Ảnh hưởng của phòng nghe tới tín hiệu âm thanh

Ảnh hưởng của phòng nghe tới tín hiệu âm thanh.

Nhìn chung, khi thu thanh, nguồn âm được đặt trong một không gian khép kín-một phòng nghe, không chỉ vì nó có nhiều thuận lợi, mà trước hết còn do phòng có chức năng làm biến đổi và bổ sung cho sự kiện âm thanh mà người nghe cảm thấy cần thiết để tạo cho âm thanh đẹp hơn, đó là âm thanh kiến trúc. Nếu như ngày nay kỹ thuật thu thanh hiện đại thường dùng các thiết bị tạo vang để thay thế một phần hay toàn bộ những ảnh hưởng của phòng thu vào tín hiệu âm thanh do những khả năng ưu việt của thiết bị vang nhân tạo, như thay đổi được thời gian vang, phổ tần số của tín hiệu vang, tạo vang sau khi thu, kinh tế hơn,… thì những nguyên tắc được đặt ra trên kia vẫn không có gì thay đổi, nghĩa là phải làm cho âm thanh đẹp hơn nhưng vẫn phải giữ được tính tự nhiên của trường âm thực (natural). Những ảnh hưởng của phòng đến sự kiện âm thanh có thể được mô tả bằng hai cách sau đây:

Thứ nhất – một cách khách quan do đo đạc phân tích các sự kiện âm thanh và độ biến thiên theo thời gian của nó (ÂM THANH KIẾN TRÚC). Thứ hai – một cách chủ quan bằng mô tả theo cảm quan thông qua phương pháp nghe phân tích (ÂM NHẠC CHỦ QUAN).

Cả hai phương pháp đều cần thiết và có hiệu quả cao; tuỳ theo cách đặt vấn đề, mỗi phương pháp sẽ cho những kết luận phù hợp, ưu tiên hơn. Những khái niệm mang tính khách quan thuộc lĩnh vực âm thanh chủ quan sẽ nhắc tới ở phần dưới đây cũng đã mang tính phổ cập và thống nhất. Song mục tiêu được đặt ra ở đây là tìm hiểu mối quan hệ giữa những khái niệm vật lý của âm thanh kiến trúc với những khái niệm tâm-sinh học của lĩnh vực âm thanh chủ quan để bổ sung cho nhau, nhằm mô tả, đánh giá và khai thác các đặc điểm của mỗi trường âm cho công việc thu thanh cũng như đánh giá chất lượng các sản phẩm thu thanh.

Âm thanh kiến trúc

Trong một không gian khép kín – một phòng, sóng âm từ nguồn âm một mặt lan truyền trực tiếp tới người nghe hoặc micro – đó là TRỰC ÂM, mặt khác nó đập vào các bề mặt giới hạn của phòng (tường, trần, nền) và các đồ vật đặt trong phòng rồi phản xạ trở lại- đó là PHẢN ÂM.

Hiện tượng này của sóng âm không chỉ xảy ra một lần mà cứ lặp đi lặp lại, mỗi lần gặp chướng ngại thì một phần năng lượng âm bị tiêu hao vào vật liệu cấu tạo của vật đó – ta gọi là hiện tượng hấp thụ âm thanh, một phần bức xạ trở lại không khí – ta gọi là hiện tượng phản xạ âm thanh. Những âm phản xạ lần thứ nhất gọi là phản âm bậc 1, chúng thường có năng lượng lớn (chỉ nhỏ hơn trực âm) và tách biệt thành những phản xạ rời rạc, nghĩa là có khoảng cách thời gian giữa phản âm bậc 1 của tia này với phản âm bậc 1 của tia khác, tuỳ thuộc hình dạng và kích thước của phòng. Phản âm bậc 1 có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với sự cảm nhận không gian của phòng thu, cho dù trong thực tế ta khó có thể nghe tách biệt chúng ra khỏi tín hiệu chung. Các phản âm bậc 2 ,bậc 3,…ngày càng dầy và đan xen từ nhiều hướng, nhưng sau mỗi lần phản xạ, năng lượng âm lại suy giảm và dần dần bị tiêu hao cho đến hết, ta gọi đó là hiên tượng kết vang. Số đo biểu thị tốc độ suy giảm năng lượng âm như trên gọi là thời gian vàng (reverberation time), hay chính xác là thời gian kết vang.

Đối với một tín hiệu âm thanh kéo dài sẽ xảy ra một hiện tượng cân bằng giữa năng lượng âm phát ra từ nguồn và năng lượng được hấp thụ. Trạng thái cân bằng này không phải xuất hiện ngay từ đầu khi âm thanh mới phát ra từ nguồn mà phải sau một khoảng thời gian đủ để phản âm phân bố đều đặn trong phòng – ta gọi đó là giai đoạn khởi vang, tức là dao động khởi đầu kích thích phòng tạo nên tiếng vang.

