Từ nhập môn đến thành thạo việc nâng cấp âm thanh ô tô
Bạn có cảm thấy âm thanh gốc trên xe không có cảm giác về tầng lớp, trường âm (soundstage) hẹp, giọng hát không đầy đặn?
Ngay cả khi bạn đã nâng cấp âm thanh một lần, nhưng vẫn cảm thấy âm cao không đủ sáng, âm trầm không đủ lực?
Bạn có cảm thấy nghe nhạc trên hệ thống âm thanh gốc còn không bằng nghe radio?
Nếu bạn có bất kỳ vấn đề nào trong số trên, thì có lẽ bạn cần nâng cấp hệ thống âm thanh trên xe của mình. Nếu bạn không biết cách nâng cấp âm thanh ô tô, bạn có thể theo dõi chúng tôi. Hiện nay, cứ vào thứ Hai, Tư, Sáu hàng tuần, Feichang Chengshi (Thành phố Phi thường) sẽ mang đến cho bạn khóa học chuyên đề - Từ nhập môn đến thành thạo việc nâng cấp âm thanh ô tô. Mỗi bài học chỉ cần dành vài phút để đọc, dễ dàng học cách nâng cấp âm thanh ô tô!
Một、 Kiến thức âm học chia làm ba phần
(1) Âm thanh
Âm thanh là sự rung động của các phân tử không khí. Sự rung động của vật thể (chúng ta gọi là "nguồn âm") gây ra sự rung động tương ứng của các phân tử không khí, truyền vào tai người khiến màng nhĩ rung động, thông qua tác dụng chung của một loạt các cơ quan thính giác như tai giữa, tai trong khiến con người nghe được âm thanh. Không phải tất cả sự rung động của các phân tử không khí đều tạo thành âm thanh, sự rung động của các phân tử không khí có một quy luật nhất định, chúng ta mô tả nó là "sóng", dưới đây chúng ta sẽ trình bày sơ lược về "sóng âm":
(2) Sóng âm
Ném một hòn đá vào mặt nước phẳng lặng, sẽ tạo thành một nhóm sóng nước lan tỏa ra xung quanh, đây là "sóng" trực quan mà chúng ta có thể nhìn thấy. Sóng âm được tạo thành từ sự rung động của các phân tử không khí phức tạp hơn một chút, nó là một nhóm sóng thưa dày (compression/rarefaction wave) lan tỏa theo mọi hướng từ nguồn âm. Các phân tử không khí không phải chạy từ nguồn âm thẳng đến tai bạn, mà rung động tại vị trí vốn có của nó, từ đó khiến các phân tử không khí liền kề rung động theo, âm thanh lan truyền từ nguồn âm ra ngoài rất nhanh như vậy, tốc độ truyền âm thanh trong không khí là 331 mét/giây.
Lấy một ví dụ đơn giản, chuyển động của sóng lúa rất giống với sóng âm, hướng rung động của các hạt song song với hướng chuyển động của sóng. Sóng cần thông qua môi trường để truyền, chuyển động của sóng lúa sẽ tự nhiên dừng lại ở bờ ruộng, môi trường truyền của sóng âm là các phân tử không khí, vì vậy, trong chân không âm thanh không thể truyền được.
(3) Tần số của âm thanh
Số lần rung động mỗi giây của sóng âm được gọi là tần số, tần số trong khoảng 20Hz~20KHz được gọi là sóng âm (audible sound);
Tần số lớn hơn 20KHz được gọi là siêu âm (ultrasound);
Tần số nhỏ hơn 20Hz được gọi là hạ âm (infrasound).
Tai người không thể nghe thấy siêu âm và hạ âm, sóng động đất và sóng thần đều là hạ âm. Một số loài động vật có tai nhạy hơn con người rất nhiều, ví dụ như dơi có thể "nghe" thấy siêu âm.
Rất ít tồn tại "âm thuần" (pure tone) có tần số đơn lẻ trên thế giới, âm thanh chúng ta nghe thấy hầu hết là âm phức hợp (complex sound), như âm đơn phát ra từ nhạc cụ là âm phức hợp tuần hoàn (periodic complex sound), ngữ âm là âm phức hợp không tuần hoàn (aperiodic complex sound).
