0

Bài 14. Các loại sóng âm phức tạp (Complex Waveforms)

Các loại sóng âm phức tạp (Complex Waveforms)

Như đã giải thích, mỗi âm thanh có riêng phổ tần số của mình mà tiến trình nghe có khả năng xác định là âm điệu đặc biệt của âm thanh đó. Mặc dù, các tần số tương ứng đến mỗi âm thanh truyền đồng lúc qua không khí như thế nào? Để trả lời điều này, có lẽ nên nhìn các piston loa một lần nữa, trong trường hợp này sẽ nhân bản ra một dạng sóng phức tạp như một note nhạc chơi trên piano.

Hình 2.12 cho thấy một phổ tần số tiêu biểu liên quan đến nốt nhạc La (A), 220Hz (dưới nốt nhạc A một bát độ) chơi trên đàn piano. (Ngẫu nhiên, họa âm thứ bảy là tối thiểu ở đây vì điểm gõ của búa đối với dây đàn piano trong trường hợp này loại bỏ có hiệu quả bội âm đặc biệt này). Khi âm gốc và tất cả các bội âm được chồng lên như đã mô tả trong phần trước đây về phase và sự can thiệp, nó kết hợp để cho ra một dạng sóng phức tạp mà có thể xuất hiện hơi giống như thể hiện trong hình 2.12. Dạng sóng này cũng gần như sẽ tiêu biểu cho các chuyển động của vành loa (cone) để nhân bản ra một âm thanh tương tự.

Trên thực tế, các dạng sóng trong thí dụ minh họa dưới mang theo một lượng lớn dạng thức, người nghe đều thấy chúng có âm thanh tương tự như nhau, nếu không giống nhau. Điều này xảy ra khi các tần số liên quan đến âm thanh của nhạc cụ được nhân bản bằng loa trong các mối quan hệ lệch phase với nhau. Ngoài ra, mỗi tần số trong âm thanh thường bao gồm nhiều sóng sine chung một tần số kết hợp trong một loạt các mối quan hệ phase. Đây là kết quả của những âm thanh phát ra từ một khu vực rộng lớn, hơn là chỉ từ một điểm, và cho biết thêm một sự tinh tế và tính cách tự nhiên đầy đủ (fullness) nhất định về âm thanh. Trong thực tế, hình dạng đặc biệt của một dạng sóng phức tạp, tuy nhiên, gần như không quan trọng bằng phổ tần số chứa nó.

Lưu ý rằng dạng sóng như sóng vuông, sóng tam giác và sóng răng cưa thực tế không đơn giản. Sóng vuông, rất thông dụng để thử nghiệm trong phòng thí nghiệm thiết bị âm thanh, và những dạng sóng đơn giản khác có thể dễ dàng tổng hợp bởi các nhạc cụ điện tử cơ bản nhất. và chúng cũng chứa âm phổ và các thành phần sóng sine của riêng mình. Một sóng vuông, trên thực tế bao gồm một sóng cơ bản và kế tiếp là dãy số lẻ của họa âm (1, 3, 5, 7, 9, v.v. như trong hình 2.13). Thí dụ khác, sóng răng cưa, là một mô hình lý thuyết của một sợi dây cong và các hợp âm giọng hát của con người (mặc dù trong thực tế nó phức tạp hơn nhiều).

Hình 2.12. Các thành phần sóng sine của một sóng răng cưa

  Hình 2.14. Các thành phần sóng sine của một sóng răng cưa

Hình 2.14 cho thấy sóng răng cưa có thể được chia ra nhiều thành phần sóng sine cụ thể. Một khi chúng được tạo ra, dạng sóng như vậy thực sự hoạt động đơn giản theo âm phổ tần số (thành phần sóng sine) liên quan, như bất kỳ âm thanh nào khác.

Trong sự di chuyển của mình xuyên qua không khí hay xuyên qua các tín hiệu điện, những phase sóng đồng nhất tăng gấp đôi cường độ (+3 dB về độ vang (acoustically), đôi khi là 6 dB về điện tử, tùy thuộc vào loại mạch điện). Sóng ngược phase dĩ nhiên bị triệt tiêu hoàn toàn. Khi sóng đồng nhất phát ra từ hai nguồn riêng biệt, nó thường cắt nhau ở một vị trí của người nghe được trong một loạt các mối quan hệ phase ở giữa hai thái cực, một phần sẽ tăng lên hay một phần sẽ triệt tiêu lẫn nhau. (Đồng thời, thường có sự chồng chéo đáng kể bởi sự phản xạ từ các bề mặt xung quanh). Chỉ khi một người đứng xa từ giữa hai nguồn (như hình dưới) nghe được tất cả các tần số được củng cố. Trong bất kỳ vị trí khác, một số tần số sẽ gia tăng trong khi những tần số khác bị triệt tiêu. Điều này rất có ý nghĩa cho người vận hành hệ thống, là các âm thanh có thể dự kiến sẽ thay đổi đáng kể tùy theo từng vị trí trong khán giả, dù là nó luôn luôn được phát tán bằng các loa.

Sự giao thoa sóng

Họa âm

Hình 2.14. Họa âm.

(A) Họa âm của dây đàn Piano hiển thị trên tỉ lệ tuyến tính. Đây là một note nhạc tương đối thấp, họa âm của nó cũng mở rộng ra thành các âm phổ, ngoài các tần số khác có thể tượng trưng cho ảnh hưởng giữa những sợidây đàn với nhau (không hiển thị).Chú ý rằng các bội âm sẽ ăn nhịp hơn với mỗi bát độ liên tiếp trên biểu đồ như thế nào.

 (B) Với một nốt nhạc cao hơn , những họa âm được đặt xa nhau hơn, có rất ít tần số liên quan. Nếu các nốt nhạc trở nên cao hơn, các dây đàn thường cũng được thiết kế không có cuộn dây xoắn bao quanh, được tính toán để cho âm thanh có đặc tính tinh khiết hơn.

 (C) “Rough” mô tả một dạng sóng phức tạp, thu được từ sự kết hợp của các tần số liên quan. Điều này cũng sẽ tượng trưng cho các chuyển động của một vành loa đã tái tạo ra một âm thanh như thế.

Lưu ý ở đây là khi họa âm lẻ được thêm vào trong một phase thích hợp và cân đối, các cạnh bên sẽ dốc hơn và bắt đầu trải phẳng ra. Khi các họa âm lẻ đủ số lượng đúng theo ti lệ, kết quả cho ra một sóng vuông.

Một sóng vuông hoàn hảo sẽ có các họa âm lẻ vượt ra ngoài phần cuối phía trên của phổ âm thanh (đến vô cực). Dưới đây là hiển thị kết quả lên tới 29 họa âm.

Giản dị, chỉ có sáu họa âm đầu tiên được hiển thị ở đây. Khi thêm vào tần số cao hơn, các xung đột (wriggles) có thể dàn xếp để cho ra sóng răng cưa nhọn, được thể hiện bởi các đường chấm chấm. Tương tự như vậy, một sóng răng cưa nguyên bản cũng dễ dàng chia nhỏ thành các thành phần sóng sine của nó, về cả hai mặt, âm học và điện tử.

admin

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *