Tìm hiểu về âm thanh, tốc độ và cường độ âm  

Âm thanh là một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, từ tiếng nói chuyện, tiếng nhạc, đến âm thanh tự nhiên như tiếng gió, tiếng sóng biển. Âm thanh không chỉ là phương tiện giao tiếp quan trọng mà còn là yếu tố tạo nên những trải nghiệm cảm xúc sâu sắc trong âm nhạc, nghệ thuật và đời sống. 

Âm thanh là gì?

Âm thanh là sự dao động của các hạt trong môi trường, thường là không khí, được truyền đi dưới dạng sóng cơ học. Khi một nguồn âm thanh, chẳng hạn như giọng nói hoặc nhạc cụ, tạo ra dao động, nó làm rung động các hạt không khí xung quanh, tạo ra các sóng âm lan tỏa trong không gian. 

Các sóng âm này khi đến tai người nghe sẽ được não bộ xử lý thành các âm thanh mà chúng ta nghe thấy. Âm thanh có thể được truyền qua nhiều môi trường khác nhau, bao gồm không khí, nước và cả chất rắn, và nó có thể mang nhiều đặc tính như cao độ, âm lượng và âm sắc, tạo nên sự phong phú và đa dạng trong thế giới âm thanh mà chúng ta cảm nhận hàng ngày.

Tốc độ âm thanh

Tốc độ âm thanh là tốc độ mà sóng âm truyền qua một môi trường cụ thể. Tốc độ này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại môi trường (như không khí, nước, hay kim loại), nhiệt độ, và áp suất của môi trường đó.

• Trong không khí ở nhiệt độ khoảng 20°C (68°F), tốc độ âm thanh là khoảng 343 mét/giây (1.235 km/h hoặc 767 mph).** Tuy nhiên, tốc độ này có thể thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ; khi nhiệt độ tăng, tốc độ âm thanh cũng tăng.
• Trong nước, tốc độ âm thanh cao hơn nhiều, khoảng 1.480 mét/giây (5.328 km/h), vì các phân tử nước nằm gần nhau hơn so với không khí, giúp sóng âm truyền nhanh hơn.
• Trong các chất rắn, chẳng hạn như thép, tốc độ âm thanh còn lớn hơn nữa, lên tới 5.960 mét/giây (21.456 km/h), vì các phân tử trong chất rắn rất gần nhau và được liên kết chặt chẽ.

Tốc độ âm thanh là một yếu tố quan trọng trong nhiều ứng dụng khoa học và công nghệ, chẳng hạn như trong lĩnh vực hàng không, âm nhạc, và các hệ thống truyền thông.

Cường độ âm thanh 

Cường độ âm thanh là thước đo mức năng lượng âm thanh được truyền qua một đơn vị diện tích trong một khoảng thời gian nhất định. Nói cách khác, cường độ âm thanh phản ánh mức độ mạnh hay yếu của âm thanh mà chúng ta cảm nhận. 

Cường độ âm thanh thường được đo bằng đề-xi-ben (dB), một đơn vị đo lường dựa trên thang logarit, để biểu thị sự thay đổi lớn về mức độ âm thanh mà tai người có thể cảm nhận được.

• Âm thanh nhẹ nhàng như tiếng lá rơi hoặc tiếng thì thầm có cường độ rất thấp, khoảng 10-20 dB.
• Tiếng nói chuyện thông thường có cường độ khoảng 60 dB.
• Âm thanh lớn như tiếng còi xe hoặc tiếng nhạc tại một buổi hòa nhạc có thể đạt tới 90-110 dB.
• Cường độ âm thanh vượt quá 120 dB (như tiếng động cơ phản lực gần tai) có thể gây đau tai và thậm chí gây hại cho thính giác.

Cường độ âm thanh ảnh hưởng trực tiếp đến cách chúng ta cảm nhận âm thanh, từ việc nghe rõ ràng một cuộc trò chuyện đến việc cảm nhận sự ồn ào hoặc nguy cơ từ các âm thanh lớn. Việc hiểu và kiểm soát cường độ âm thanh là quan trọng trong nhiều lĩnh vực như âm nhạc, kỹ thuật âm thanh, và bảo vệ sức khỏe thính giác.

Trường độ âm thanh ( hay còn gọi là trường âm)

Trường độ âm thanh (hay còn gọi là trường âm) là thuật ngữ dùng để chỉ độ dài của âm thanh, tức là thời gian mà một âm thanh kéo dài từ khi nó bắt đầu đến khi nó kết thúc. Trường độ âm thanh được đo bằng đơn vị thời gian, chẳng hạn như giây (s) hoặc mili giây (ms), và nó ảnh hưởng trực tiếp đến cách chúng ta cảm nhận một âm thanh hay một giai điệu.

