangxét; (t)giátrịbiếnthiêntứcthờicủatínhiệu. Mứctínhiệuđượcđolàmộtthiếtbịđặctrưnggồmmộtbộchỉnhlưumộtbộtíchphânvàthườnggọilà bộchỉthịmứctínhiệu.TừbiểuthứcthấyrằnggiátrịE(t)phụthuộcvàothờiđiểmchọnt1,chonênmức dB 5 độngcũngphụthuộcvàot1.Tứclàgiátrịđođượcphụthuộcvàothamsốthờigiancủamáyđo.Mứctín hiệuâmthanhthườngđượcbiểudiễnbằngdBsovớingưỡngngheđược. Hình 1-4: Dạng của mức tín hiệu Trongkỹthuậtâmthanhthườngdùngkháiniệmtínhiệugầncựcđạivàtínhiệugầncựctiểu.Tínhiệu gầncựcđạiNmaxlàtínhiệucóxácxuấtvượtquámộtgiátrịchotrướclàrấtnhỏ,vídụxácsuấtW=0,02. Mứctínhiệugầncựcđạithườngđượcsửdụnglàrấthãnhữuvàthờigiantồntạicũngrấtngắn,nênthực tếkhôngđóngvaitròquantrọng.Còntínhiệugầncựctiểucóxácxuấtvượtquágiátrịchotrướclàrấtlớ ngầnbằng1,vídụxácsuấtW=0,98. PT IT 1.3.2 Dải động tín hiệu âm thanh Trongkỹthuậttruyểntảiâmthanh,khoảngbiếnđộngvềmứctínhiệutừgiátrịcựctiểuđếncựcđạiđư ợcđịnhnghĩalàdảiđộng.Haynóihiệucủamứctínhiệugầncựcđạivàgầncựctiểugọilàdảiđộngcủa tínhiệu.Dảiđộnglàthôngsốrấtquantrọngcủatínhiệu,mỗithiếtbịđềuđượctínhtoánvớimộtdảiđộ ngnhấtđịnh. Trongâmnhạccũngđịnhnghĩadảiđộngcủanhạckhílàđộchênhlệchgiữamứcâm(haymứcthanhá p)caonhấtvàthấpnhấtcủanhạckhíkhidiễntấutrongmộtphòng.Điềuđánglưuýlàkhóđịnhnghĩa mứcâmthấpnhấtcủanhạckhímộtcáchchínhxác,bởinócònphụthuộcvàomứctạpâmnềncủaphò ngbiểudiễn-điềumàtrongthựctếkhôngthểtáchkhỏiâmthanhcủanhạckhí. Dảiđộngcủamicrophone:đólàkhoảngcáchtínhtừmứcđiệnáptạpâmcủabảnthânmicrophoneđế nmứccaonhấtmàmicrobắtđầubịméotiếng(bãohòa). Dảiđộngcủahệthống:chotabiếtkhoảngbiếnđộngvềmứccủatoànhệthốngkỹthuậtchuyểntảitín hiệu,trongđócầnphânbiệtdảiđộngcựcđạivàdảiđộnghiệudụng,tứclàkhoảngbiếnđộngthựctếch ophépsửdụngcólưuýtớidựphòngbãohòavàcáchlyvớimứctạpâm.Cầnlưuýrằng,nhữngconsốq uyđịnhvềdảiđộngkỹthuậtphụthuộcvàoviệcápdụngcáctiêuchuẩnkhácnhautrongphươngpháp xácđịnhmứctạpâmcủahệthốngthiếtbịvàcóthểsailệchnhautới10dB. 6 Hình 1-5: Một số dải động cơ bản IT Khichuyểntảitínhiệuanalogtathườngdùngloạithiếtbịphùhợpnhấtlàđồnghồđomứctínhiệuđiề uchế.Đólàloạiđồnghồchỉthịmức“cậnđỉnh”,tứclàgầnđỉnh.Khichuyểntảitínhiệudigitaltanêns ửdụngloạiđồnghồđogiátrịđỉnhthựcsự,vànócóthểchỉthịmứccaohơntới10dB.Trườnghợpdùng cácđồnghồđomứcđiềuchếthôngthườngtrongkỹthuậtanalogcầncóđộdựphòngđiềuchếđểtránh bịbãohòatínhiệu. PT Cuốicùng,dảiđộngcònđượcthuhẹplạithànhdảiđộngcủatínhiệuhaydảiđộngchươngtrìnhđược xửlýbởihệthốngđiệnthanhthườngnhỏhơndảiđộngcủaâmthanhrấtnhiềuvìnhữnghạnchếcủahệ thốngđiệnthanh,việcthuhẹpdảiđộngsẽlàmgiảmchấtlượngâmthanh.Sauđâylàdảiđộngcủamột sốnguồnâm. Dạngtínhiệu Dảiđộng(DdB) Lờinói 25-:-35 Ca,kịch 45-:-50 Dànnhạcnhỏ 55-:- 60 Dànnhạcgiaohưởng Tínhiệuđiệnthanh(tínhiệuđiệnâmtần) 80 40 1.3.3 Phổ tín hiệu âm thanh Phổtầncủatínhiệuâmthanhlàsựmôtảbiênđộcủacácthànhphầntínhiệutheotầnsố.Thôngthường trụchoànhlàthangtầnsốlogahoặcthangdảibátđộ(phầnbátđộ)vớimỗiđiểmđượcvẽnhưtrungbìn hnhâncủacáctầnsốgiớihạndải.Thôngthườngthangtungđộlàmứcápsuấtâmthanh.Hiệuphatínhi ệuthườngđượcbỏqua(trừkhichúngảnhhưởngtớimứcâmthanh)dochúngthayđổithậtlớntheovịt ríđo,nhấtlàtrongmôitrườngphảnxạ. Phổtínhiệuâmthanhđaphầnlàphổvạch.Phổliêntụcchỉchiếmtỷlệnhỏ.Phổtổhợpbaogồmcácvạc hmạnhchồngchậplênphôngphổliêntục,Vídụnhưphổcủatiếngnhạcviolong,gióthổi,tiếngồncủ aquạtcóđộngcơ.Âmđơnlàâmthanhcódaođộnghìnhsinvìvậyphổtầnsốcủaâmđơncómộtvạchn hưhìnhvẽ.Âmphứclàâmthanhcódaokhôngphảilàhìnhsin,nólàtổnghợpcủacácdaođộnghìnhsi 7 ncótầnsốvàbiênđộkhácnhau.Vìvậyphổtầnsốcủaâmphứcbaogồmnhiềuvạch,biểuthịchocáchà ikhácnhaunhưhình1.7,Hàiâmcótầnsốthấpnhấtlàhàicơbản,cáchàikháccótầnsốdaođộnggấp2, 3,4…lầnhàicơbảngọilàhàibậchai,bậcba,bậcbốn. PT IT Hình 1-6: Dạng dao động và phổ tần của đơn âm Hình 1-7: Dạng dao động và phổ tần số của âm phúc Phổtầnsốâmthanhchobiếthàicơbảncủaâmthanh,cáchàibậccaovàtỷlệbiênđộcủacáchàibậccao sovớihàicơbản,tỷlệnàyquyếtđịnhsắctháicủaâmthanh.Chínhvìvậy,khihainhạccụphátracùng mộtnốtnhạcnhưnhautaingườivẫnphânbiệtđượclànhờâmsắccủachúngkhácnhau. 1.4 Trường âm Trongmộtkhônggiankhépkíncácsóngâmlantruyềntrựctiếptừnguồnâmđếnngườinghehayđến microphoneđólàâmthanhbứcxạtrựctiếphaycòngọilàtrựcâm.Khiđậpvàocácbềmặtngăncáchn hư(tường,trần,sàn…cácđồvậttrongstudio)mộtphầnsóngsẽphảnxạtrởlạiđólàâmphảnxạhayp hảnâm.Hiệntượngphảnxạkhôngchỉxảyramộtlầnmàcứlặpđilặplại,mỗilầngặpchướngngạithì mộtphầnnănglượngâmbịtiêuhaovàovậtliệucấutạocủavậtđótagọilàhiệntượnghấpthụâmthan h.Tuynhiênhiệntượngphảnxạâmcònphụthuộcvàonănglượngâm.Nhữngâmthanhphảnxạlầnt hứnhấtgọilàphảnâmbậc1,chúngthườngcónănglượnglớn(chỉnhỏhơntrựcâm)vàtáchbiệtthành nhữngphảnxạrờirạc.Nghĩalàcókhoảngcáchthờigiangiữaphảnâmbậc1của“tiaâm”nàyvớiphả nâmbậcmộtcủa“tiaâmkhác”,tùythuộchìnhdạngkíchthướccủaphòng. Cácphảnâmbậc1cóýnghĩavôcùngquantrọngđốivớisựcảmnhậnvềkhônggiancủaphòngthu,ch odùtrongthựctếtakhócóthểnghetáchbiệtchúngrakhỏitínhiệuchung.Cácphảnâmbậc2,bậc3… 8