Góc k? thu?t

Ch??ng này là các thông tin c? b?n ti?p theo c?a âm thanh, m?t s? trong ?ó là quan ni?m sai l?m ?ã lây lan trong nhi?u h?c viên thi?u kinh nghi?m ???c ?ào t?o t?i l?p pro-sound th?c s?, trong s? nh?ng h?c viên h?c âm thanh nói chung. Các b?n nên ??c l?i toàn b? ch??ng này ít nh?t hai l?n th?t tri?t ?? b?o ??m hi?u rõ t??ng t?n n?i dung.

Sóng âm thanh (Sound Waves)

Hình 2.1 và 2.2 hi?n th? chuy?n ??ng c?a m?t cái loa ?ang tái t?o l?i âm thanh c? b?n nh?t, ch?ng h?n nh? c?a m?t âm thoa hay trong các thi?t b? ??n gi?n c?a organ ?i?n t? hay synthesizer.
Khi cone (vành loa hình nón) loa di chuy?n ra phía ngoài (Hình 2.1-B) không khí ngay tr??c m?t loa b? nén v??t quá áp su?t không khí bình th??ng. Dòng khí nén sau ?ó di chuy?n ra ngoài và gây thêm áp l?c lên các h?t không khí ? m?t tr??c c?a nó, l?n l??t di chuy?n ra phía ngoài và nén v?i các h?t sau, và l?p l?i. Nh? th?, m?t làn sóng nén ???c t?o ra trong ?ó áp l?c b? bi?n thiên nhanh chóng m?t t?p h?p các h?t không khí và ti?p theo là sóng b? di chuy?n ra phía ngoài.
Khi cone loa di chuy?n vào bên trong (Hình 2.1-D) nó t?o ra m?t ph?n chân không, hay giãn n? (còn g?i là loãng khi?). Các h?t không khí ? phía tr??c cone loa s? quay tr? l?i ?? l?p ??y ch? giãn n?, các h?t này c?ng b?t ??u di chuy?n tr? l?i, b?i v?y sau ?ó các h?t phía sau s? vòng ra phía ngoài. Theo cách này, m?t sóng b? giãn n? c?ng ???c bi?n thiên t? m?t t?p h?p các h?t không khí cho t?i khi nó theo sau nh?ng l?c nén cùng t?c ??. M?i l?n cone loa t?o ra s? nén và giãn n?, sau ?ó tr? l?i ?i?m kh?i ??u, là ?ã hoàn thành m?t chu k? (cycle) c?a sóng âm thanh.
Cone loa ti?p t?c di chuy?n theo cách t??ng t? (hình 2.2), nó t?o ra m?t lo?t vi?c nén và giãn n? liên t?c ra phía ngoài, bi?n thành m?t hi?u ?ng g?n sóng. Nh?ng g?n sóng gi?ng nh? s? bi?n thiên c?a áp su?t không khí nh? th? này là nh?ng gì tai chúng ta nghe và phát hi?n ngay l?p t?c, sau ?ó ???c phiên d?ch là ?ó là m?t lo?i âm thanh. M?c dù nh?ng ??t sóng di chuy?n ra ngoài t? ngu?n c?a nó, h?t không khí t? chúng không di chuy?n xa h?n m?c c?n thi?t ?? ti?n t?i m?t s? nén bên ngoài, thay vào ?ó sau ?ó nó ???c hút tr? l?i b?ng cách giãn n?, k? ti?p, l?p ?i l?p l?i ti?n trình su?t th?i ?i?m c?a âm thanh.
Trong m?t khu v?c m?, tr?ng tr?i, sóng âm thanh ?i xa kh?i ngu?n c?a nó theo cách mà chúng ta có th? t?m ví nh? sóng b? m?t t?o ra trong ao n??c, khi ném vào ?ó m?t viên s?i. Khi sóng di chuy?n ra phía ngoài, chúng lan t?a n?ng l??ng c?a mình trên m?t di?n tích l?n h?n và l?n h?n n?a, gi?m b?t chi?u cao l?i cho ??n khi kho?ng cách t? ngu?n không còn phát hi?n ???c n?a. Sóng âm, t?a ra trong b?t k? các mô hình ba chi?u nào, h?n là trên m?t ph?ng, thí d? nh? b? m?t c?a n??c.

Trong m?t khu v?c kín, ch?ng h?n nh? m?t c?n phòng hay thính phòng, âm thanh có khuynh h??ng ho?t ??ng khá gi?ng nh? nh?ng con sóng t?o ra b?i m?t viên s?i r?i vào b? cá (hình 2.3). N?u các b?c t??ng, sàn và tr?n nhà là tr?n tr?ng, âm thanh tr?i qua s? ph?n âm r?t nhi?u tr??c khi nó bi?n ra ngoài. (?i?u này c?ng t??ng t? nh? cách ánh sáng ho?t ??ng trong m?t c?n phòng ???c lót b?ng g??ng, ngo?i tr? m?t ?i?u là v?i ánh sáng, nó x?y ra nhanh h?n nhi?u). K?t qu? ???c g?i là reverbration (vang d?i), m?t lo?t ti?ng l?p l?i (echo) r?t g?n nhau không th? phân bi?t, có th? nghe ???c gi?ng nh? s? phân rã (decay) liên t?c theo sau nh?ng âm thanh ban ??u.
V?i m?i s? d?i âm, m?t s? n?ng l??ng trong các sóng này s? b? m?t d?n b?i b? m?t ph?n x?, cho ??n khi cu?i cùng nó ???c h?p thu hoàn toàn. M?t ng??i trong phòng ??u tiên s? nghe nh?ng âm thanh tr?c ti?p t? ngu?n, sau ?ó là nh?ng âm thanh ph?n x? t? các b? m?t trong phòng. Cách th?c mà ?i?u này x?y ra là m?t ph?n l?n nguyên nhân cho nh?ng gì th??ng ???c g?i là tính âm (acoustic) c?a phòng.
Khi phòng có thêm n?i th?t, rèm, th?m, v.v , tác ??ng này s? x?y ra t??ng t? nh? trong h? cá khi th?c v?t và các v?t li?u x?p có nhô lên m?t n??c hay không (hình 2.3 ). ? phòng nh? v?y, sóng ti?p t?c khu?ch tán và b? h?p th? b?i các v?t th? b? sung và b? m?t x?p, ?a? la?m cho âm thanh phân ra? nhanh h?n. M?c ?? và lo?i reverberation trong m?t c?n phòng r?t quan tr?ng ??i v?i âm thanh. Tùy thu?c vào tình hu?ng, nó sè ?em ??n c? hai ?i?u: h?nh phúc l?n tai h?a.
N?u thêm vào ?? l??ng reverberation, vi?c bi?u di?n s? hoàn h?o h?n. Nh?ng, có s? l??ng quá m?c thì có th? là m?t c?n ác m?ng cho c? ng??i bi?u di?n và khán gi? . S? l??ng t?i ?u c?a reverb trong b?t k? môi tr??ng nào c?ng có th? thay ??i tùy theo vi?c chúng ta ?ang khu?ch ??i ti?ng nói hay âm nh?c, và còn liên quan t?i lo?i âm nh?c nào n?a.

???c th?c hi?n r?t sáng t?o b?ng ph??ng pháp quét m?t micro nh? g?n v?i m?t bóng ?èn neon ??ng b? v?i ánh sáng ?? hi?n lên ngay l?p t?c giai ?o?n nén d?n d?n c?a sóng khi ?i qua camera. Gi? s? loa 15?, t?n s? liên t?c phát ra s? khá cao v? trình t? thí d? là 5.000 Hz. L?u ý ?ây là mô hình r?t h?p c?a ph?n l?n nh?t c?a sóng (các ?i?m ? vùng phía trên và d??i, ?? dB s? th?p h?n nhi?u, và s? h?u nh? không nghe ???c). ?i?m ??c tr?ng này là m?t lý do chính t?i sao loa horn t?n s? cao ???c x? d?ng trong âm thanh, dùng ?? phát tán các t?n s? cao m?t cách thích h?p, ??ng ??u h?n cho khán gi?.. Tuy nhiên, không ph?i m?i h? th?ng th?c hi?n vi?c này ??t ???c cùng m?t m?c ?? hi?u qu?, m?t ch? ?? s? th?o lu?n trong ch??ng 9.

T?c ?? c?a âm thanh (The Speed of Sound)

Trong b?t k? v?t ch?t nh?t ??nh nào, âm thanh không thay ??i t?c ?? khi r?i kh?i n?i nó xu?t phát. T?c ?? nhanh nh? th? nào là tùy thu?c vào v?t ch?t ?ó. Thí d? trong n??c, âm thanh di chuy?n nhanh h?n b?n l?n so v?i khi nó ? trong không khí. Trong thép hay s?t, t?c ?? c?a âm thanh nhanh kho?ng m??i l?m l?n so v?i trong không khí. S? khác bi?t này có th? khá d? dàng ch?ng minh b?i hai ng??i, nói v?i nhau cách kho?ng 50 mét d?c theo m?t lan can b?ng s?t hay ???ng r?y xe l?a. N?u m?t ng??i ??c ?rap? trên ???ng s?t v?i m?t cái búa, ng??i th? hai s? nghe th?y âm thanh hai l?n, m?t l?n nghe nh?ng rung ??ng ?i qua các rào ch?n và m?t l?n n?a sau khi nó v?i ?i ? t?c ?? th?p h?n trong không khí. Âm thanh c?ng ?i v?i t?c ?? khác nhau thông qua các lo?i khí gas. Gi?ng nói the thé gi?ng nh? ??a tr? c?a m?t ng??i ?ã hít h?i heli t? m?t qu? bóng là k?t qu? c?a các sóng âm thanh v?n t?c cao h?n trong h?i gas heli khi nó ?i qua các h?p tho?i (voice box) và mi?ng.
Trong không khí, v?t ch?t mà chúng ta ?ang chú tr?ng nh?t, t?c ?? c?a âm thanh là kho?ng 344 mét/giây (1.130 feet / giây). Sóng âm truy?n qua không khí ??u ? t?c ?? này dù nó là nh? nh? hay l?n, t?n s? th?p hay cao, có tính ch?t ??n gi?n hay ph?c t?p, b?i vì t?c ?? này là bình th??ng, không b? ?nh h??ng v?i nh?ng thay ??i c?a áp su?t.
T?c ?? c?a âm thanh thay ??i r?t ít theo nhi?t ??, ?? ?m và áp su?t khí quy?n, tr? khi các y?u t? này ?nh h??ng ??n tính ch?t v?t lý (?? ?àn h?i và m?t ??) c?a không khí. ?ây là m?t v?n ?? cho các nh?c công ch?i nh?c c? có cao ?? hay b? t?ng gi?m do nh?ng thay ??i nói trên (ch? y?u là nh?c c? h?i). ??i v?i nhi?u s? tính toán th?c t? ??u có liên quan ??n pro-sound, m?c dù, t?t c? các sóng âm thanh có th? gi? ??nh là ???c di chuy?n v?i t?c ?? nêu trên.

Biên ?? (Amptitude)
S?c m?nh, hay c??ng ?? c?a sóng âm t?i m?t th?i ?i?m t?c th?i trong m?t th?i gian ???c g?i là biên ?? (amptitude) c?a nó. Trong hình 2.4, biên ?? ???c th? hi?n là kho?ng cách theo chi?u d?c (chi?u cao và chi?u sâu) c?a sóng ? trên và d??i m?c gi?a. ?ây là miêu t? s? thay ??i áp su?t nén (phía trên m?c gi?a) và m? r?ng (bên d??i m?c gi?a)) sinh ra trong không khí b?i sóng âm thanh, và c?ng có th? miêu t? cho các tín hi?u ?i?n trong các m?ch n?i b? c?a h? th?ng âm thanh. Thu?t ng? biên ?? có ngh?a t??ng t? nh? kh?i l??ng (volume), ?? l?n (loudness), và m?c ?? áp l?c âm thanh (sound pressure level), và vài tên khác. Có s? khác bi?t quan tr?ng, nh?ng tinh t? gi?a chúng, s? ???c th?o lu?n trong ch??ng 3 và 4.

