C (ya n= Lơ, Xanh dương)
b. Đặc tính của âm thanh Độ cao của âm
Độ cao của âm
Độ cao của âm là một đặc tính sinh lý của âm và nó phụ thuộc vào một đặc tính của âm là tần số. Những âm có tần số khác nhau, tạo nên cảm giác về các âm khác nhau: âm có tần số lớn gọi là âm cao hay âm thanh; âm có tần số nhỏ gọi là âm thấp hay âm trầm. Sự cảm nhận về mức độ to nhỏ của âm thanh được gọi là cường độ(pitch). Và cường độ có liên quan rất gần với một thuộc tính về mặt vật lý gọi là tần số (frequency).
Âm lượng của âm (độ to của âm)
Để có thể tạo ra cảm giác âm, cường độ âm phải lớn hơn một ngưỡng nào đó. Với các tần số trong khoảng 1000-5000Hz, ngưỡng nghe khoảng 10-12W/m2. Với tần số 50Hz thì ngưỡng nghe lớn gấp 105 lần. Mức âm lượng của âm phụ thuộc vào cường độ, áp suất, công suất và tần số của âm thanh.
Âm sắc của âm
Âm sắc là một đặc tính sinh lý của âm và nó được cấu thành trên cơ sởcác đặc tính vật lý của âm là tần số và biên độ. Đây là một đặc trưng riêng của từng nguồn phát âm. Khi một nguồn phát ra một âm có tần số f1, thì đồng thời cũng phát ra các âm có tần số f2=2* f1, f3=3* f1 ...
Âm có tần số f1 gọi là âm cơ bản hay hoạ âm thứ nhất. Các âm có tần số f2, f3, ... gọi là các hoạ âm thứ hai, thứ ba ... Tuỳ theo đặc tính của từng nguồn phát âm mà tạo ra các hoạ âm khác nhau với biên độ hay khoảng kéo dài khác nhau. Do đó âm do một nguồn âm phát ra là sự tổng hợp âm cơ bản và các hoạ âm. Nên, mặc dù có cùng tần số f1 của âm cơ bản nhưng đường biểu diễn không còn là một đường hình sin đơn thuần mà là một đường phức tạp có chu kỳ.
Sự cảm thụ của tai người đối với âm thanh
Hệ thống thính giác của con người HAS-Human Auditory System: Hoạt động như một bộ phân tích và lọc phổ. Con người có thể cảm nhận được âm thanh trong dải tần số từ 20Hz đến trên 15KHz. Sự cảm thụ này tùy thuộc vào lứa tuổi, ngôn ngữ quen thuộc, đặc tính của tai. Sự cảm nhận âm thanh này khá phức tạp theo mô hình tâm lý nghe (tâm lý âm học).
PTIT 66
Hiệu ứng che khuất âm thanh: Hiện tượng ngưỡng nghe của một âm tăng lên khi có sự có
mặt của một âm khác (khó nghe hơn).
2.3.2. Biến đổi A/D
Vẫn theo truyền thống, các tín hiệu gốc Audio được sốhoá theo 3 công đoạn:
* Lấy mẫu và giữ mức
Quá trình lấy mẫu thực hiện việc nhân tín hiệu audio tương tự với chuỗi xung có thời gian lặp lại với tần số lấy mẫu. Đó là quá trình điều biên xung (PAM) trong miền thời gian hình 2.21 và trong miền tần số hình 2.22.
Hình 2.21: Quá trình điều biên trong miền thời gian
Hình 2.22: Quá trình điều biên trong miền tần số
Khi tần số lấy mẫu fs 2fmax thì không có sự xuyên nhiễu giữa hai phổ, chỉ cần một bộ lọc (LPF) là tách được tín hiệu gốc.
- Khi fs < fmax tín hiệu qua LPF bị xuyên nhiễu gọi là Aliasing không chấp nhận được. fmax là tần số cao nhất của tín hiệu nguyên thủy.