Vì sóng âm phản xạ từ tất cả các hướng tới micro (hoặc người nghe) nên nó tạo thành một trường âm tán xạ, tạo cảm giác âm thanh không gian, hoặc âm thanh quang cảnh trong âm thanh kiến trúc. Trực âm thì suy giảm dần khi càng ra xa nguồn âm, còn phản âm (hay âm thanh quang cảnh) thì phân bố khá đều đặn trong toàn bộ không gian của phòng. Điều đó có nghĩa là tỷ số năng lượng giữa trực âm (Directsound, D) và phản âm (Reflect sound, R) sẽ biến đổi theo khoảng cách tới nguồn âm. Tỷ lệ năng lượng này là một tiêu chí cực kì quan trọng đối với việc lựa chọn khoảng cách đặt micro thu thanh. Tại các điểm nằm trên bán kính vang (hay bán kính giới hạn) thì năng lượng trực âm và phản âm là bằng nhau.

Âm thanh chủ quan – thính âm

Để có thể mô tả theo cách chủ quan về đặc điểm âm thanh của một phòng ta thường sử dụng những khái niệm sau đây:

Độ rõ lời (hay độ rõ tiếng) là khả năng thích hợp về âm thanh của một phòng đối với biểu diễn các loại hình tiếng nói (thí dụ kịch nói, diễn thuyết, hội họp,…).

Độ nét là mức độ trong sáng, rõ nét của âm nhạc nhờ khả năng phân biệt được các sự kiện âm thanh (thí dụ các tuyến giai điệu của một đoạn nhạc) xảy ra đồng thời hoặc kế tiếp nhau.

Cảm giác không gian là khả năng hình dung được độ lớn và cách xử lý âm thanh trong một phòng. Cảm giác không gian được tạo nên bởi những khái niệm cơ bản như mức độ cuốn hút người nghe vào khung cảnh âm thanh, độ lớn hay kích thước của phòng, độ vang và quang cảnh âm thanh của phòng.

Sự thích nghi về âm thanh của một phòng cho tiếng nói có nghĩa là: thí dụ không cần hệ trang âm điện thanh mà vẫn đảm bảo được độ rõ cho tiếng nói (thí dụ cho diễn kịch) ở mọi vị trí trong phòng. Đánh giá về sự thích nghi âm học của một phòng cho mục đích sử dụng nào đó (tiếng nói hay âm nhạc) được tiến hành bằng phương pháp nghe kiểm thính. Thí dụ ta dùng các logatom (tức là các âm tiết vô nghĩa) để kiểm tra độ rõ cho một phòng dùng để biểu diễn tiếng nói.

Klipsch

Độ nét hay độ trong sáng khi biểu diễn âm nhạc biểu thị khả năng phân biệt được các nhạc khí, các nhóm nhạc khí hoặc các quãng âm của chúng, cho dù chúng bị pha trộn với phản âm của phòng; nó tạo điều kiện cho sự cảm thụ về một cấu trúc âm nhạc tổng thể. Độ nét thể hiện sự trong sáng của âm nhạc khi biểu diễn trong một phòng hòa nhạc cũng tương tự như độ rõ của tiếng nói (nhất là độ rõ của từ) khi tiếng nói được trình diễn (thí dụ kịch nói) trong một nhà hát. Trong biểu diễn âm nhạc, các phản âm nằm trong khoảng 80 ms tính từ thời điểm bắt đầu của sự kiện âm thanh (thí dụ một tiếng đàn piano) có tác dụng nâng cao độ nét và khả năng cảm nhận không gian; các phản âm đến muộn hơn lại làm giảm độ nét của âm nhạc và làm tăng độ vang. Với tiếng nói, giới hạn này nằm trong khoảng thời gian là 50ms trong âm thanh kiến trúc

Cần phân biệt rõ tiếng vang (reverberation) và tiếng dội (Echo), tuy cùng là một hiện tượng vật lý do phản xạ sóng âm tạo nên. Tiếng vang cho ta cảm giác như một sự kiện âm kéo dài và suy giảm dần âm lượng. Tiếng dội cho ta cảm giác như một cách nhắc lại sự kiện âm thanh, nghĩa là nghe tách rời khỏi tín hiệu gốc (TRỰC ÂM). Với tiếng nói (vì có hình thức cấu tạo như những xung âm thanh), các phản âm đến sau 50ms và có mức đủ lớn sẽ tạo thành tiếng dội, làm giảm độ rõ. Âm nhạc cho phép độ trễ lớn hơn, có thể đến 80ms hoặc hơn nữa.