Chúng ta đang sống trong một thế giới tràn ngậm thanh. Có những âm thanh dễ chịu cũng có khó chịu, có trầm, có cao, có những lúc yên tĩnh và càng nhiều ồn ào. Nhưng âm thanh ấy luôn luôn chúng tác động đến tâm trạng và quyết định của chúng ta. Bộ não chúng ta liên tục phải tiếp nhận và nhiều tín hiệu âm thanh cùng lúc để cung cấp thông tin về môi trường xung quanh. Và nếu chúng ta phân tích chuyên sâu vào những tín hiệu âm thanh đó còn cho chúng ta biết được rất nhiều thông tin. Vậy phân tích âm thanh bằng cách nào hãy cùng giaiphapamhoc cùng tìm hiểu trong viết này nhé!

Vì sao cần phân tích âm thanh

Chúng ta hãy tìm hiểu một số điều cơ bản. Âm thanh truyền theo sóng lan truyền qua các dao động trong môi trường mà sóng truyền trong đó. Không có môi trường, không có âm thanh. Do đó âm thanh không truyền được trong chân không. Những rung động này thường được biểu diễn bằng đồ thị hai chiều đơn giản, trong đó chiều hướng là thời gian và kích thước là độ lớn của sóng áp suất nói trên.

Sóng âm thanh có thể được hình dung như sóng áp suất bằng cách hiểu ý tưởng về sự nén và độ hiếm. Lấy một ngã ba điều chỉnh. Nó dao động tới lui, đẩy các hạt xung quanh nó lại gần hoặc xa nhau hơn. Những phần mà không khí bị đẩy lại gần nhau hơn được gọi là sự nén, và những phần mà nó bị đẩy ra xa nhau hơn được gọi là sự hiếm. Những sóng truyền qua không gian bằng cách sử dụng lực nén và độ hiếm được gọi là sóng dọc.

Phân tích âm thanh là một quá trình nghiên cứu đánh giá các tín hiệu được ghi lại bởi các thiết bị đo âm thanh kỹ thuật số. Nhằm mục đích hiểu được những tín hiệu âm thanh bằng cách áp dụng những thuật toán chuyên sâu từ đó có thể tìm hiểu được vấn đề. Phân tích âm thanh đã được sử rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất, giải trí, y tế.

Trong ngành công nghiệp sản xuất việc phân tích âm thanh là việc rất quan trọng. Thông qua việc đo lường biên độ, tần số, độ trễ, độ nhiễu và độ méo để đánh giá âm thanh từ các thiết bị máy móc hay không gian để đánh giá, xác định xem liệu có đắp ứng được các tiêu chuẩn và yêu cầu cần thiết hay không.

Thông thường khi một tín hiệu được ghi lại thường xuyên thì nó nằm trong miền thời gian. Để chuyển đổi nó sang miền tần số, phải sử dụng một phần mềm âm thanh đặc biệt có thể thực hiện phân tích tần số. Sau đó, người dùng có thể chỉ định băng thông hoặc dải tần số mà mình muốn kiểm tra tín hiệu âm thanh.

Dựa vào việc phân tích tần số được thực hiện trên các tín hiệu âm thanh để xác định cách tín hiệu phản hồi ở tất cả các tần số khác nhau trong một băng thông nhất định, tức là mức tăng mà các tín hiệu âm thanh này tạo ra ở tất cả các tần số khác nhau.

Ví dụ: phân tích tần số có thể được thực hiện trên micrô để xác định cách micrô phản hồi với tần số từ 20Hz đến 20KHz. Micrô không tạo ra mức khuếch đại như nhau ở tất cả các tần số khác nhau. Ở một số tần số, nó có thể tạo ra mức tăng cao hơn. Ở các tần số khác, nó có thể tạo ra mức tăng thấp hơn. Nói một cách dễ hiểu, micrô có thể khuếch đại âm thanh tần số thấp, âm trầm, nhưng không khuếch đại âm thanh tần số cao hơn, âm bổng. Do đó, cần phải thực hiện quét tần số trên micrô và sau đó thực hiện phân tích tần số trên tín hiệu âm thanh để xem mức tăng mà micrô tạo ra ở tất cả các tần số khác nhau.

Hãy nhớ khi bạn học toán ở trường trung học, bạn đã xử lý tọa độ và hệ tọa độ. Có trục Y chạy thẳng đứng với hệ thống và trục X chạy ngang với hệ thống. Trục X là miền của hệ tọa độ vì nó là trục độc lập. Nó xác định giá trị của trục Y là gì vì trục Y phụ thuộc vào giá trị của trục X. Vì lý do này, trục Y được gọi là trục phụ thuộc.

