Tìm hiểu về các dạng tín hiệu âm thanh, âm thanh Analog - Digital khác nhau ở điểm nào?

- Tìm hiểu về các dạng tín hiệu âm thanh, Analog - Digital khác nhau ở điểm nào?
- Truyền tín hiệu âm thanh bằng đường nào sẽ là hay nhất 3.5mm AUX, RCA, XLR, cáp đồng trục Coaxial, Bluetooth, Wifi, cáp quang Optical, hay USB.

1. Sự truyền âm thanh trong không khí

Đầu tiên thì chúng ta cần hiểu sóng âm là gì, để dễ hình dung thì lấy một ví dụ khi chúng ta nói, dây thanh quản trong họng chúng ta sẽ rung lên tạo ra sóng âm thanh, và miệng chúng ta sẽ như một họng kèn để phóng sóng âm này lớn hơn và đi xa hơn, lúc đó sóng âm sẽ làm chuyển động các phân tử khí trong không khí và truyền đi ra xa, vì vậy mà môi trường chân không, khi không có các phần tử khí thì âm thanh sẽ không truyền đi được các bạn nhé.

Và việc thu lại âm thanh đó thì cũng là nhờ các phần tử khí rung động, truyền đến màng nhĩ trong tai người để làm nó rung lên, từ đó ta nghe được âm thanh, Như vậy mà Micro thu âm ra đời, nó cũng sẽ là 1 màng mỏng, có thể là 1 miếng kim loại, hay vật liệu tổng hợp nào đó, nó giao động cực nhạy và thu âm thanh như màng nhĩ của tai người, nhưng màng Micro rung lên sẽ làm các nam châm và quận dây từ bên trong chuyển động, và tạo ra tín hiệu điện, chúng ta sẽ gọi nó là tín hiệu âm thanh Analog (tín hiệu tương tự hình sóng) đó các bạn nhé.

Và như vậy chúng ta đã hiểu cơ bản rồi, nên giờ hãy cùng mình đi vào chi tiết việc thu và phát âm thanh trong thực tế nhé.

2. Các dạng tín hiệu âm thanh đang sử dụng

Âm thanh truyền trong không gian dưới dạng sóng âm và chúng được lưu trữ lại dưới 2 dạng tín hiệu là Analog (tín hiệu tương tự hình sóng) hay Digital (số học dưới dạng bit nhị phân 0 và 1)

Với âm thanh Analog, vì là tín hiệu tương tự nên có thể đưa trực tiếp ra loa để loa phát ra âm thanh ngay (thực tế tín hiệu này rất nhỏ, nên sẽ phải đưa ra một âm ly khuếch đại cho lớn lên rồi mới đưa ra loa - độ lớn âm thanh được đo bằng Decibel viết tắt là dB)

Còn Digital là tín hiệu âm thanh số, chính là những files nhạc mà các bạn vẫn lưu trữ trên máy tính, điện thoại, đĩa CD, SAC, trên máy nghe nhạc, ổ cứng,….
Hai dạng tín hiệu nói trên nó được lưu lại cụ thể như thế nào và cách thức để phát lại các tín hiệu đó ra sao chắc hẳn rất nhiều người còn mơ hồ về vấn đề này, vì thế mính sẽ chia sẻ cụ thể cho các bạn có thêm kiến thức, và hiểu hơn về những thiết bị âm thanh mà mình đang sử dụng nhé!

3. Phương pháp thu và phát lại âm thanh Analog

Tín hiệu là Analog, thì tín hiệu ở dạng này sẽ thường được lưu lại trực tiếp trên băng cối hoặc trên đĩa than mà vẫn nhiều người đam mê tìm kiếm và sử dụng ở thời điểm hiện tại.

