Giải pháp tái tạo âm hình trong âm thanh xe hơi

Nguyên tắc cơ bản của âm thanh stereo là sử dụng hai kênh âm thanh, một kênh cho loa trái & một kênh cho loa phải.

Khi hai loa đặt cùng khoảng cách tới tai người nghe theo hình tam giác đều và trục loa hướng vào người nghe, hiện tượng “Âm hình ảo” (Phantom Image) sẽ được tái tạo. Điều đó có thể thấy được khi ta nhắm mắt lại, ta có thể cảm nhận được ban nhạc như đang chơi trước mặt và ta có thể cảm nhận được vị trí cụ thể của từng nhạc công.

Với hệ thống âm thanh nghe nhạc ở nhà, việc này rất dễ đạt được do ta có thể chủ động được khoảng cách đặt loa, dễ dàng đạt được các yếu tố cân bằng âm học cần thiết của việc tái tạo âm hình:

- - Thời gian: thời gian sóng âm tới tai người nghe

- - Biên độ: độ lớn âm thanh tới tai người nghe

- - Pha: pha của hai sóng âm tới tai người nghe

- - Dài tần: dải tần tới tai người nghe

Tuy nhiên việc bố trí xắp xếp loa có cùng khoảng cách tới tai người nghe trong âm thanh xe hơi hầu như là yếu tố không tưởng trừ khi xe của bạn là một chiếc F1 với vị trí người lái đặt ở giữa xe.

Ví trí lắp loa trong xe hơi thường là trên các cánh cửa, vì vậy khoảng cách âm thanh tới tai người nghe là khác xa nhau.

Việc bố trí đặt loa ở cánh cửa khiến môi trường âm học trên xe hơi khác xa so với môi trường âm học lý tưởng trong âm thanh gia đình.

- Thời gian: âm thanh phát ra từ loa sẽ tới người nghe không cùng một thời điểm, loa gần hơn thì âm thanh sẽ tới trước

- Biên độ: Thông thường loa gần hơn sẽ có xu hướng có âm lượng lớn hơn loa kia.

- - Pha: sự lệch pha của hai loa sẽ dẫn tới hiện tượng giao nhiễu, các âm năng sẽ cộng hưởng hoặc triệt tiêu lẫn nhau

- Dải tần: Do trường tần âm của loa phụ thuộc rất nhiều tới hướng, vì vậy với việc hướng tâm loa tới tai người nghe khác nhau dải tần sẽ khác nhau

Biện pháp phổ biến nhất hiện nay để tái tạo âm hình trong âm thanh xe hơi là giảm thiểu sự chênh lệch khoảng cách giữa hai loa. Người ta sẽ cố gắng kéo xa các loa ra khỏi ta người nghe bằng cách lắp loa trung & tép trên các cột chữ A đồng thời lắp loa bass ở vị trí chân người nghe (Kick Bass).

Tuy nhiên các biện pháp này không giải quyết triệt để bốn yếu tố tạo nên âm hình ở trên. Câu hỏi được đặt ra là liệu có cách nào khác để khắc phục những yếu điểm trên?

Trước khi bàn tới các công nghệ xử lý tín hiệu, chúng ta sẽ cùng xem xét việc tai người cảm nhận âm hình đi cùng với dải tần như thế nào nhé.

Con người cảm nhận vị trí âm hình bởi sự khác biệt biên độ & pha. Với từng dải tần khác nhau, tai người nhận âm thanh theo cách hoàn toàn khác nhau. Với bước sóng âm nhỏ (tần số âm thanh lớn) thì biên độ sẽ quyết định tới việc xác định vị trí. Bước sóng âm càng dài ra (tần số âm thanh nhỏ dần đi) thì việc xác định âm hình sẽ chuyển dần từ biên độ sang pha của sóng âm.

2.500Hz tới 20.000Hz: ở dải tần này con người nhận biết vị trí dựa trên biên độ âm thanh.

400Hz tới 2.500Hz: dải tần mà tai người nhận biết tốt nhất. Con người sẽ nhận biết vị trí dựa trên biên độ & pha của âm thanh. Xu hướng nhận biết thiên về biên độ hơn.

100Hz tới 400Hz: Việc nhận biết vị trí dựa trên pha & biên độ của âm thanh, pha đóng vai trò quan trọng hơn.

20Hz tới 100Hz: Ở dài tần rất thấp này chúng ta dựa vào pha của âm thanh để xác định vị trí âm hình. Trong không gian chật hẹp của ô tô & ở dải tần rất thấp này cộng với tính vô-hướng của âm trầm thì rất khó có thể nhận biết được âm hình. Tuy nhiên việc tích hợp khéo léo giữa loa trầm & trung trầm sẽ dựa vào pha là chủ yếu.

Chúng ta đã biết con người nhận biết âm hình chủ yếu dựa vào biên độ, pha với dải tần đồng đều. Vậy liệu trong môi trường âm học chật hẹp & rất phức tạp .. ta có thể can thiệp vào tín hiệu để can thiệp vào ba yếu tố biên độ, pha & dải tần của âm thanh ..

Với công nghệ xử lý tín hiệu số hiện tại, các hãng sản xuất đầu phát (Head Unit) trong xe hơi đều đã cố gắng tích hợp tính năng xử lý âm thanh trong thiết bị của mình, tuy nhiên nó còn rất xa so với mong đợi của giới yêu âm thanh do nó làm méo tín hiệu mất đi độ trung thực của bản nhạc.

Việc phân tích âm thanh sử dụng các micro đều dải với độ nhậy cao, hướng tính rộng kết hợp với phân tích phổ âm để đưa ra biểu đồ âm học của không gian hạn hẹp, phức tạp như khoang xe hơi từ đó nhờ phần mềm chuyên dụng tính toán để can thiệp đạt âm hình tối ưu chỉ có được gần đây trong các hệ thống âm thanh chuyên nghiệp cao cấp.

Vậy giải pháp đưa việc xử lý tín hiệu số phức tạp, tinh vi vào trong hệ thống âm thanh xe hơi liệu đã thành hiện thực? Câu trả lời thú vị này sẽ được các chuyên gia âm thanh đến từ Italy giải đáp trong buổi tọa đàm “Giải pháp xử lý kỹ thuật số trong âm thanh xe hơi” sẽ diễn ra vào ngày 20/7 tới tại Long Thinh garage 21A Trần Khánh Dư, Hà Nội. Mời các bạn cùng tham dự và khám phá thế giới diệu kì và hấp dẫn của âm thanh trên xe hơi.