Khi chúng ta kiểm tra tín hiệu âm thanh trong khoảng thời gian trên trục X thì trục Y sẽ là thời gian phụ thuộc vào sự thay đổi của tín hiệu theo thời gian. Thông thường việc kiểm tra tín hiệu âm thanh theo thời gian chỉ hữu ích khi chúng ta cần tìm ra biên độ của tín hiệu, vì đây là thông tin duy nhất được hiển thị trong miền thời gian. Biên độ này là biên độ RMS, tính trung bình ở tất cả các tần số khác nhau của băng thông đang được sử dụng. Thông thường, tín hiệu âm thanh không thay đổi theo thời gian.

Cho dù bạn phân tích loại âm thanh nào, tất cả đều bắt đầu bằng sự hiểu biết về dữ liệu âm thanh và các đặc điểm cụ thể của nó.

Dữ liệu âm thanh là gì

Dữ liệu âm thanh thể hiện âm thanh analog ở dạng kỹ thuật số, bảo toàn các đặc tính chính của bản gốc. Như chúng ta đã biết từ các bài học vật lý ở trường, âm thanh là một làn sóng rung động truyền qua một môi trường như không khí hoặc nước và cuối cùng đến tai chúng ta. Nó có ba đặc điểm chính cần được xem xét khi phân tích dữ liệu âm thanh – khoảng thời gian, biên độ và tần số.

Khoảng thời gian là khoảng thời gian mà một âm thanh nhất định kéo dài hay nói cách khác là cần bao nhiêu giây để hoàn thành một chu kỳ rung động.

Biên độ là cường độ âm thanh được đo bằng decibel (dB) mà chúng ta coi là âm lượng.

Tần số đo bằng Hertz (Hz) cho biết có bao nhiêu rung động âm thanh xảy ra mỗi giây. Mọi người giải thích tần số là âm vực thấp hoặc cao .

Trong khi tần số là một thông số khách quan thì cao độ là thông số chủ quan. Phạm vi nghe của con người nằm trong khoảng từ 20 đến 20.000 Hz. Các nhà khoa học tuyên bố rằng hầu hết mọi người đều cảm nhận được âm thanh có âm vực thấp dưới 500 Hz – giống như tiếng gầm của động cơ máy bay. Đổi lại, những âm vực cao đối là những âm thanh vượt quá 2.000 Hz (như tiếng còi xe tải)

Các loại tệp dữ liệu âm thanh

Tương tự như văn bản và hình ảnh, âm thanh là dữ liệu phi cấu trúc , nghĩa là nó không được sắp xếp trong các bảng có các hàng và cột được kết nối. Thay vào đó, bạn có thể lưu trữ âm thanh ở nhiều định dạng tệp khác nhau như

WAV hoặc WAVE (Định dạng tệp âm thanh dạng sóng) được phát triển bởi Microsoft và IBM. Đó là định dạng tệp không mất dữ liệu hoặc tệp thô, nghĩa là nó không nén bản ghi âm gốc;

AIFF (Định dạng tệp trao đổi âm thanh) được phát triển bởi Apple. Giống như WAV, nó hoạt động với âm thanh không nén;

FLAC (Bộ giải mã âm thanh không mất dữ liệu miễn phí) được phát triển bởi Xiph.Org Foundation, cung cấp các công cụ phần mềm và định dạng đa phương tiện miễn phí. Các tập tin FLAC được nén mà không làm giảm chất lượng âm thanh.

MP3 (mpeg-1 audio layer 3) được phát triển bởi Fraunhofer Society ở Đức và được hỗ trợ trên toàn cầu. Đây là định dạng tệp phổ biến nhất vì nó giúp nhạc dễ dàng lưu trữ trên thiết bị di động và gửi qua lại qua Internet. Mặc dù mp3 nén âm thanh nhưng nó vẫn cho chất lượng âm thanh ở mức chấp nhận được.

Các thông số cơ bản trong phân tích âm thanh

Biên độ âm thanh (Amplitude) là thước đo sự thay đổi của một biến tuần hoàn trong một period (chẳng hạn như time hoặc spatial period). Biên độ của tín hiệu không tuần hoàn là cường độ của nó so với giá trị tham chiếu. Có nhiều định nghĩa khác nhau về biên độ, tất cả đều là hàm số về độ lớn của sự khác biệt giữa các giá trị cực trị của biến. Đo đạc biên độ âm thanh là một phần quan trọng của phân tích âm thanh và có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào mục đích cụ thể và thiết bị sử dụng. Dưới đây là những thiết bị có thể sử dụng để đo được biên độ âm thanh:

Sử dụng Microphone và Oscilloscope: Một cách đơn giản để đo biên độ âm thanh là sử dụng microphone và oscilloscope. Microphone thu âm âm thanh và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện, sau đó tín hiệu này được hiển thị trên oscilloscope để đo biên độ.
Sử dụng Phần Mềm Phân Tích Tín Hiệu: Có nhiều phần mềm phân tích tín hiệu âm thanh có khả năng đo biên độ âm thanh. Có thể sử dụng phần mềm này để nhập tín hiệu âm thanh và thực hiện phân tích biên độ.
Sử dụng Máy Đo Độ Ồn (Sound Level Meter): Máy đo cường độ âm thanh là thiết bị chuyên dụng để đo biên độ âm thanh. Chúng thường được sử dụng trong công nghiệp và xây dựng để đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn về tiếng ồn.

