Tìm hiểu các dạng tín hiệu âm thanh: Analog và Digital khác nhau ở điểm nào?

Analog và tín hiệu Digital là gì? Có những đặc điểm gì và khác nhau như thế nào? Bài viết dưới đây sẽ giải đáp thắc mắc để bạn hiểu rõ bản chất của Analog, Digital nói riêng và các hình thức truyền tín hiệu âm thanh phổ biến hiện nay!

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.

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 một màng mỏng, có thể là một miếng kim loại hay vật liệu tổng hợp nào đó, nó dao động cực nhạy và thu âm thanh như màng nhĩ của tai người.

Khi màng micro rung lên sẽ làm các nam châm và cuộn dây từ bên trong chuyển động và tạo ra tín hiệu điện, chúng ta sẽ gọi đó là tín hiệu âm thanh Analog (tín hiệu tương tự hình sóng). Khi đã hiểu cơ bản rồi, giờ hãy cùng mình đi vào chi tiết việc thu và phát âm thanh trong thực tế.

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 hai dạng tín hiệu là Analog (tín hiệu tương tự hình sóng) hoặc Digital (số học dưới dạng bit nhị phân 0 và 1).

2.1. Tín hiệu âm thanh Analog

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 ampli khuếch đại cho lớn lên rồi mới đưa ra loa. Độ lớn âm thanh được đo bằng Decibel, viết tắt là dB.

2.2. Tín hiệu âm thanh Digital

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

3. Phương pháp thu và phát lại âm thanh Analog

Tín hiệu Analog thông thường được lưu lại trực tiếp trên băng cối hoặc trên đĩa than, những định dạng mà đến nay vẫn có rất nhiều người đam mê tìm kiếm và sử dụng.

3.1. Thu và phát âm thanh bằng băng cối

Với băng cối, sóng âm sẽ được micro thu lại và chuyển thành tín hiệu điện, sau đó tín hiệu này được lưu lại trên mặt băng từ bằng một đầu từ. Có thể hiểu đầu từ này là một nam châm điện, lực từ sẽ thay đổi theo tín hiệu điện đưa vào. Mặt băng từ là một dải vật liệu có khả năng lưu lại mức độ nhiễm từ khá chi tiết. Khi đọc lại, đầu từ sẽ đọc lại từ trường trên mặt băng và chuyển thành tín hiệu điện Analog.

3.2. Thu và phát âm thanh bằng đĩa than

Đối với đĩa than, đầu ghi sử dụng một đầu kim rất nhọn, làm từ vật liệu cứng để ghi trực tiếp các rãnh lên bề mặt đĩa với các tốc độ 33, 45 hoặc 78 rpm. Đĩa thường làm bằng nhựa tổng hợp, chủ yếu có màu đen nên được gọi là đĩa than. Kim ghi sẽ tạo ra các rãnh rất nhỏ mô phỏng hình dạng sóng âm.

Việc đọc và phát lại âm thanh được thực hiện bằng đầu đọc đĩa than với kim làm từ sapphire hoặc diamond. Khi kim chạy trên các rãnh, rung động cơ học sẽ được chuyển thành tín hiệu điện rất nhỏ, sau đó phải qua thiết bị tiền khuếch đại hay còn gọi là phono box để khuếch đại tín hiệu trước khi đưa vào ampli và loa.

Vì thế, chất lượng âm thanh Analog phụ thuộc rất nhiều vào môi trường, công nghệ thu âm, công nghệ ghi cũng như toàn bộ hệ thống phát lại gồm đầu đĩa, đầu băng, phono box, ampli, loa, dây dẫn và nguồn điện.

Do đặc tính này, âm thanh Analog thường mang lại cảm giác chân thực, mộc mạc, gần gũi với âm thanh tự nhiên, đặc biệt tôn giọng hát, nên rất được những người yêu nhạc hoài niệm ưa chuộng.

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

Trái ngược với Analog, âm thanh Digital là dạng âm thanh số.

4.1. Quá trình số hóa tín hiệu âm thanh

Sóng âm được micro thu lại và chuyển thành tín hiệu điện, sau đó tín hiệu này được số hóa bởi bộ chuyển đổi ADC để biến thành các bit nhị phân 0 và 1. Quá trình này khá phức tạp và thường được minh họa bằng sơ đồ để dễ hình dung.

4.2. Tần số lấy mẫu và độ sâu bit

Chuỗi bit sau khi số hóa được lưu trữ dưới dạng file dữ liệu trên máy tính, điện thoại, đĩa CD, USB,.. File nhạc chưa bị nén gọi là nhạc lossless. Chất lượng file được thể hiện qua tần số lấy mẫu (kHz, MHz). Tần số lấy mẫu càng cao thì dữ liệu càng nhiều và khả năng phục hồi tín hiệu càng chính xác.

Các file nhạc phổ biến như DSD, DSF, WAV, FLAC thường có chuẩn 16bit, cao hơn là 24bit hoặc 32bit. Các định dạng như mp3, wma, aac là nhạc bị nén, chất lượng phụ thuộc vào bitrate như 128kbps, 320kbps, bitrate càng thấp thì chất lượng càng giảm.

4.3. Vai trò của DAC trong phát nhạc Digital

Khi phát nhạc số, file cần được giải mã bởi phần mềm, sau đó tín hiệu số được đưa vào bộ DAC để chuyển thành tín hiệu Analog trước khi khuếch đại và phát ra loa. Chất lượng âm thanh Digital phụ thuộc vào quá trình thu âm, bộ ADC, bộ DAC, cũng như toàn bộ hệ thống thiết bị âm thanh.

5. Đường truyền tín hiệu âm thanh nào hay nhất?

Các đường truyền phổ biến hiện nay gồm 3.5mm AUX, RCA, XLR, Coaxial, Bluetooth, Wifi, Optical và USB truyền tín hiệu Digital. AUX, RCA, XLR truyền tín hiệu Analog.

Trong đó, Bluetooth bị giới hạn băng thông và có nén dữ liệu, tuy nhiên các chuẩn mới như aptX, aptX HD đã cải thiện đáng kể chất lượng. Wifi có băng thông lớn hơn, truyền được nhạc lossless. Các đường truyền số có dây như USB, Optical, Coaxial đảm bảo độ ổn định và chất lượng cao.

Việc chọn đường truyền tốt hơn phụ thuộc vào chip DAC của thiết bị phát hay thiết bị nhận. Ví dụ, khi dùng AUX từ điện thoại, DAC của điện thoại xử lý tín hiệu; khi dùng Bluetooth, DAC của loa xử lý tín hiệu. Thông thường, hệ thống thường ưu tiên thứ tự đường truyền là USB - HDMI - Optical - Coaxial.

Như đã chia sẻ, việc chọn đường truyền số Digital hay đường truyền Analog còn cần tùy thuộc vào việc chúng ta đánh giá chip DAC và DSP của thiết bị nào là tốt hơn. Sau đã lựa chọn, sẽ trải nghiệm thử từng thiết bị để cảm nhận ra sự khác biệt! Mong rằng, với những chia sẻ trên, sẽ thật có ích cho các bạn trong việc tìm chọn đường truyền số thích hợp!