Hãy để chúng tôi giúp bạn có một khái niệm trực quan hơn về tần số âm thanh:
Tiếng "bùng bùng" của trống lớn có tần số rất thấp, khoảng vài chục Hz;
Phạm vi tần số chính của giọng nói con người nằm trong khoảng từ 200Hz đến 4000 Hz;
Tiếng chiêng, tiếng chuông có tần số khoảng từ 2000 Hz đến 3000Hz;
Trong giọng nói con người, giọng nữ cao hơn giọng nam một chút; giọng trẻ em cao hơn giọng người lớn một chút; tiếng "à à" tần số thấp, tiếng "i i" tần số hơi cao, tiếng "xì xì, rít rít" tần số cao nhất. Biết điểm này rất hữu ích, trong quá trình lựa chọn và lắp đặt thực tế, bạn có thể thường xuyên sử dụng để kiểm tra phản ứng của bệnh nhân đối với tần số âm thanh trước và sau khi đeo máy trợ thính.
Hai、 Tính chất cơ bản của âm thanh
(1) Đặc tính truyền sóng của sóng âm
Sóng âm trong quá trình truyền sẽ tạo ra các hiện tượng như phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ và giao thoa:
(1) Phản xạ và khúc xạ: Khi sóng âm từ một môi trường này truyền đến mặt phân cách của một môi trường khác, sẽ tạo ra hiện tượng phản xạ. Khi gặp vật cản, một phần sóng âm sẽ đi vào vật cản và tạo ra hiện tượng khúc xạ.
(2) Nhiễu xạ: Khi sóng âm gặp tường hoặc vật cản khác, sẽ có một phần sóng âm đi vòng qua mép vật cản và tiếp tục truyền về phía trước, hiện tượng này được gọi là nhiễu xạ.
(3) Giao thoa: Giao thoa là hiện tượng một số sóng âm có cùng tần số khi truyền chồng lên nhau sẽ khiến sóng âm ở một số nơi được tăng cường, ở một số nơi bị suy yếu.
Ngoài 3 đặc tính chính trên, sóng âm trong quá trình truyền còn có các đặc tính như hiện tượng hấp thụ và xuyên qua, hiện tượng cộng hưởng, hiện tượng suy giảm, v.v.
(2) Ba yếu tố của âm thanh
Âm thanh chủ yếu thể hiện đặc tính của nó thông qua ba yếu tố: âm lượng (loudness), cao độ (pitch) và âm sắc (timbre).
(a) Âm lượng còn gọi là độ to, là cảm nhận chủ quan của tai người về cường độ mạnh yếu của âm thanh. Âm lượng chủ yếu phụ thuộc vào biên độ (amplitude) của sóng âm.
(b) Cao độ còn gọi là độ cao của âm thanh, là cảm nhận chủ quan của tai người về độ cao thấp của nốt nhạc. Cao độ chủ yếu phụ thuộc vào tần số (frequency) của sóng âm.
(c) Âm sắc là cảm nhận chủ quan của tai người về đặc trưng của âm thanh. Âm sắc chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc phổ tần (frequency spectrum) của âm thanh.
Ba yếu tố của âm thanh
Phạm vi cường độ và tần số của âm thanh nghe được
Ba、 Đặc tính cơ bản của thính giác tai người
(1) Phạm vi nghe của tai người
Âm thanh nghe được (audible sound), ngưỡng nghe (hearing threshold) và ngưỡng đau (threshold of pain) xác định phạm vi thính giác của tai người.
(1) Âm thanh nghe được: Là âm thanh mà người bình thường có thể nghe thấy, có dải tần từ 20 Hz ~ 20 kHz, được gọi là dải âm thanh (audio).
(2) Ngưỡng nghe: Âm thanh nghe được phải đạt đến một cường độ nhất định mới có thể nghe thấy, cường độ mà người bình thường có thể nghe được nằm trong khoảng 0 ~ 140 dB. Mức áp suất âm thanh (SPL) thấp nhất khiến âm thanh có thể nghe thấy được gọi là ngưỡng nghe, nó liên quan đến tần số của âm thanh. Trong môi trường nghe tốt, người trẻ tuổi có thính lực bình thường, ngưỡng nghe trong dải tần 800 ~ 5000 Hz rất gần với 0 decibel (tương ứng với mức áp suất âm thanh của sóng âm là 0.00012 pascal).
(3) Ngưỡng đau: Mức áp suất âm thanh khiến tai cảm thấy đau được gọi là ngưỡng đau, nó liên quan không nhiều đến tần số âm thanh. Thông thường, khi mức áp suất âm thanh đạt 120 dB, tai người cảm thấy không thoải mái; khi mức áp suất âm thanh lớn hơn 140 dB, tai người cảm thấy đau; khi mức áp suất âm thanh vượt quá 150 dB, tai người sẽ bị tổn thương cấp tính.