L?u ý r?ng ? bên trái, ch? có ?? cao khác nhau, không ph?i chi?u dài. ?i?u này s? còn dùng cho nh?ng b? khu?ch ??i, t?ng s?c m?nh c?a tín hi?u mà không thay ??i t?n s? hay d?ng sóng thi?t y?u c?a nó. Lo?i thay ??i biên ?? này c?ng có th? ???c dùng b?ng cách hi?n th? nó trên m?t ?? th? thay ??i theo chi?u d?c, nh? b?n th?y ? bên ph?i. Hình ?? th? c?a t?p h?p các sóng âm có th? ???c kéo dài ra hay b? gi?m ?i, theo chi?u d?c hay ngang, tùy theo th?i gian và biên ?? ???c x? d?ng.

T?n s? (Frequency)

T? l? c?a b?t k? lo?i chuy?n ??ng nào t? l?p l?i chính nó ???c g?i là t?n s?. ??i v?i sóng âm thanh, t?n s? ???c ?o b?ng chu k? (cycle) trên m?i giây, hay hertz. Thí d?, trong m?t giây, n?u m?t cone loa ?ã hoàn t?t vi?c chuy?n ??ng th? hai ???c mô t? trong hình 2.1, t?n s? c?a nó s? là m?t chu k? / giây, hay m?t hertz (Hz). N?u chuy?n ??ng này x?y ra m?t tr?m l?n m?i giây, t?n s? (và hình thành các sóng âm thanh) s? là 100Hz. N?u chuy?n ??ng x?y ra m?t nghìn l?n m?i giây, t?n s? c?a nó s? là 1000Hz hay kilohertz (1kHz). Khi t?n s? không kéo dài tr?n m?t giây, t?n s? nói v? s? c?a chu k? (cycle) ?ó s? x?y ra n?u nó ???c ?? ti?p t?c cho m?t tu?n hoàn th? hai v?i t? l? t??ng t?.
Tai c?a con ng??i có kh? n?ng nghe su?t m?t gi?i t?n s? ???c g?i là ph? âm thanh, hay ??n gi?n là gi?i âm t?n nghe ???c. Nói chung, ph?m vi này ???c coi là t? 20Hz lên ??n 20.000 Hz (20kHz). Trong các gi?i h?n x?p x? này, t?n s? phù h?p ch?t ch? v?i các c?m giác v? cao ?? âm thanh (pitch) t?o ra trong tai (t?n s? cao h?n, s? nghe ???c cao ?? âm nh?c (pitch musical) cao h?n).
Ph? âm thanh là m?t gi?i t?n kéo dài kho?ng m??i bát ?? (octave), hay nhân ?ôi t?n s?. Các khái ni?m v? m?t bát ?? là v?n ?? c? b?n trong vi?c nghiên c?u âm nh?c, nh?ng r?t h?u ích và quan tr?ng trong vi?c nghiên c?u âm thanh nói chung n?a. Bát ?? miêu t? m?t t? l? (t? l? 2:1), và nó là t? l? gi?a các t?n s? khác nhau mà tai chúng ta nghe ch?p nh?n, ch? không ph?i giá tr? s? th?c t? gi?a các t?n s?. Thí d?, m?c gi?a c?a ph? âm thanh không ph?i là s? Hz ? kho?ng gi?a 20 và 20.000 (mà s? là 10.010). ?úng h?n, nó là ? gi?a s? l??ng các bát ?? t? 20 ??n 20.000 Hz, ?ó là kho?ng 640Hz (xem hình 2.5).
M??i bát ?? (octave) c?a ph? âm thanh có th? t??ng t??ng nh? là m?t keyboard organ, t?o ra t?t c? các âm thanh mà ?ôi tai c?a con ng??i có th? nghe ???c. M?i âm thanh có nh?ng ??c ?i?m c?a nó, ch? y?u là do: (1) các t?n s? có liên quan, (2) s? t??ng ??i c?a c??ng ??, và (3) cách th?c mà các t?n s? và c??ng ?? thay ??i theo th?i gian.

Thông th??ng, ?i?m gi?a c?a ph? là dùng cho các m?c ?ích k? thu?t, kho?ng 1kHz. Gi?i t?n r?t r?ng c?a h? th?ng âm thanh tiêu bi?u ch? c?n nhân b?n t? kho?ng 40Hz ??n 14kHz.Trong th?c t?, th?m chí ngay c? nh?ng (tin hay không, tùy) t?n s? c?c th?p và cao này ??u dùng v?i h?u h?t các ?ng d?ng âm nh?c. Tuy nhiên, vi?c ??nh rõ bên trên gi?i câ?n thi?t ?ôi khi co? thê? là dâ?u hiê?u ???c tr?ng mà thi?t b? co? thê? ?a?t ?ê?n tâ?n sô? câ?n có v??i hiê?u qua? h??p ly?.

