Vật lý âm thanh cơ bản

Âm thanh cơ học

Âm thanh là một dạng năng lượng cơ học được tạo ra từ dao động của phân tử được biểu diễn dưới dạng sóng sine. Tần số âm thanh thể hiện số lần dao động của sóng âm thanh đó trong 1 giây. Trên thực tế, âm thanh chúng ta nghe được sẽ là tổng hoà của nhiều âm thanh với tấn số khác nhau.

Âm thanh được biểu diễn dưới dạng điện

Tín hiệu âm thanh, khi được ghi nhận và chuyển đổi thành dòng điện thì được thể hiện dưới dạng biến động của hiệu điện thế (voltage) hoặc dòng (current).

Phasing

Phasing là hiện tượng phổ biến hay được nhắc đến khi nói về sóng sine. Đây là một trong các trạng thái cơ bản khi có một hay nhiều sóng sine cùng tần số được phát ra với nhau.

 

Biểu diễn tần số âm thanh theo tần số

Trong thực tế, âm thanh được biểu diễn ở cả dạng biểu đồ theo thời gian và theo tần số, thậm chỉ là có cả 2 thang đo trên. Trong biểu đồ dạng tần số, tấn số thông thường sẽ được biểu diễn ở thang đo logarithm thay cho thang đo tuyến tính. Nhờ đó, tương quan độ lớn giữa các khoảng tấn số cách nhau theo cấp số nhân được biểu thị gọn gàng và dễ nhìn hơn.

Ohm Law và các khái niệm liên quan

Định luật Ohm thể hiện tỉ lệ tương quan giữa hiệu điện thế (voltage, V), dòng (current, A) và điện trở (resistance, Ω) trong một mạch điện:

• • • R=U/I
    • U=RI
    • I=U/R

Mạch song song và mạch nối tiếp

 

Trong mạch nối tiếp, các linh kiện được kết nối với nhau liền mạch chỉ cho phép một hướng đi của dòng. Ngược lại, trong mạch song song sẽ có các nhánh có cùng điểm kết nối.

KVL và KCL

Kirchhoff’s Voltage/Current Law (KVL hoặc KCL) là nguyên lý rất nển tảng của vật lý.

Các nguyên lý này được phát biểu như sau:

The algebraic sum of all voltages in a loop must equal zero. (KVL)

The algebraic sum of all current entering and exiting a node must equal zero. (KCL)

2 nguyên lý này được sử dụng rất rộng rãi để tính toán dòng cũng như hiệu điện thế của mạch điện.

Input và Output Impedance

Trong mạch điện xoay chiều, ngoài điện trở (resistor), các linh kiện khác như tụ điện (capacitor) và cuộn cảm (inductor) cũng được sử dụng và tạo ra cản trở nhất định cho dòng điện xoay chiều. Bên cạnh điện trở, các loại cản trở dòng điện này (gọi chung là điện kháng, reactance) được gọi lần lượt là điện kháng cảm ứng hay cảm kháng, và điện kháng điện dung hay dung kháng. Trở kháng (impedance) là tổng của điện kháng và điện trở của mạch điện. Trong mạch điện xoay chiều, định luật Ohm vẫn được áp dụng.

Trong ngành âm thanh, tín hiệu điện truyền tải âm thanh là dạng tín hiệu xoay chiều, biến thiên theo thời gian, nên trở kháng được sử dụng thay vì sử dụng điện trở.

Thông thường thiết bị sẽ được thiết kế có input impedance rất cao, thông thường sẽ cao ít nhất gấp 10 lần so với output impedance. Cách này sẽ giúp tránh làm giảm sụt giảm quá nhiều lượng tín hiệu đầu vào (tính theo dB).

Tác Giả: Nguyễn Đức Trung

Biên soạn và phát hành: Adam Solutions