• Âm thanh ngắn có trường độ ngắn, thường là các âm thanh ngắt quãng, nhanh chóng như tiếng vỗ tay, tiếng gõ cửa, hoặc nốt nhạc ngắn trong một bản nhạc.
• Âm thanh dài có trường độ kéo dài hơn, như tiếng ngân của một nhạc cụ, tiếng hát kéo dài hoặc tiếng vọng từ một không gian rộng.

Trường độ âm thanh là một yếu tố quan trọng trong âm nhạc và nghệ thuật biểu diễn, nơi nó được sử dụng để tạo ra nhịp điệu, nhấn mạnh và tạo cảm xúc cho người nghe. Trong các bản nhạc, trường độ của mỗi nốt nhạc được ký hiệu bằng các ký hiệu đặc biệt, giúp nhạc sĩ và nghệ sĩ biểu diễn hiểu và tái hiện chính xác độ dài của từng âm thanh.

Cao độ âm thanh

Cao độ âm thanh là mức độ cao hay thấp của âm thanh, được xác định bởi tần số của sóng âm. Tần số này được đo bằng đơn vị Hertz (Hz) hoặc các bội số của nó như Kilohertz (kHz) và Megahertz (MHz).

• 1 kHz tương đương với 1.000 Hz.
• 1 MHz tương đương với 1.000.000 Hz.

Tần số càng cao, âm thanh sẽ có cao độ càng cao và ngược lại, tần số thấp sẽ tạo ra âm thanh có cao độ thấp hơn.

Âm sắc

Âm sắc là đặc tính của âm thanh giúp chúng ta phân biệt được các nguồn âm khác nhau ngay cả khi chúng có cùng cao độ và cường độ. Âm sắc chính là yếu tố tạo nên sự khác biệt trong âm thanh phát ra từ các nhạc cụ khác nhau, tiếng nói của mỗi người, hoặc các âm thanh trong tự nhiên.

Ví dụ, khi nghe một nốt nhạc ở cùng cao độ được chơi trên đàn piano và đàn violin, chúng ta vẫn có thể phân biệt được âm thanh từ hai nhạc cụ này nhờ vào âm sắc đặc trưng của mỗi nhạc cụ. Âm sắc được tạo ra từ các hài âm (hoặc tần số phụ) kèm theo tần số chính của âm thanh, và cách mà các hài âm này kết hợp, tắt dần, hoặc cộng hưởng sẽ tạo nên âm sắc riêng biệt.

Âm sắc đóng vai trò quan trọng trong âm nhạc và giao tiếp, giúp chúng ta nhận biết và thưởng thức sự phong phú, đa dạng của âm thanh trong thế giới xung quanh.

Phản xạ – Khúc xạ – Công hưởng

Âm thanh là một dạng sóng lan truyền, nên nó cũng tuân theo các định luật phản xạ và khúc xạ tương tự như ánh sáng.

Góc tới bằng góc phản xạ
Mỗi lần sóng âm phản xạ hay khúc xạ, cường độ của nó đều bị suy giảm. Mức độ suy giảm này phụ thuộc vào môi trường và vật liệu mà sóng âm va chạm.

Ví dụ:

Môi trường vật liệu	Độ suy giảm	Phản xạ	Khúc xạ
Bọt biển, nỉ	80-90%	70-80%	7-10%
Xi măng gồ ghề	15-20%	30-40%	40-50%
Kính	20-30%	40-50%	30-40%
Ghế	0.7-1%	70-80%	7-10%

Để giảm thiểu sự phản xạ của sóng âm, chúng ta cần sử dụng các vật liệu có độ suy giảm lớn hoặc chọn bề mặt tường gồ ghề. Trong các hội trường kín, cần bố trí loa sao cho sóng âm phải va đập nhiều lần để cường độ âm thanh suy giảm tối đa trước khi quay trở lại tai người nghe lần thứ hai, giúp giảm hiện tượng tiếng dội.

Sự cộng hưởng của âm thanh phụ thuộc vào khoảng cách va đập của sóng âm và tần số của âm thanh. Khi khoảng cách va đập trùng với bước sóng hoặc là một bội số chẵn của bước sóng, sự cộng hưởng sẽ đạt hiệu quả cao nhất. Điều này có nghĩa là khi tần số âm thanh càng thấp, buồng cộng hưởng cần phải lớn hơn; ngược lại, khi tần số càng cao, khoảng cách cộng hưởng càng nhỏ.

Những kinh nghiệm trong việc thiết kế hệ thống âm thanh

Khi thiết kế một hệ thống âm thanh hoặc đánh giá chất lượng âm thanh của một hệ thống, cần đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn sau để đạt được âm thanh tốt nhất:

Độ lớn: Hệ thống âm thanh phải đảm bảo đủ công suất, phù hợp với địa hình, số lượng người nghe và loại nhạc được trình diễn. Điều này giúp đảm bảo mọi người đều có thể nghe rõ âm thanh một cách thoải mái, không bị quá nhỏ hoặc quá lớn.