(2) Đặc tính độ to bằng nhau (Equal-loudness contours)
Đặc tính độ to bằng nhau phản ánh đặc điểm cơ bản về cảm nhận độ to của tai người đối với âm thuần ở các tần số khác nhau, thường được biểu thị bằng các đường đẳng độ to (equal-loudness contours).
(1) Tai người cảm nhận độ to nhạy nhất trong dải tần 3 ~ 4 kHz. Tai người giảm độ nhạy đối với âm thanh tần số thấp và cao.
(2) Mức áp suất âm thanh càng cao, đường đẳng độ to càng phẳng. Mức áp suất âm thanh khác nhau, đường đẳng độ to có sự khác biệt lớn, đặc biệt là ở dải tần số thấp. Vì vậy, khi phát lại âm thanh, đặc biệt là phát ở âm lượng nhỏ, cần có mạch bù đẳng độ to (loudness contour compensation circuit) để bù đắp.
(3) Đặc tính ngưỡng nghe
Đặc tính ngưỡng nghe đề cập đến đặc điểm là tai người có độ nhạy thính giác khác nhau đối với âm thanh ở các tần số khác nhau. Thông thường, người bình thường có thể nghe được cường độ âm thanh trong khoảng 0 ~ 140dB. Tai người ở dải tần 800Hz ~ 5kHz có ngưỡng nghe rất gần 0dB, nhưng độ nhạy thính giác đối với tín hiệu dưới 100Hz hoặc trên 18kHz lại giảm đáng kể.
(4) Đặc tính che lấp thính giác (Auditory Masking)
Đặc tính che lấp thính giác, đề cập đến việc một âm thanh mạnh hơn thường che lấp một âm thanh yếu hơn, khiến âm thanh yếu hơn không thể nghe thấy. Tính che lấp này bao gồm che lấp miền tần số (frequency masking) và che lấp miền thời gian (temporal masking).
(1) Che lấp miền tần số: Là một tín hiệu tần số có biên độ lớn hơn sẽ che lấp tín hiệu tần số có biên độ tương đối nhỏ hơn ở tần số lân cận, khiến tín hiệu nhỏ không thể nghe thấy.
(2) Che lấp miền thời gian: Là về mặt thời gian, một tín hiệu mạnh sẽ che lấp các âm thanh yếu hơn trong một khoảng thời gian trước và sau nó, khiến chúng không thể nghe thấy.
Ngay cả khi bạn đã nâng cấp âm thanh một lần, nhưng vẫn cảm thấy âm cao không đủ sáng, âm trầm không đủ lực?
Bạn có cảm thấy nghe nhạc trên hệ thống âm thanh gốc còn không bằng nghe radio?
Nếu bạn có bất kỳ vấn đề nào trong số trên, thì có lẽ bạn cần nâng cấp hệ thống âm thanh trên xe của mình. Nếu bạn không biết cách nâng cấp âm thanh ô tô, bạn có thể theo dõi chúng tôi. Hiện nay, cứ vào thứ Hai, Tư, Sáu hàng tuần, Feichang Chengshi (Thành phố Phi thường) sẽ mang đến cho bạn khóa học chuyên đề - Từ nhập môn đến thành thạo việc nâng cấp âm thanh ô tô. Mỗi bài học chỉ cần dành vài phút để đọc, dễ dàng học cách nâng cấp âm thanh ô tô!
Một、 Kiến thức âm học chia làm ba phần
(1) Âm thanh
Âm thanh là sự rung động của các phân tử không khí. Sự rung động của vật thể (chúng ta gọi là "nguồn âm") gây ra sự rung động tương ứng của các phân tử không khí, truyền vào tai người khiến màng nhĩ rung động, thông qua tác dụng chung của một loạt các cơ quan thính giác như tai giữa, tai trong khiến con người nghe được âm thanh. Không phải tất cả sự rung động của các phân tử không khí đều tạo thành âm thanh, sự rung động của các phân tử không khí có một quy luật nhất định, chúng ta mô tả nó là "sóng", dưới đây chúng ta sẽ trình bày sơ lược về "sóng âm":
(2) Sóng âm
Ném một hòn đá vào mặt nước phẳng lặng, sẽ tạo thành một nhóm sóng nước lan tỏa ra xung quanh, đây là "sóng" trực quan mà chúng ta có thể nhìn thấy. Sóng âm được tạo thành từ sự rung động của các phân tử không khí phức tạp hơn một chút, nó là một nhóm sóng thưa dày (compression/rarefaction wave) lan tỏa theo mọi hướng từ nguồn âm. Các phân tử không khí không phải chạy từ nguồn âm thẳng đến tai bạn, mà rung động tại vị trí vốn có của nó, từ đó khiến các phân tử không khí liền kề rung động theo, âm thanh lan truyền từ nguồn âm ra ngoài rất nhanh như vậy, tốc độ truyền âm thanh trong không khí là 331 mét/giây.