Ph? âm thanh c?ng có th? ???c chia thành nhi?u nhóm th?p phân (decades), là ngôn ng? âm thanh dùng ?? ch? các gi?i t?n n?m trong ph?m vi t? l? m??i-m?t (ten-to-one). (?i?u này c?ng ???c g?i là m?t th? t? c?a c??ng ??, các nh?p ??m ???c th? hi?n b?ng vi?c b? sung m?t s? không vào cu?i c?a b?t k? s? nào). Các gi?i t?n âm thanh có nh?p ??m kho?ng ba nhóm th?p phân: t? 20Hz ??n 200Hz, t? 200Hz ??n 2000Hz, và t? 2000Hz ??n 20.000 Hz. ?i?u này có ích ?? chia ph? âm thanh, b?i vì thi?t b? loa riêng bi?t trong các ?ng d?ng pro-sound v?n ?ã b? h?n ch? v?i kho?ng m?t nhóm th?p phân c?a gi?i t?n s? hi?u qu? (?i?u này s? ???c gi?i thích trong ch??ng 9).
C?n l?u ý r?ng tai c?a chúng ta nh?y c?m v?i t?n s? bi?n ??i khác nhau trong ph? âm. M?t s? t?n s? nghe ???c d? dàng h?n là nh?ng t?n s? khác, và các gi?i h?n trên d??i c?a ???ng phân chia không có ngh?a là b?t di b?t d?ch. Thay vào ?ó kh? n?ng nghe d?n d?n s? gi?m ??i v?i hai c?c âm ph? (và c?ng có th? r?t khác nhau gi?a m?i ng??i). Nó s? ???c gi?i thích trong ch??ng 3 lý do t?i sao ?i?u này và ??c ?i?m ??c bi?t khác c?a ti?n trình c?m tính c?a con ng??i có ý ngh?a quan tr?ng trong vi?c x? d?ng h? th?ng âm thanh.

B??c sóng (Wavelength)
Liên quan ch?t ch? ??n t?n s? c?a sóng âm là b??c sóng (wavelength) c?a nó (xem hình 2.6). Thu?t ng? này mô t? ?? dài m?t sóng có t?n s? nh?t ??nh s? di chuy?n trong không khí trong th?i gian c?n thi?t ?? hoàn thành m?t chu k?. ?ó c?ng là kho?ng cách gi?a các ?i?m gi?ng nhau ? hai chu k? liên ti?p khi nó di chuy?n t? g?c c?a chúng. Âm thanh di chuy?n trong không khí ? cùng m?t t?c ??, b??c sóng s? khác nhau t? l? ngh?ch v?i t?n s? (t?n s? cao h?n, b??c sóng ng?n h?n).
So sánh nh? sau có th? h?u ích. Hãy t??ng t??ng chúng ta ?ang quan sát m?t hàng ng??i di?u hành ra kh?i c?a, t?t c? ??u cùng m?t t?c ??. N?u nh?ng ng??i này ra kh?i ng??ng c?a v?i m?t kho?ng th?i gian bình th??ng (t?n s?), và t?t c? h? ?i cách nhau cùng m?t kho?ng cách (b??c sóng). N?u h? gi? cùng m?t t?c ?? mà t?ng g?p ?ôi t? l? mà h? ?ã ?i qua các ô c?a (nhân ?ôi t?n s?), sau ?ó h? s? ?i cách nhau ch? có m?t n?a kho?ng cách (m?t n?a b??c sóng). ???c coi là cách khác n?i b?t h?n, ng??i ? trong hàng v?i kho?ng cách ng?n có th? nói qua m?t ng??i quan sát v?i t?n s? l?n h?n mà h? ?ã làm khi kho?ng cách xa h?n.

B??c sóng khác nhau t? l? ngh?ch v?i t?n s? (nhân hai t?n s? b?ng m?t n?a b??c sóng.) B??c sóng dài h?n, s? u?n cong d? dàng h?n chung quanh ngu?n c?a nó c?ng nh? chung quanh nh?ng ch??ng ng?i trên ???ng ?i c?a nó.

M?i quan h? này ???c th? hi?n theo công th?c:
B??c sóng (?) = t?c ?? c?a âm thanh (~ 1130ft / giây)
T?n s? (Hz)

M?t sóng âm thanh 20Hz dài kho?ng 17 mét (~ 56 feet), trong khi m?t sóng 20kHz ch? kho?ng 17millimeters (~ hai ph?n ba c?a m?t inch). B??c sóng gi?a hai c?c tùy theo công th?c trên (t? l? ngh?ch v?i t?n s?). (?? tham kh?o, ? ch??ng 9 s? có m?t bi?u ?? c?a các b??c sóng t??ng ??i ?úng c?a ph? âm).
Khái ni?m v? b??c sóng ??c bi?t quan tr?ng trong vi?c thi?t k? các speaker, horn và tweeter cho phù h?p, c?ng nh? ph?i hi?u cách x? lý sóng âm trong các môi tr??ng v?t lý khác nhau. Ngu?n âm thanh r?t nh? hay nh? không th? phát ra âm thanh t?t h?n so v?i các b??c sóng mà nó t?o ra. ?ây là lý do chính ?? gi?i thích t?i sao các thi?t b? loa t?n s? th?p (low frequency speaker) s? l?n h?n nhi?u so v?i các thi?t b? loa t?n s? cao (high frequency speaker) khác. Th?c ra, thi?t b? t?n s? th?p s? quá l?n ?? có s? h?u d?ng, do ?ó, th??ng dùng horn t?n s? th?p (low frequency horn) hay thùng loa v?i kích th??c và thi?t k? ?ã ???c tho? thu?n..
Chi?u dài c?a m?t sóng âm c?ng ?nh h??ng ??n kh? n?ng v??t qua nh?ng ch??ng ng?i khác nhau trong ???ng ?i c?a nó, ch?ng h?n nh? t??ng ng?n, c?t tr?, c? th? con ng??i và ??u ng??i. B??c sóng ng?n (t?n s? cao) có khuynh h??ng ph?n x? hay b? h?p th? b?i nh?ng ch??ng ng?i nh? v?y, trong khi các b??c sóng dài nh?t c?a ph? âm (t?n s? th?p) có khuynh h??ng di chuy?n chung quanh hay b?ng qua m?i th? trên con ???ng phát tán c?a nó.