Với băng cối thì sóng âm sẽ được Miro thu lại và chuyển thành tín hiệu điện, sau đó các tín hiệu điện này sẽ được lưu lại trên mặt băng từ bằng một đầu từ, các bạn có thể hiểu đầu từ này là một cục nam châm điện, và nâm châm này sẽ thay đổi lực từ bởi tín hiệu điện đưa vào, còn mặt băng từ sẽ là 1 tấm băng có thể thay đổi và lưu lại được mức độ nhiễm từ một cách khá chi tiết, và việc đọc lại thì cũng sẽ là một quá trình mắt từ đọc lại từ trường trên mặt băng, và chuyển nó thành tín hiệu điện analog. Nghe thì hơi khó hiểu nhưng với cách diễn diễn đạt và ví dụ của mình mong rằng các bạn sẽ dễ hình dung được nhất.

Tiếp đến là với đĩa than thì sao, thì đầu ghi đĩa sẽ sử dụng một đầu kim rất nhọn, và sử dụng những vật liệu rất cứng để ghi lại vào mặt đĩa đá, đĩa nhựa, với nhiều tốc độ ghi khác nhau mà chúng ta vẫn thấy là 33, 45 hay 78 rpm (số vòng trên 1 phút), đĩa này thường được làm bằng nhựa tổng hợp và chủ yếu có màu đen nên chúng ta vẫn gọi là đĩa than, kim nhọn này sẽ ghi lại các sóng âm bằng cách tạo các rãnh rất nhỏ trên bề mặt chiếc đĩa.

Còn việc đọc và phát lại âm thanh này, nó cũng được đọc, phát lại trực tiếp bằng các đầu đọc đĩa than, sử dụng kim than từ Saphire hoặc Diamond,…
Khi mà kim của đầu đọc đĩa chạy trên các rãnh này, thì cũng giống chúng ta lấy móng tay cà vào mặt bàn hay các mặt nhám, từ đó sẽ phát ra âm thanh, âm thanh này kêu rất nhỏ nên sau khi được chuyển thành tín hiệu điện thì sẽ được một thiết bị tiền khuếch đại hay chúng ta vẫn gọi là PHONO BOX hay cắm vào đầu đĩa than, để khuếch đại tín hiệu lớn lên trước khi đưa vào âm ly và phát ra loa lớn.

Và chính vì thế, sau khi các bạn hiểu được quá trình ghi lại âm thanh Analog, các bạn sẽ thấy chất lượng âm thanh phụ thuộc rất nhiều vào môi trường, công nghệ thu âm, công nghệ ghi vào băng từ, vào đĩa than như thế nào, rồi lại còn phụ thuộc vào cả thiết bị đọc và phát lại gồm đầu đĩa than, đầu băng cối, Phono box, âm ly, rồi loa, dây dẫn, độ sạch nguồn điện,….

Cũng vì đặc tính của âm thanh analog như vậy mà âm thanh nó đem lại thường cũng chân thực, mộc mạc, hơi khô và gần gũi với âm thanh thực tế nhất, chủ yếu sẽ tôn được phần tiếng hát của ca sỹ, nên nhiều người mê mẩn bởi thứ âm thanh dễ gợi lại hoài niệm này.

4. Phương pháp thu và phát lại âm thanh số Digital

Trái ngược hoàn toàn với âm thanh Analog, thì đó chính là âm thanh số Digital, bây giờ chúng ta hay cùng tìm hiểu về nó nhé!
Vẫn lại là sóng âm được mic thu lại và chuyển thành tín hiệu điện, nhưng tín hiệu điện này sẽ được số hóa bởi một thiết bị điện tử, để biến đổi thành các bit nhị phân là 0 và 1 (hoặc có thể hiểu là không hoặc có, đúng hoặc sai,…) và cách biến đổi này khá phức tạp nên mình sẽ sử dụng hình ảnh để mình họa cho các bạn dễ hiểu như hình dưới đây.