Độ đồng đều của dải tần: Hệ thống cần duy trì độ đồng đều giữa các dải tần, bao gồm tiếng Low (âm trầm), tiếng Mid (âm trung) và tiếng High (âm cao). Điều này giúp âm thanh trở nên cân bằng, không bị thiếu hoặc dư một dải tần nào.

Độ hài hòa: Âm thanh cần có sự cân đối giữa tiếng ca và tiếng nhạc, cũng như giữa các nhạc cụ với nhau. Điều này đảm bảo rằng mỗi yếu tố trong âm thanh đều được thể hiện rõ ràng và không lấn át nhau.

Độ ngọt ngào: Âm thanh nên có độ dịu dàng, không bị khô khan hay chói tai. Việc sử dụng hiệu ứng âm thanh như Verb và Echo cần vừa đủ, giúp âm thanh trở nên mềm mại và dễ chịu hơn.

Độ rõ nét: Âm thanh phải rõ ràng, đặc biệt là lời nói hay lời ca không bị dội âm hay nhòe. Điều này giúp người nghe hiểu rõ nội dung mà không gặp khó khăn trong việc tiếp nhận thông tin.

Độ trung thực: Hệ thống âm thanh phải tái tạo âm thanh một cách trung thực, không bị méo tiếng hay vỡ tiếng. Điều này đảm bảo âm sắc của từng giọng ca và nhạc cụ được giữ nguyên vẹn, mang lại trải nghiệm âm thanh chính xác và chân thực.

Những tiêu chuẩn này giúp hệ thống âm thanh đạt được chất lượng cao, mang lại trải nghiệm nghe nhạc và âm thanh sống động, thoải mái cho người nghe.

Kinh nghiệm chống dội âm khi đặt loa trong nhà, hội trường

Tránh đặt mặt loa song song với mặt tường đối diện: Để giảm thiểu hiện tượng dội âm, không nên đặt mặt loa song song với mặt tường đối diện. Thay vào đó, bạn có thể bố trí loa theo hình nan quạt hoặc treo loa sao cho các loa không cùng hướng về một hướng cố định, giúp âm thanh lan tỏa đều mà không bị dội ngược.

Hướng loa có độ nhạy cao vào góc có đường đi âm thanh xa nhất: Các loa có độ nhạy cao hoặc công suất lớn nên được hướng vào những góc có đường đi âm thanh xa nhất. Điều này giúp âm thanh lan tỏa đều khắp không gian mà không bị dội quá mạnh từ những bề mặt gần.

Đặt loa Sub cách mặt đất: Để tối ưu hóa âm thanh từ loa Sub, nên đặt loa cách mặt đất một khoảng cách tối thiểu là 30 cm. Nếu loa Sub được đặt sát mặt đất, nên kê nghiêng loa lên một góc khoảng 15° để tránh dội âm và cải thiện chất lượng âm trầm.

Mở cửa sổ hoặc treo rèm: Nếu có điều kiện, việc mở các cửa sổ của hội trường hoặc treo rèm sẽ giúp hấp thụ bớt âm thanh và giảm hiện tượng dội âm, đồng thời làm mềm âm thanh tổng thể trong không gian.

Khi sân khấu hoặc hội trường quá rộng hoặc quá dài

Trong trường hợp sân khấu quá lớn hoặc hội trường quá dài, việc đặt thêm các cột loa phía sau là cần thiết để đảm bảo âm thanh đồng đều trên toàn sân. Tuy nhiên, khi sử dụng các cột loa phía sau, bạn nên sử dụng thiết bị Delay line để tạo độ trễ, giúp âm thanh từ các cột loa phía trước và phía sau hòa quyện một cách hài hòa.

Cột loa phía sau không cần nhiều loa Sub: Các cột loa phía sau nên tập trung vào loa Full, vì tiếng trầm từ loa Sub của cột loa phía trước sẽ cộng hưởng tốt với các loa Full phía sau khi được điều chỉnh đúng cách.

Tính thời gian Delay: Thời gian Delay giữa các cột loa có thể được tính bằng công thức:
T = C x K
Trong đó:

• C là tốc độ âm thanh (khoảng 343 m/s trong không khí ở nhiệt độ 20°C).
• K là khoảng cách giữa hai cột loa trước và sau.

Việc hiệu chỉnh đúng thời gian Delay giúp đảm bảo âm thanh đồng bộ trên toàn sân khấu hoặc hội trường, tạo trải nghiệm âm thanh tốt nhất cho người nghe.

Hy vọng rằng qua những chia sẻ trong bài viết này, bạn đã nắm được những kinh nghiệm thiết thực trong việc thiết kế và tối ưu hóa hệ thống âm thanh cho các không gian như nhà ở, hội trường, hay sân khấu lớn. Việc hiểu rõ các nguyên tắc về chống dội âm, bố trí loa, và sử dụng thiết bị hỗ trợ như Delay line sẽ giúp bạn đạt được chất lượng âm thanh tốt nhất, mang lại trải nghiệm âm thanh tuyệt vời.