Sóng Sin (Sine wave)
D?ng c? th? c?a áp l?c sóng t?o nên m?t âm thanh, ph?i ???c rõ ràng, ph?i xác ??nh rõ lo?i dao ??ng nào t?o ra chúng. ??i v?i thí d? c? b?n nh?t v? v?t lý, có th?, nh?ng âm thanh c?a m?t âm thoa, ???c dùng trong nhi?u th? k? tr??c ?ây trên các công c? ?i?u ch?nh cao ?? c?a nh?c c? cho thích h?p, ???c t?o ra b?i lo?i dao ??ng c? b?n nh?t, ???c g?i là chuy?n ??ng h?a âm ??n gi?n (simple harmonic motion).
M?t con l?c ?ong ??a qua l?i và m?t qu? cân nh?p nhô lên xu?ng, khi ? cu?i chu k? s? ch?m l?i, là thí d? ?? quan sát lo?i chuy?n ??ng này d? dàng h?n. Hãy nh? r?ng con l?c ???c x? d?ng trong ??ng h? c? h?i x?a khi g?n h?t n?ng l??ng v?n không ??i th?i gian l?c. (Nói cách khác, nó v?n duy trì t?n s? ??c tr?ng c?a mình b?t k? biên ?? c?a nó ra sao).
Âm thoa, t?t nhiên, di chuy?n vào ra nhanh chóng ?? ?? t?o ra sóng âm thanh nghe rõ, nh?ng có r?t nhi?u lo?i dao ??ng t??ng t?. Khi v? nó, các nhánh c?a nó ph?n ?ng b?ng cách rung v?i dao ??ng ??n gi?n, áp không khí chung quanh dao ??ng y nh? nó. (N?t nh?c La (A) 440Hz là t?n s? thông d?ng nh?t, m?c dù h? v?n còn s?n xu?t m?t s? lo?i t?n s? t??ng ?ng v?i n?t nh?c khác nhau, không ph?i ai c?ng chuy?n sang dùng b? ?i?u h??ng ?i?n t?) (electronic tuners)
Cách trình bày lo?i chuy?n ??ng b?ng ?? th? t? nh?ng rung ??ng c?a m?t âm thoa có th? hình dung b?ng cách g?n cây bút vào m?t trong các ng?nh nh? minh h?a trong hình 2.7.
M?t mi?ng gi?y di chuy?n ? t?c ?? bình th??ng v?i cây bút ch?m vào gi?y nh? nhàng, dao ??ng c?a âm thoa s? hi?n ra.

C?n nguyên c?a d?ng sóng, th? hi?n chuy?n ??ng c?a h?a âm ??n gi?n theo cùng m?t l?ch trình, s? là m?t d?ng sóng sine. ?ây là lo?i sóng c? b?n nh?t ?? t?o thành t?t c? các sóng âm thanh, không có ngo?i l?. Th?c ra, do ??nh lu?t chuy?n ??ng c? b?n c?a v?t lý và phân t?, m?i lo?i d?ng sóng,có th? b? toán h?c, âm h?c và ?i?n t? chia nh? chính nó thành các thành ph?n sóng sine. Khi dùng các thu?t ng? t?n s? (frequency) và b??c sóng(wavelength), ng??i ta th??ng gi? ??nh ?? ch? m?t thành ph?n sóng sine trong âm thanh. Nh? s? th?y, kh? n?ng trích xu?t các thành ph?n sóng sine liên quan ??n m?t âm thanh và c?ng có t?m quan tr?ng ??n thính giác c?a chính con ng??i. Tr??c khi ?i vào các d?ng sóng ph?c t?p, ch??ng này s? gi?i thi?u thêm m?t s? khái ni?m c? b?n.

Âm ph? (Sound Spectra)
Sóng sine là viên g?ch c? b?n c?a âm thanh, nó hi?m khi ???c t?o ra ? d?ng t? nhiên b?i b?t k? ngu?n v?t lý nào khác, ngoài âm thoa ?ã ???c ?? c?p ? trên. Nh?ng âm ?i?u (tone) ng?n g?n nghe ???c ? các ?i?n tho?i, nh?ng tone th? nghi?m liên t?c ???c phát ra b?i sóng c?a các ?ài truy?n hình, và m?t s? âm thanh c?a máy ch?i game là nh?ng thí d? khác c?a âm thanh m?c dù chúng ?ã ???c t?o ra b?ng ?i?n t?. Do tình tr?ng c?a nó nh? là m?t viên g?ch, sóng sine có ích cho vi?c th? nghi?m (chúng ???c dùng cho h?u h?t các tr?c nghi?m v? thính giác c?ng nh? trong th? nghi?m thi?t b? âm thanh nói chung). Sóng sine nguyên b?n không thay ??i t?n s? và biên ?? th??ng ???c coi nh? là vô h?n, ??n ?i?u (ngh?a ?en là monotones), bu?n t?, hay ??n gi?n là tinh khi?t, nguyên b?n (pure). Theo ý ngh?a này, nghe m?t sóng sine mà t?n s? và biên ?? không ??i gi?ng nh? nhìn vào m?t viên g?ch ??n thu?n, không thu?c cái nhà nào c?.

Các âm thanh chúng ta nghe ???c, thông th??ng t?o thành t? m?t h?n h?p các thành ph?n c?a sóng sine v?i nhau có th? ???c g?i là s? phân b? âm ph? (spectrum) hay s? phân b? n?ng l??ng (energy distribution) c?a b?t k? v?t th? nào phát ra âm thanh. (*) Trong tr??ng h?p âm thanh c?a âm nh?c, các t?n s? ?n kh?p v?i nhau theo m?t cách tr?t t? ?? ?? có m?t ch?t l??ng ??c bi?t làm hài lòng ng??i nghe khi s?p x?p nh?ng ?o?n nh?c. (Âm thanh ?ó có nhi?u ti?ng ?n nh? là không có s? s?p x?p ng?n n?p, chúng ta ch? xem xét v? khía c?nh âm nh?c, thay vì nghe ?? ý ??n nhi?u h?n h?p ng?u nhiên c?a t?n s?). ?àn dây, có l? là lo?i thông d?ng nh?t c?a ph?n t? dao ??ng (vibrating element) ???c x? d?ng trên toàn th? gi?i, là m?t minh h?a t?t ?? hi?u âm nh?c ???c t?o ra b?ng cách nào.

