Tần Số Âm Thanh Là Gì? Dải Tần, Công Thức Và Cách Chọn Loa Theo Tai Nghe

Tần số âm thanh là gì?

Tần số âm thanh là số chu kỳ dao động của sóng âm trong một giây, ký hiệu là f và đo bằng đơn vị Hertz (Hz) - 1Hz nghĩa là sóng âm dao động đúng 1 lần/giây. Tần số càng lớn, âm thanh nghe càng cao (the); tần số càng nhỏ, âm thanh nghe càng trầm (trũng).

Về bản chất vật lý, âm thanh phát sinh khi một vật thể rung động (dây đàn, màng loa, dây thanh quản) làm không khí xung quanh nén và giãn liên tục, tạo thành sóng âm lan truyền trong không gian. Số lần nén-giãn lặp lại trong một giây chính là tần số dao động. Đơn vị Hz được đặt theo tên nhà vật lý người Đức Heinrich Hertz, người đầu tiên chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ vào cuối thế kỷ 19, sau này được dùng chung cho mọi loại dao động tuần hoàn, kể cả sóng âm.

Tần số âm thanh khác với biên độ (amplitude - quyết định âm lượng to/nhỏ) và âm sắc (timbre - quyết định “chất giọng” riêng của từng nhạc cụ). Một cây đàn guitar và một cây piano cùng chơi nốt La 440Hz vẫn nghe khác nhau, vì âm sắc của chúng khác nhau dù tần số cơ bản giống nhau. Khi nói “tần số âm thanh của các nốt nhạc”, người ta đang nói đến tần số cơ bản này - còn “màu sắc” âm thanh đến từ các họa âm (harmonics) đi kèm.

Dải tần số âm thanh con người nghe được là bao nhiêu?

Dải tần số âm thanh mà tai người bình thường nghe được nằm trong khoảng 16Hz - 20.000Hz, theo số liệu được ghi nhận rộng rãi trong tài liệu âm học và Wikipedia tiếng Việt về tần số âm thanh. Nhiều tài liệu phổ thông làm tròn thành 20Hz - 20kHz để dễ nhớ, và đây cũng là mốc dùng phổ biến trong ngành audio khi nói về “dải tần Hi-Fi chuẩn”.

Ngoài dải tần số âm thanh người nghe được nói trên, còn hai vùng tần số nằm ngoài khả năng cảm nhận của tai:

• Hạ âm (infrasound): tần số dưới 16-20Hz. Tai người không nghe được bằng thính giác thông thường, nhưng nếu biên độ đủ lớn, cơ thể vẫn có thể cảm nhận được qua rung động - đây là lý do loa subwoofer công suất lớn tạo cảm giác “rung ngực” dù âm thanh phát ra gần như không nghe rõ.
• Siêu âm (ultrasound): tần số trên 20.000Hz. Một số loài vật như dơi, cá heo, chó nghe được tần số này (lên tới hàng trăm kHz), nhưng tai người trưởng thành hầu như không cảm nhận được, và ngưỡng nghe cao nhất còn giảm dần theo tuổi tác do lão hóa tế bào thính giác.

Khả năng nghe tần số cao suy giảm là hiện tượng lão hóa tự nhiên: trẻ em có thể nghe tới gần 20kHz, trong khi người trung niên thường chỉ còn cảm nhận rõ tới khoảng 12-15kHz. Đây cũng là lý do các bài test “nghe được tần số bao nhiêu” trên mạng thường được dùng vui để ước đoán độ tuổi thính giác, dù không thay thế được đo thính lực chuyên khoa.

Âm thanh tần số cao và tần số thấp khác nhau thế nào khi nghe

Âm thanh tần số cao tạo cảm giác “sáng”, “sắc”, dễ định vị hướng phát ra trong không gian - đó là tiếng chũm chọe, tiếng sáo, phần bồi âm của giọng nữ cao. Ngược lại, âm thanh tần số thấp tạo cảm giác “dày”, “ấm”, khó xác định hướng phát ra - đó là tiếng trống bass, tiếng đàn contrabass, hoặc phần trầm của giọng nam.