Tần số âm thanh là một đơn vị đo (Hz), có vai trò quan trọng trong việc tạo ra, truyền tải và cảm nhận âm thanh. Như phạm vi nghe thấy của con người nằm ở mức tốt nhất từ 20 Hz đến 20,000 Hz. Đây là phạm vi tần số mà tai người có khả năng nghe được. Hơn thế tần số âm thanh còn được xác định bằng biểu đồ tín hiệu âm thanh, cụ thể là các biên độ của các thành phần tần số khác nhau trong tín hiệu. Sử dụng tần số âm thanh ở khoảng 20 Hz hoặc thấp hơn có thể tạo ra hiệu ứng âm thanh surround và âm thanh sâu hơn, giúp tạo ra trải nghiệm âm thanh tốt hơn trong điện ảnh và âm thanh vòm. Trong các ứng dụng kỹ thuật như y học, công nghiệp, và khoa học, tần số âm thanh có thể được sử dụng để kiểm tra và kiểm soát các quy trình và thiết bị.

Độ trễ âm thanh: Độ trễ là thời gian cần thiết để một tín hiệu đi qua một hệ thống. Sau đây là các loại độ trễ phổ biến liên quan đến ứng dụng âm thanh:

Độ trễ đầu ra âm thanh (audio output latency) là khoảng thời gian tính từ lúc một mẫu âm thanh được một ứng dụng tạo ra đến lúc mẫu đó được phát thông qua giắc tai nghe hoặc loa tích hợp.
Độ trễ đầu vào âm thanh (audio input latency) là khoảng thời gian tính từ khi thiết bị nhận được tín hiệu âm thanh qua thiết bị đầu vào (chẳng hạn như micrô) cho đến lúc dữ liệu âm thanh đó sẵn sàng dùng được trên một ứng dụng.
Độ trễ trọn vòng (round-trip latency)là tổng của độ trễ đầu vào, thời gian xử lý của ứng dụng và độ trễ đầu ra.
Độ trễ chạm (touch latency) là thời gian từ lúc người dùng nhấn vào màn hình cho đến khi ứng dụng nhận được sự kiện chạm.
Độ trễ khởi động (warmup latency) là thời gian để khởi động quy trình âm thanh trong lần đầu dữ liệu được đưa vào hàng đợi trong bộ đệm.

Độ nhiễu âm: (hay còn gọi là “âm thanh nhiễu”) là một loại tiếng ồn hoặc tín hiệu âm thanh không mong muốn xuất hiện trong môi trường âm thanh hoặc hệ thống âm thanh, thường xuất hiện như sự kết hợp của nhiều tần số và âm lượng khác nhau.

Độ méo hay độ biến dạng là sự thay đổi về dạng ban đầu (hoặc đặc tính khác) của một cái gì đó. Trong truyền thông và điện tử học, nó có nghĩa là sự thay đổi dạng sóng của tín hiệu mang thông tin, chẳng hạn như tín hiệu âm thanh đại diện cho âm thanh hoặc tín hiệu video đại diện cho hình ảnh, trong một thiết bị điện tử hoặc kênh truyền thông.

Thiết bị đo lường và phân tích âm thanh

Đối với các công việc cần đến phân tích âm thanh thì các dòng máy chuyên nghiệp có khả năng đo lường theo tiêu chuẩn quốc gia thường có giá trị khoảng 10 – 15 triệu cho khả năng đo lường với độ chính xác cao có thể phục vụ cho các mục đích nghiên cứu khoa học.Dưới đây là một số thiết bị mà Lidinco đề xuất.

Máy đo độ ồn và phân tích dải tần PLACID SL-02 Class 2

Ngoài ra, Lidinco cũng cung cấp nhiều mẫu máy khác mà bạn có thể tham khảo tạo danh mục sản phẩm máy đo độ ồn và microphone của chúng tôi

Để được tư vấn thêm về các dòng máy cũng như mua thiết bị đo phù hợp cho nhu cầu riêng của bạn, vui lòng liên hệ cho Lidinco theo thông tin bên dưới., Đội ngũ tư vấn của Lidinco sẽ hộ trỡ bạn nhanh chóng nhất

Thông tin liên hệ

CÔNG TY TNHH ĐẦU TƯ PHÁT TRIỂN CUỘC SỐNG
HCM: 028.39778269 – 028.36016797 – (Zalo) 0906.988.447
Skype: Lidinco – Email: sales@lidinco.com
Bắc Ninh: 0222.7300180 – Email: bn@lidinco.com