??u tiên hãy xem xét chính s?i dây ?àn, ch? c?n kéo dài gi?a hai v?t v?ng ch?c. Khi g?y nó, nh? m?t lò xo nó nhanh chóng tr? l?i và l?i b?t ra, m?i chuy?n ??ng k? ti?p tr? nên h?i nh? h?n so v?i tr??c cho ??n khi cu?i cùng nó d?ng l?i. S?i dây ?àn ?ã chuy?n ??ng theo cách này, th?c s? rung cùng lúc trong nhi?u ch? ?? khác nhau, m?i m?t trong nh?ng cái ?ó ???c nh?n d?ng là m?t chuy?n ??ng c?a sóng sin trong m?t t?n s? ??c bi?t (xem hình 2.7).

Ch? ?? rung bao trùm toàn b? chi?u dài c?a dây ?àn, v?i s? chuy?n ??ng t?i ?a ? gi?a s?i dây, là h?a âm ??u tiên (first hamonic), g?i t?t là âm g?c (fundamental). Các âm g?c t?o ra cao ?? chính, nghe ???c nh? m?t n?t nh?c c?a dây ?àn.

Nh?ng h?a âm khác (2, 3, 4, 5, v.v. ???c g?i là b?i âm c?a dây ?àn (string?s overtones) là k?t qu? c?a ch? ?? rung có liên quan ??n s? chia nh? t?ng chi?u dài c?a dây ?àn. ??nh ngh?a, h?a âm là m?t t?n s? là b?i s? nguyên (có ngh?a là, nhân v?i m?t s? nguyên: 1, 2, 3, 4, 5, v.v.) c?a các âm g?c.

Gi?ng nh? r?ng, nhánh c?a m?t âm thoa, b?n thân dây ?àn c?a trong không khí mà không m?t nhi?u n?ng l??ng c?a mình ?? t?a ra không khí. N?u dây ?àn ???c g?n v?i m?t guitar thùng (hay các nh?c c? thân r?ng), thùng ?àn s? t?o ra s? c?ng h??ng ?? ?áp ?ng v?i dao ??ng c?a dây ?àn. Không gi?ng nh? h?p c?ng h??ng c?a m?t âm thoa ch? c?n ?áp ?ng có m?t t?n s?, thùng guitar ph?i c?ng h??ng cho r?t nhi?u các t?n s?. Hình d?ng cong ??c bi?t c?a nó là ?? th?c hi?n ?i?u này.

Tuy nhiên, thùng guitar v?n ?áp ?ng d? dàng v?i m?t s? t?n s? h?n là nh?ng v?t khác. K?t h?p c?a c?ng h??ng bao g?m t?t c? các rung ??ng c?a t?m g? và khoang bên trong ???c v? d??i d?ng m?t ???ng bi?u di?n ?áp ?ng t?n s? (frequency reponse curve), hay ???ng bi?u di?n c?ng h??ng (resonance curve). ?? th? d??i ?ây (hình 2.9) cho th?y m?c ?? mà thùng ?àn s? ?áp ?ng v?i dao ??ng c?a b?t k? t?n s? nh?t ??nh nào.

(*) M?i âm thanh (sound) ?ã có ph? t?n s? (spectrum of frequencies) riêng c?a mình, không nên nh?m l?n v?i ph? âm (audio spectrum), là t?t c? các t?n s? nghe ???c c?a con ng??i. Spectra là d?ng th?c s? nhi?u c?a âm ph? (spectrum).

Các y?u t? rung (dây ?àn-string) và c?ng h??ng (thùng guitar) k?t h?p v?i nhau ?? t?o ra âm ph? c?a m?t n?t nh?c nh?t ??nh cho guitar. Chính s?i dây ?àn t?o ra âm g?c c?a các cao ?? âm nh?c và b? sung thêm các h?a âm, có t?n s? thay ??i t? l? v?i nhau gi?ng nh? nh?ng n?t nh?c khác nhau ???c ch?i, do ?ó duy trì s? t??ng quan v? h?a âm c?a nó. Thùng guitar sau ?ó xác ??nh m?c ?? t?n s? nào s? ???c t?ng c??ng thêm cho t?n s? ?ó n?m trên các ??nh c?a ???ng bi?u di?n s? c?ng h??ng. K?t qu? là các âm ph? cho ra nh?ng âm thanh c?a n?t nh?c ch?t l??ng âm s?c ??c thù c?a nó ch?i trên m?t cây ?àn guitar, theo truy?n th?ng ???c g?i là âm s?c (timbre) c?a nó (phát âm là “tamber”). Nh?ng âm s?c c?a âm thanh m?t nh?c c? ?óng m?t vai trò quan tr?ng trong vi?c cho phép (plays a vital role in allowing), thí d?, n?t Mi (E) ch?i trên guitar nghe khác v?i cùng n?t ?ó ch?i trên b?t k? lo?i nh?c c? nào (hay guitar khác mà chính ??c tính v?t lý d?n t?i vi?c âm ph? b? khác ?i).