Lấy một ví dụ đơn giản, chuyển động của sóng lúa rất giống với sóng âm, hướng rung động của các hạt song song với hướng chuyển động của sóng. Sóng cần thông qua môi trường để truyền, chuyển động của sóng lúa sẽ tự nhiên dừng lại ở bờ ruộng, môi trường truyền của sóng âm là các phân tử không khí, vì vậy, trong chân không âm thanh không thể truyền được.
(3) Tần số của âm thanh
Số lần rung động mỗi giây của sóng âm được gọi là tần số, tần số trong khoảng 20Hz~20KHz được gọi là sóng âm (audible sound);
Tần số lớn hơn 20KHz được gọi là siêu âm (ultrasound);
Tần số nhỏ hơn 20Hz được gọi là hạ âm (infrasound).
Tai người không thể nghe thấy siêu âm và hạ âm, sóng động đất và sóng thần đều là hạ âm. Một số loài động vật có tai nhạy hơn con người rất nhiều, ví dụ như dơi có thể "nghe" thấy siêu âm.
Rất ít tồn tại "âm thuần" (pure tone) có tần số đơn lẻ trên thế giới, âm thanh chúng ta nghe thấy hầu hết là âm phức hợp (complex sound), như âm đơn phát ra từ nhạc cụ là âm phức hợp tuần hoàn (periodic complex sound), ngữ âm là âm phức hợp không tuần hoàn (aperiodic complex sound).
Hãy để chúng tôi giúp bạn có một khái niệm trực quan hơn về tần số âm thanh:
Tiếng "bùng bùng" của trống lớn có tần số rất thấp, khoảng vài chục Hz;
Phạm vi tần số chính của giọng nói con người nằm trong khoảng từ 200Hz đến 4000 Hz;
Tiếng chiêng, tiếng chuông có tần số khoảng từ 2000 Hz đến 3000Hz;
Trong giọng nói con người, giọng nữ cao hơn giọng nam một chút; giọng trẻ em cao hơn giọng người lớn một chút; tiếng "à à" tần số thấp, tiếng "i i" tần số hơi cao, tiếng "xì xì, rít rít" tần số cao nhất. Biết điểm này rất hữu ích, trong quá trình lựa chọn và lắp đặt thực tế, bạn có thể thường xuyên sử dụng để kiểm tra phản ứng của bệnh nhân đối với tần số âm thanh trước và sau khi đeo máy trợ thính.
Hai、 Tính chất cơ bản của âm thanh
(1) Đặc tính truyền sóng của sóng âm
Sóng âm trong quá trình truyền sẽ tạo ra các hiện tượng như phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ và giao thoa:
(1) Phản xạ và khúc xạ: Khi sóng âm từ một môi trường này truyền đến mặt phân cách của một môi trường khác, sẽ tạo ra hiện tượng phản xạ. Khi gặp vật cản, một phần sóng âm sẽ đi vào vật cản và tạo ra hiện tượng khúc xạ.
(2) Nhiễu xạ: Khi sóng âm gặp tường hoặc vật cản khác, sẽ có một phần sóng âm đi vòng qua mép vật cản và tiếp tục truyền về phía trước, hiện tượng này được gọi là nhiễu xạ.
(3) Giao thoa: Giao thoa là hiện tượng một số sóng âm có cùng tần số khi truyền chồng lên nhau sẽ khiến sóng âm ở một số nơi được tăng cường, ở một số nơi bị suy yếu.
Ngoài 3 đặc tính chính trên, sóng âm trong quá trình truyền còn có các đặc tính như hiện tượng hấp thụ và xuyên qua, hiện tượng cộng hưởng, hiện tượng suy giảm, v.v.
(2) Ba yếu tố của âm thanh
Âm thanh chủ yếu thể hiện đặc tính của nó thông qua ba yếu tố: âm lượng (loudness), cao độ (pitch) và âm sắc (timbre).
(a) Âm lượng còn gọi là độ to, là cảm nhận chủ quan của tai người về cường độ mạnh yếu của âm thanh. Âm lượng chủ yếu phụ thuộc vào biên độ (amplitude) của sóng âm.