- Trước khi thực hiện ADC, phải giới hạn băng tần audio đến ½ fs, nếu không có thể gây ra hiện tượng chồng phổ và méo tín hiệu khôi phục.
- Xung lấy mẫu phải có thời gian hẹp. Tuy nhiên, trong thực tế, quá trình lấy mẫu đi kèm sự giữ mức tín hiệu. Điều này tạo ra tín hiệu dạng bậc thang với khoảng thời gian tồn tại đúng bằng chu kỳ lấy mẫu như hình 2.23. Điều này tạo ra hiệu ứng suy giảm đường bao
Phổ tần số lấy mẫu Điều biên Biên độ Tần số Biên độ Tần số fs 2fs fs-fmax fs+fmax Tần số
Xung lấy mẫu Điều biên
Tín hiễu lấy mẫu PAM
Thời gian Thời gian
T/h Audio Biên độ
PTIT 67
phổ và được coi như dạng méo aperture (aperture distortion). Hình 2.24 minh họa phổ tín hiệu đã lấy mẫu khi hệ số aperture là 100%.
Hiện nay thường dùng 4 chuẩn tần số lấy mẫu cho tín hiệu Audio:
- 32 KHz (tiêu chuẩn chuyên dụng) dùng trong truyền dẫn và phát thanh FM stereo. - 44.1 KHz (tiêu chuẩn dân dụng ) : Dùng trong VCR, CD, R_DAT player.
- 48 KHz : Tiêu chuẩn phát thanh băng tần rộng và truyền hình chất lượng cao. - Lấy mẫu tần số cao (over sampling) dfs để giảm méo lượng tử (fs là tần số lấy
mẫu tiêu chuẩn 48kHz):
SNR[db] = 6.02n + 1.76 + 10log10d Với d : hệ số over sampling (thí dụ d = 4) n : Số bit / mẫu lượng tử.
* Lượng tử hoá (Quantizing)
Sau quá trình lấy mẫu là quá trình lượng tử hoá. Các mức biên độđược rời rạc từng mức biên độ với giá trị nhịphân tương ứng.
Nếu n bit lấy mẫu sẽ có 2n khoảng lượng tử. Điều biên Biên độ Tần số Biên độ Tần số Tần số fS 2fS 3fS fS 2fS Tín hệiu audio
Hình 2.24 : Phổ lấy mẫu và giữ mức, hệ số aperture 100%
Tải
Điều biên
Tín hiệu đã lấy mẫu
Thời gian Thời gian
T/h Audio Biên độ
Thời gian
PTIT 68
- Khoảng lượng tử là không đối xứng với các chuyển dịch dương và âm của tín hiệu audio gốc.
- Số mức lượng tửcàng tăng thì mèo lượng tửcàng tăng thì méo lượng tử càng giảm. - Gọi Q là khoảng lượng tử hoá (
2 2 Q Q
) ta có tỉ số tín hiệu / nhiễu lượng tử SNR là :
SNR = 2 1,5 12 2 2 1 n n Q Q N V Với tín hiệu Sine V = 2 2 1 Q n [volt rms] Nhiễu lượng tử N =
12
Q
[Vms]
SNR [db] = 6,02n + 1,76
Với n là sốbit lượng tử hoá (số bit/mẫu lượng tử hoá)
Hình 2.25: Quá trình lượng tử hoá 4 bit
* Mã hoá và Mã hóa kênh
Mỗi giá trị lượng tử hoá nhị phân cần phải được mã hoá để phù hợp với loại tín hiệu lấy mẫu, truyền dẫn và ghi âm. Hệ thống thường dùng là PCM (điều biến mã xung), PWM
1111 1110 1110 1101 1100 1011 1010 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 Biên độ Thời gian Cắt số Thời gian 0 b. giá trị hold a. Thời gian lấy mẫu và giá trịlượng tử hoá
Thời gian