Trong m?t s? nh?c c?, ch?ng h?n nh? nh?c c? h?i b?ng g? (woodwinds), không dùng s? c?ng h??ng riêng bi?t; l??i gà là m?t y?u t? ?? dao ??ng và các n?t nh?c ???c xác ??nh b?ng cách các nh?c công ?i?u ch?nh chi?u dài c?a c?t không khí trong nh?c c? (g?n t??ng ???ng v?i vi?c ki?m soát n?t nh?c c?ng h??ng c?a m?t ?ng nghi?m, chai l? hay ?n ??nh nó b?ng cách cho vào m?t s? l??ng n??c nh?t ??nh). Trong các nh?c c? khác, ch?ng h?n nh? trumpet và trombones, c? ??ng ?ôi môi c?a nh?c công là m?t ph?n t? dao ??ng. Nh?ng trong nh?ng lo?i khác, nh? sáo (flute) và ?ng tiêu (recorders), không có s? dao ??ng v?t lý nào, t?t c? nh?ng rung ??ng t?o ra là do m?t lu?ng không khí xoay chi?u nhanh chóng qua ?ng. Trong m?i tr??ng h?p, ??c bi?t là c?u trúc v?t lý và cách ch?i nh?c c? ?em l?i nh?ng ph? âm riêng và do ?ó là ch?t l??ng âm ?i?u riêng c?a nó. S? khác bi?t gi?a các khái ni?m c?a các ph?n t? rung và c?ng h??ng này, m?c dù có m?t s? hi?u bi?t quan tr?ng v? nh?ng khía c?nh c?a âm thanh, có th? ???c ki?m soát b?i m?t h? th?ng âm thanh, và l?i có nh?ng khía c?nh khác l?i có th? không (xem l?i hình 2.9). ?i?u này s? ???c th?o lu?n thêm ph?n nào trong ch??ng 6 và 17

Phase và s? can thi?p (Phase and Interference)

M?t ??c ?i?m thú v? và quan tr?ng v? chuy?n ??ng c?a sóng sine là m?i quan h? ch?t ch? v?i chuy?n ??ng vòng quanh. ?ây là c? s? cho vi?c ?o l??ng phase c?a sóng (wave?s phase). Nghiên c?u gi?a m?i quan h? ??c bi?t c?a phase v?i các sóng âm thanh có th? r?t ph?c t?p, nh?ng m?c ?ích c?a giáo trình này là s? c?n thi?t duy nh?t ?? hi?u ???c nh?ng ý t??ng c? b?n.

Hình 2.10 cho th?y ?? th? c?a m?t sóng sine v? nh? là m?t chi?u quay c?a m?t vòng tròn có bán kính b?ng v?i biên ?? ??nh (peak) c?a sóng. Trong hình minh h?a này, ?i?m X₁ trên vòng tròn ???c cho là quay theo vòng tròn c?a nó t?i t?n s? là ?i?m X₂ trên sóng sine. N?u c? hai b?t ??u chuy?n ??ng c?anó cùng lúc ? không ??, v? trí th?ng ??ng c?a nó (biên ??) s? gi?ng h?t nhau ? m?i th?i ?i?m trong chu k? t??ng ?ng.

Khi chu k? ??t ??n 90 ??, biên ?? tích c?c (nén) là ? ??nh giá tr? c?a nó. ? 180 ??, biên ?? l?i là không; ? biên ?? 270 ?? âm (m? r?ng) là ? ??nh giá tr? c?a nó. T?i 360 ?? (gi?ng nh? không ??), biên ?? m?t l?n n?a là không và l?i b?t ??u chu k? ti?p theo.

Hình 2.10
S? liên quan gi?a m?t hình tròn và m?t sóng phase

Khi hai hay nhi?u sóng t??ng tác v?i nhau, biên ?? c?a nó ???c b? sung v? m?t ??i s?. Trong m?t thí d? ??n gi?n (hình 2.11), khi hai sóng sine cùng m?t t?n s? và biên ?? ???c ch?ng lên v?i nhau b?t ??u cùng m?t lúc ? không ?? (cùng phase – in phase), k?t qu? cho ra m?t sóng sine v?i biên ?? g?p ?ôi biên ?? c?a m?i sóng. Các sóng này ???c g?i là s? can thi?p xây d?ng l?n nhau. N?u c?ng hai sóng ?ó, ???c ch?ng lên nhau v?i m?t sóng b?t ??u t? không ?? và sóng khác ? 180 ??, biên ?? c?a nó sau ?ó s? ??i x?ng nhau chính xác (l?ch phase 180 ??, out of phase), và ???c g?i là s? can thi?p phá ho?i l?n nhau (destructively), trong tr??ng h?p này nó hoàn toàn tri?t tiêu l?n nhau. N?u hai sóng có t?n s? và biên ?? ??ng ??u ???c ch?ng v?i b?t k? m?i quan h? phase khác liên quan ??n nhau (with respect to one another), nó s? có lúc là can thi?p xây d?ng, và có lúc khác là can thi?p phá ho?i. Nói cách khác, ?i?u này nh? hoàn thi?n m?t ph?n hay toàn ph?n (s? can thi?p xây d?ng) hay tri?t tiêu m?t ph?n hay toàn ph?n (s? can thi?p phá ho?i). Trong môi tr??ng âm thanh nghe ???c, sóng ít khi tri?t tiêu nhau hoàn toàn, tr?i nghi?m c?a chúng tôi th??ng ch? có tri?t tiêu m?t ph?n. Các m?i quan h? ??i s? cùng lo?i c?ng nh? v?y cho t?t c? các lo?i t??ng tác c?a sóng âm thanh.

Sóng âm t? hai ngu?n khác nhau t??ng tác theo cách so sánh v?i các sóng t?o ra b?i hai r?i lo?n riêng bi?t trên m?t n??c (Hình 2.11) L?u ý r?ng các lo?i can thi?p xây d?ng và phá ho?i khác không làm thay ??i ???ng ?i c?a m?t lo?t các sóng. S? can thi?p c?a nó t?i b?t k? ?i?m nào ch? c?n c?ng thêm m?c ?? c?a biên ?? tích c?c hay tiêu c?c c?n thi?t ?? v??t qua sóng d?c theo trên hành trình ?i ra ngoài c?a nó. Tuy nhiên, thính gi? ? b?t k? v? trí nào, s? nghe th?y nh?ng t?n s? khác nhau ??n m?c ?? mà h? nghe th?y t?ng hay gi?m ? các v? trí l?ng nghe c? th?. ?i?u này r?t quan tr?ng, vì v?i h? th?ng có nhi?u v? trí ??t loa, chúng ta có th? mong ??i nh?ng âm thanh này thay ??i ph?n nào kh?p khán gi?, ngay c? khi âm thanh ???c phát tán hi?u qu? b?i các loa.

Các d?ng sóng ph?c t?p (Complex Waveforms)

Nh? ?ã gi?i thích, m?i âm thanh có riêng ph? t?n s? c?a mình mà ti?n trình nghe có kh? n?ng xác ??nh là âm ?i?u ??c bi?t c?a âm thanh ?ó. M?c dù,các t?n s? t??ng ?ng ??n m?i âm thanh truy?n ??ng lúc qua không khí nh? th? nào? ?? tr? l?i ?i?u này, có l? nên nhìn các piston loa m?t l?n n?a, trong tr??ng h?p này s? nhân b?n ra m?t d?ng sóng ph?c t?p nh? m?t note nh?c ch?i trên piano.

Hình 2.12 cho th?y m?t ph? t?n s? tiêu bi?u liên quan ??n n?t nh?c La (A), 220Hz (d??i n?t nh?c A m?t bát ??) ch?i trên ?àn piano. (Ng?u nhiên, h?a âm th? b?y là t?i thi?u ? ?ây vì ?i?m gõ c?a búa ??i v?i dây ?àn piano trong tr??ng h?p này lo?i b? có hi?u qu? b?i âm ??c bi?t này). Khi âm g?c và t?t c? các b?i âm ???c ch?ng lên nh? ?ã mô t? trong ph?n tr??c ?ây v? phase và s? can thi?p, nó k?t h?p ?? cho ra m?t d?ng sóng ph?c t?p mà có th? xu?t hi?nh?i gi?ng nh? th? hi?n trong hình 2.12. D?ng sóng này c?ng g?n nh? s? tiêu bi?u cho các chuy?n ??ng c?a vành loa (cone) ?? nhân b?n ra m?t âm thanht??ng t?.

Trên th?c t?, các d?ng sóng trong thí d? minh h?a d??i mang theo m?t l??ng l?n d?ng th?c, ng??i nghe ??u th?y chúng có âm thanh t??ng t? nh? nhau, n?u không gi?ng nhau. ?i?u này x?y ra khi các t?n s? liên quan ??n âm thanh c?a nh?c c? ???c nhân b?n b?ng loa trong các m?i quan h? l?ch phase v?i nhau. Ngoài ra, m?i t?n s? trong âm thanh th??ng bao g?m nhi?u sóng sine chung m?t t?n s? k?t h?p trong m?t lo?t các m?i quan h? phase. ?ây là k?t qu? c?a nh?ng âm thanh phát ra t? m?t khu v?c r?ng l?n, h?n là ch? t? m?t ?i?m, và cho bi?t thêm m?t s? tinh t? và tính cách t? nhiên ??y ?? (fullness) nh?t ??nh v? âm thanh. Trong th?c t?, hình d?ng ??c bi?t c?a m?t d?ng sóng ph?c t?p, tuy nhiên, g?n nh? không quan tr?ng b?ng ph? t?n s? ch?a nó.

L?u ý r?ng d?ng sóng nh? sóng vuông, sóng tam giác và sóng r?ng c?a th?c t? không ??n gi?n. Sóng vuông, r?t thông d?ng ?? th? nghi?m trong phòng thí nghi?m thi?t b? âm thanh, và nh?ng d?ng sóng ??n gi?n khác có th? d? dàng t?ng h?p b?i các nh?c c? ?i?n t? c? b?n nh?t. và chúng c?ng ch?a âm ph? và các thành ph?n sóng sine c?a riêng mình.. M?t sóng vuông, trên th?c t? bao g?m m?t sóng c? b?n và k? ti?p là dãy s? l? c?a h?a âm (1, 3, 5, 7, 9, v.v. nh? trong hình 2.13). Thí d? khác, sóng r?ng c?a, là m?t mô hình lý thuy?t c?a m?t s?i dây cong và các h?p âm gi?ng hát c?a con ng??i (m?c dù trong th?c t? nó ph?c t?p h?n nhi?u).

Hình 2.14 cho th?y sóng r?ng c?a có th? ???c chia ra nhi?u thành ph?n sóng sine c? th?. M?t khi chúng ???c t?o ra, d?ng sóng nh? v?y th?c s? ho?t ??ng ??n gi?n theo âm ph? t?n s? (thành ph?n sóng sine) liên quan, nh? b?t k? âm thanh nào khác.

Hình 2.13 L?u ý ? ?ây là khi h?a âm l? ???c thêm vào trong m?t phase thích h?p và cân ??i, các c?nh bên s? d?c h?n và b?t ??u tr?i ph?ng ra. Khi các h?a âm l? ?? s? l??ng ?úng theo t? l?, k?t qu? cho ra m?t sóng vuông. M?t sóng vuông hoàn h?o s? có các h?a âm l? v??t ra ngoài ph?n cu?i phía trên c?a ph? âm thanh (??n vô c?c). D??i ?ây là hi?n th? k?t qu? lên t?i 29 h?a âm.

Hình 2.14 Các thành ph?n sóng sine c?a m?t sóng r?ng c?a. Gi?n d?, ch? có sáu h?a âm ??u tiên ???c hi?n th? ? ?ây. Khi thêm vào t?n s? cao h?n, cácxung ??t (wriggles) có th? dàn x?p ?? cho ra sóng r?ng c?a nh?n, ???c th? hi?n b?i các ???ng ch?m ch?m. T??ng t? nh? v?y, m?t sóng r?ng c?a nguyên b?n c?ng d? dàng chia nh? thành các thành ph?n sóng sine c?a nó, v? c? hai m?t, âm h?c và ?i?n t?.