Sau khi biến đổi xong thì các chuỗi bit 101010111100… sẽ được lưu lại trên ổ cứng máy tính, trên điện thoại, trên đĩa CD, USB,… dưới dạng file dữ liệu, file nhạc sau khi thu âm chưa bị nén lại thành dung lượng thấp thì người ta gọi là nhạc lossless (nhạc không tổn thất), còn chất lượng file nhạc này cao hay thấp thì lại được thể hiện dưới chỉ số là tỉ lệ lấy mẫu có đơn vị là kHz, MHz, tỉ lệ lấy mẫu được hiểu như là tốc độ, là tần số băm, khi tần số này càng lớn, tức là dữ liệu trong 1 giây sẽ được băm nhiều lần thành các đoạn nhỏ, và file lúc này sẽ khá nặng, như vậy thì khả năng phục hồi, chuyển đổi lại âm thanh sẽ có độ chính xác càng cao, ngược lại tần số này thấp thì chất lượng file nhạc sẽ thấp và phục hồi lại thành tín hiệu Analog sẽ mất đi độ chính xác.

Các files dữ nhiệu nhạc sau đó sẽ được mã hóa thành một dịnh dạng file nào đó, ví dụ như file DSD, DSF, WAV, FLAC phổ thông sẽ có chuẩn 16bit dữ liệu, tương đương với chuẩn CD, cao hơn thì có chuẩn 24bit hoặc 32bit hoặc cao hơn nữa.
Ngoài ra còn các định dạng khác như mp3, wma, aac thì thực ra nó sẽ là các định dạng file Lossless bị nén lại cho nhỏ và nhẹ hơn, sau đó mã hóa theo một phương thức nào đó, ví dụ nén lại thành file mp3, độ nén file mp3 đó là nhiều hay ít thì được thể hiện bằng con số 32, 64, 128, 320kbps, độ nén càng lớn thì con số này càng nhỏ, hiểu cũng gần giống như tần số lấy mẫu mình đã nói bên trên, vậy con số này nhỏ sẽ khiến chất lượng file càng kém đi.

Vậy ví dụ muốn đọc lại file nhạc mp3 này, thì chúng ta phải có chương trình giãi mã để giải nén file này trở lại thành tín hiệu số khi chưa bị nén, đó chính là chương trình chơi nhạc mp3, ví dụ như Winamp ngày xưa, chắc hẳn có nhiều bạn từng sử dụng, tiếp theo sau khi giải nén xong, thì các tín hiệu này vì vấn là tín hiệu số nên vẫn chưa thể phát được ra loa ngay, mà sẽ tiếp tục được đưa vào bộ xử lý DAC (Digital Analog Converter) để chuyển các bit số nhị phân 0 và 1 thành tính hiệu tương tự Analog (tín hiệu điện hình sóng), rồi mới đưa vào âm ly khuếch đại lên để phát ra loa.

Vì vậy có thể hiểu lúc này chất lượng phát lại âm thanh số sẽ phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng thu âm (gồm cả thiết bị chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số ADC), phụ thuộc cả vào chất lương bộ giải mã DAC từ số sang tương tự, và dĩ nhiên còn phụ thuộc cả vào cả hệ thống âm thanh của chúng ta gồm dây dẫn, âm ly, loa, lọc nguồn, jắc cắm, và nhiều yếu tố khác.

5. Giải đáp các câu hỏi về đường truyền âm thanh nào là hay nhất

Như vậy khi đọc hết 4 phần trên, là các bạn đã nắm được cốt lõi của các dạng tín hiệu âm thanh, và hiểu được cách mà âm thanh được lưu và phát lại rồi, giờ chúng ta đã có đủ dữ liệu để giải đáp câu hỏi là truyền tín hiệu âm thanh thì qua đường nào sẽ là hay nhất.

Các đường truyền phổ thông mà chúng ta biết đến thì có: 3.5mm AUX, RCA, XLR cáp đồng trục Coaxial, Bluetooth, Wifi, cáp quang Optical, hay USB.