(b) Cao độ còn gọi là độ cao của âm thanh, là cảm nhận chủ quan của tai người về độ cao thấp của nốt nhạc. Cao độ chủ yếu phụ thuộc vào tần số (frequency) của sóng âm.
(c) Âm sắc là cảm nhận chủ quan của tai người về đặc trưng của âm thanh. Âm sắc chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc phổ tần (frequency spectrum) của âm thanh.
Ba yếu tố của âm thanh
Phạm vi cường độ và tần số của âm thanh nghe được
Ba、 Đặc tính cơ bản của thính giác tai người
(1) Phạm vi nghe của tai người
Âm thanh nghe được (audible sound), ngưỡng nghe (hearing threshold) và ngưỡng đau (threshold of pain) xác định phạm vi thính giác của tai người.
(1) Âm thanh nghe được: Là âm thanh mà người bình thường có thể nghe thấy, có dải tần từ 20 Hz ~ 20 kHz, được gọi là dải âm thanh (audio).
(2) Ngưỡng nghe: Âm thanh nghe được phải đạt đến một cường độ nhất định mới có thể nghe thấy, cường độ mà người bình thường có thể nghe được nằm trong khoảng 0 ~ 140 dB. Mức áp suất âm thanh (SPL) thấp nhất khiến âm thanh có thể nghe thấy được gọi là ngưỡng nghe, nó liên quan đến tần số của âm thanh. Trong môi trường nghe tốt, người trẻ tuổi có thính lực bình thường, ngưỡng nghe trong dải tần 800 ~ 5000 Hz rất gần với 0 decibel (tương ứng với mức áp suất âm thanh của sóng âm là 0.00012 pascal).
(3) Ngưỡng đau: Mức áp suất âm thanh khiến tai cảm thấy đau được gọi là ngưỡng đau, nó liên quan không nhiều đến tần số âm thanh. Thông thường, khi mức áp suất âm thanh đạt 120 dB, tai người cảm thấy không thoải mái; khi mức áp suất âm thanh lớn hơn 140 dB, tai người cảm thấy đau; khi mức áp suất âm thanh vượt quá 150 dB, tai người sẽ bị tổn thương cấp tính.
(2) Đặc tính độ to bằng nhau (Equal-loudness contours)
Đặc tính độ to bằng nhau phản ánh đặc điểm cơ bản về cảm nhận độ to của tai người đối với âm thuần ở các tần số khác nhau, thường được biểu thị bằng các đường đẳng độ to (equal-loudness contours).
(1) Tai người cảm nhận độ to nhạy nhất trong dải tần 3 ~ 4 kHz. Tai người giảm độ nhạy đối với âm thanh tần số thấp và cao.
(2) Mức áp suất âm thanh càng cao, đường đẳng độ to càng phẳng. Mức áp suất âm thanh khác nhau, đường đẳng độ to có sự khác biệt lớn, đặc biệt là ở dải tần số thấp. Vì vậy, khi phát lại âm thanh, đặc biệt là phát ở âm lượng nhỏ, cần có mạch bù đẳng độ to (loudness contour compensation circuit) để bù đắp.
(3) Đặc tính ngưỡng nghe
Đặc tính ngưỡng nghe đề cập đến đặc điểm là tai người có độ nhạy thính giác khác nhau đối với âm thanh ở các tần số khác nhau. Thông thường, người bình thường có thể nghe được cường độ âm thanh trong khoảng 0 ~ 140dB. Tai người ở dải tần 800Hz ~ 5kHz có ngưỡng nghe rất gần 0dB, nhưng độ nhạy thính giác đối với tín hiệu dưới 100Hz hoặc trên 18kHz lại giảm đáng kể.
(4) Đặc tính che lấp thính giác (Auditory Masking)
Đặc tính che lấp thính giác, đề cập đến việc một âm thanh mạnh hơn thường che lấp một âm thanh yếu hơn, khiến âm thanh yếu hơn không thể nghe thấy. Tính che lấp này bao gồm che lấp miền tần số (frequency masking) và che lấp miền thời gian (temporal masking).
(1) Che lấp miền tần số: Là một tín hiệu tần số có biên độ lớn hơn sẽ che lấp tín hiệu tần số có biên độ tương đối nhỏ hơn ở tần số lân cận, khiến tín hiệu nhỏ không thể nghe thấy.
(2) Che lấp miền thời gian: Là về mặt thời gian, một tín hiệu mạnh sẽ che lấp các âm thanh yếu hơn trong một khoảng thời gian trước và sau nó, khiến chúng không thể nghe thấy.