Lý Thuyết Cơ Bản

Chương 1: Các kiến thức cơ bản về Âm thanh

I. Những khái niệm cơ bản - Sóng cơ

1.1. Sự hình thành sóng trong môi trường đàn hồi:

• Định nghĩa: Môi trường đàn hồi là môi trường liên tục, có các phân tử liên kết chặt chẽ, tại vị trí cân bằng bền.
• Sự hình thành sóng: Khi một phân tử trong môi trường đàn hồi bị tác động, nó sẽ rời khỏi vị trí cân bằng và truyền dao động cho các phân tử lân cận. Hiện tượng này lan truyền tạo thành sóng. Sóng cơ là sự lan truyền dao động trong môi trường đàn hồi, không truyền được trong chân không. Các phân tử môi trường chỉ dao động quanh vị trí cân bằng, không di chuyển theo sóng.
• Một số khái niệm về sóng:
• Nguồn sóng: Vật gây kích động sóng.
• Tia sóng: Phương truyền sóng.
• Môi trường sóng: Không gian sóng truyền qua.
• Mặt sóng: Mặt chứa các điểm có cùng trạng thái dao động tại một thời điểm. Tia sóng vuông góc với mặt sóng.

Phân loại sóng:

• Sóng cầu: Mặt sóng là mặt cầu đồng tâm với nguồn sóng.
• Sóng phẳng: Mặt sóng là các mặt phẳng song song.
• Sóng dọc: Phân tử dao động cùng phương với tia sóng.
• Sóng ngang: Phân tử dao động vuông góc với tia sóng.

Nguyên nhân gây ra sóng ngang và sóng dọc:

• Sóng ngang truyền được trong môi trường rắn do có lực đàn hồi chống lại sự lệch lớp.
• Chất lỏng và chất khí chỉ truyền được sóng dọc do chỉ có lực đàn hồi chống lại sự nén, giãn.

1.2. Các đặc trưng của sóng:

• Vận tốc truyền sóng (C): Quãng đường sóng truyền trong một đơn vị thời gian.
• Bước sóng (λ): Quãng đường sóng truyền được trong một chu kỳ (T).
• Chu kỳ (T) và Tần số (f): Tần số là số chu kỳ thực hiện trong một giây (f = 1/T).

II. Sóng âm

2.1. Dao động âm và sự truyền dao động:

• Sóng âm là sóng cơ có biên độ nhỏ, gây cảm giác âm thanh cho tai người.
• Trong không khí, sóng âm truyền dưới dạng sóng dọc. Tai người nghe được âm có tần số từ 16 Hz đến 20000 Hz.
• Sóng siêu âm: Tần số f > 20000 Hz.
• Sóng hạ âm: Tần số f < 16 Hz.
• Đơn vị tần số: Héc (Hz).

2.2. Đơn vị vật lý của âm thanh:

• Áp suất âm: Áp suất dư do sóng âm gây ra.
• Cường độ âm (I): Năng lượng âm đi qua đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền âm trong đơn vị thời gian.

2.2.1. Đơn vị âm khách quan:

• Áp suất âm nhỏ nhất có thể nghe được: P_min = 2.10^-4 µbar.
• Cường độ âm nhỏ nhất có thể nghe được: I_min = 10^-16 W/cm².
• Áp suất âm lớn nhất tai người chịu được: P_max = 2.10² µbar.
• Cường độ âm lớn nhất tai người chịu được: I_max = 10^-4 W/cm².
• Công suất âm nhỏ nhất có thể nghe thấy: W_min = 10^-12 Watt.

2.2.2. Đơn vị âm chủ quan:

• Bel và decibel (db): Đo mức cảm giác âm thanh dựa trên thang logarit.
• Mức cường độ âm (L₁): L₁ = 10lg(I/I₀) db.
• Mức áp suất âm (Lp): Lp = 20lg(P/P₀) db.

2.2.3. Quãng độ cao (quãng tần số):

• Khoảng cách tần số giữa hai âm. 1 ốc-ta tương ứng với tỉ lệ tần số 2 lần.
• Âm có tần số càng cao thì nghe càng bổng, tần số càng thấp nghe càng trầm.

III. Đọc RIFF FILES

Cấu trúc Wave File:

• Wave File thuộc lớp file RIFF (Resource Interchange File Format).
• Một RIFF file bao gồm các chunk, mỗi chunk có header chứa loại chunk (ckid) và kích thước dữ liệu (ckSize).
• Wave File bắt đầu bằng chunk loại “RIFF” và chứa hai subchunk chính: “fmt” (định dạng âm thanh) và “data” (dữ liệu âm thanh).
• Subchunk “fmt” chứa thông tin về định dạng PCM, số kênh (mono/stereo), tốc độ lấy mẫu, số byte/giây, số byte/mẫu.
• Subchunk “data” chứa dữ liệu âm thanh đã được số hóa dưới dạng byte hoặc word.

Làm việc với file RIFF:

• Sử dụng các hàm API của Windows như mmioOpen, mmioDescend, mmioRead, MmAscend để đọc và xử lý dữ liệu trong file Wave.