Trong các đường truyền trên thì sẽ có Coaxial, Bluetooth, Wifi, Optical, USB là truyền tín hiệu số Digital, còn lại AUX, RCA, XLR thì sẽ sử dụng để truyền tín hiệu Analog (tín hiệu tương tự)

Trong các đường truyền số nói trên, ngoài Bluetooth đang bị giới hạn băng thông truyền và nén dữ liệu khi truyền, thì các đường truyền còn lại đều có thể truyền nhạc chất lượng cao ít bị tổn thất. Tuy nhiên Bluetooth hiện nay ở phiên bản 4 tới 5, với những đột phá về công nghệ như AptX, AptX HD thì băng thông cũng khá rộng và độ nén cũng không còn quá lớn, khiến cho chất lượng truyền cũng đã đáp ứng tốt nhu cầu nghe nhạc Online, nhạc chất lượng phổ thông rồi.

Vậy với cùng một thiết bị để xem đường truyền RCA, AUX 3.5mm,... hay truyền không dây qua Bluetooth tốt hơn, thì chúng ta phải xem xét bộ xử lý DAC của hệ thống loa là tốt hơn, hay của thiết bị lưu trữ nhạc là tốt hơn.
Ví dụ thiết bị lưu trữ nhạc của chúng ta là điện thoại, thì khi cắm dây RCA hay AUX 3.5mm ra loa, lúc này điện thoại sẽ là bộ xử lý DAC để chuyển file nhạc số thành tín hiệu Analog rồi truyền ra loa, loa chỉ làm nhiệm vụ khuếc đại tín hiệu này và phát ra tiếng. Còn khi điện thoại truyền không dây Bluetooth ra loa, thì vì là truyền tín hiệu số, nên lúc này loa mới là thiết bị xử lý chuyển đổi DAC, điện thoại chỉ là thiết bị lưu file nhạc và là trình đọc nhạc.
Nên để đánh giá chất lượng thì sẽ phải xem Chip DAC bên trong loa tốt hơn, hay của điện thoại tốt hơn, vậy chúng ta mới chọn được đường truyền nào là tốt nhất trong trường hợp này.

Chip DAC ES9038PRO xử lý nhạc số tới 32bit, để chuyển thành tín hiệu tương tự

Còn với những hệ thống âm thanh có đường truyền Wifi, thì băng thông sẽ lớn hơn và file truyền đi sẽ ít bị nén và tổn thất hơn nhiều so với Bluetooth, nên Wifi sẽ truyền được nhạc Lossless đáp ứng nhu cầu truyền nhạc chất lượng cao không dây của các bạn.

Các đường truyền khác thì cũng giống vậy thôi, như USB, Coaxial, Optical, HDMI nhưng là vì truyền tín hiệu số trực tiếp nên sẽ đảm bảo được chất lượng truyền là tốt nhất, và để sắp xếp theo thứ tự, thì thường các đường ưu tiên trong một hệ thống sẽ như sau:

USB – HDMI – Optical – Coaxial -... vậy nên việc chọn đường truyền số Digital, hay đường truyền Analog thì sẽ như mình chia sẻ, là chúng ta phải đánh giá chip DAC và bộ trộn tín hiệu số DSP của thiết bị nào là tốt hơn để chọn các bạn nhé, cái này chúng ta có thể đọc trong phần thống số kỹ thuật của sản phẩm, hoặc có thể nghe thử với 2 đường truyền khác nhau, chất âm đưa ra sẽ khác nhau.

Như vậy là mình đã cố gắng diễn tả một cách dễ hiểu nhất những hiểu biết của mình về âm anh số và tương tự, cảm ơn các bạn đã đọc đến đây, mong rằng các bạn đã có nhiều thêm các kiến thức bổ ích về âm thanh, và làm chủ công nghệ, làm chủ những bộ loa, hệ thống âm thanh mà mình đang sở hữu.