Sự khác biệt này không chỉ là cảm giác chủ quan mà có cơ sở vật lý: sóng tần số thấp có bước sóng dài (âm 100Hz có bước sóng khoảng 3,4m), lan truyền bao quanh vật cản và khó xác định nguồn phát; sóng tần số cao có bước sóng ngắn (âm 10kHz chỉ khoảng 3,4cm), truyền theo đường thẳng hơn và dễ bị vật cản chặn lại, nên tai dễ định vị nguồn phát chính xác hơn. Đây là lý do các dàn loa Hi-Fi thường tách riêng loa woofer (tái tạo trầm) và loa tweeter (tái tạo cao) thay vì dùng một màng loa duy nhất cho toàn dải.

Với người nghe nhạc thông thường, sự cân bằng giữa hai dải tần này quyết định trải nghiệm nghe. Loa thiên quá nhiều về bass dễ gây cảm giác “ù”, che lấp chi tiết giọng hát; loa thiên quá nhiều về treble lại gây chói tai khi nghe lâu. Vì vậy khi đọc thông số dải tần của một mẫu loa, người mua nên xem cả khoảng tần số lẫn độ lệch (thường ghi kèm ±dB) chứ không chỉ nhìn con số Hz thấp nhất - cao nhất.

Công thức tính tần số âm thanh

Tần số f được tính bằng nghịch đảo của chu kỳ dao động T: f = 1/T (đơn vị: Hz, T tính bằng giây). Ngoài ra, tần số còn liên hệ với tốc độ truyền âm v và bước sóng lambda qua công thức f = v/lambda - trong không khí ở điều kiện thường, tốc độ truyền âm khoảng 343m/giây.

Hai công thức này là kiến thức vật lý phổ thông, chủ yếu hữu ích để hiểu vì sao tần số thấp có bước sóng dài hơn tần số cao (đã nhắc ở phần trên), không cần thiết cho việc chọn mua thiết bị âm thanh - phần quan trọng với người dùng thực tế là thông số dải tần đáp ứng (frequency response) mà nhà sản xuất công bố, sẽ trình bày ở phần sau.

Tần số giọng nói người và tần số các nốt nhạc

Tần số âm thanh giọng nói của người trưởng thành dao động trong khoảng 85-255Hz ở tần số cơ bản: giọng nam trung bình khoảng 85-180Hz, giọng nữ trung bình khoảng 165-255Hz. Đây chỉ là tần số cơ bản (fundamental frequency) - âm sắc thực tế của giọng nói còn phụ thuộc vào dải họa âm trải rộng tới vài kHz, đó là lý do vì sao loa tái tạo giọng hát cần dải trung (mid) sạch và chi tiết, không chỉ cần bass mạnh hay treble sáng.

Với tần số âm thanh của các nốt nhạc, hệ thống chuẩn quốc tế lấy nốt La (A4) làm gốc với tần số 440Hz - mốc này được Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) khuyến nghị từ năm 1953 và vẫn là chuẩn tuning phổ biến nhất hiện nay, dù một số nhóm nhạc sĩ vẫn tranh luận về chuẩn thay thế 432Hz. Toàn bộ dải tần nhạc cụ trải rộng từ khoảng 27,5Hz (nốt La thấp nhất trên đàn piano) tới hơn 4.000Hz (nốt cao nhất trên piano) đối với tần số cơ bản, và có thể vượt xa hơn nếu tính cả họa âm của các nhạc cụ có dải bồi âm phong phú như đàn violin hay kèn đồng.

Vì sao dải tần quyết định chất lượng loa

Một chiếc loa tốt phải tái tạo được dải tần rộng và đồng đều, không phải chỉ cần công suất lớn. Loa có dải tần đáp ứng hẹp sẽ “cắt” mất phần trầm sâu hoặc phần cao vút của bản nhạc gốc, khiến âm thanh nghe mỏng hoặc thiếu chi tiết dù công suất W ghi trên vỏ hộp rất cao - đây là lý do khi chọn loa dòng Phantom hay bất kỳ dòng loa cao cấp nào, thông số dải tần (frequency response) và độ nhạy loa cần được xem cùng lúc, không tách rời.

Dải tần đáp ứng thường được nhà sản xuất công bố dưới dạng “X Hz - Y kHz (±Z dB)” - phần sai số ±dB cho biết mức dao động cho phép trong khoảng tần số đó. Hai loa cùng ghi “20Hz - 20kHz” nhưng một loa ±3dB và một loa ±10dB sẽ nghe rất khác nhau: sai số càng nhỏ, âm thanh càng trung thực với bản gốc. Đây là điểm người mua dễ bỏ qua khi chỉ so sánh con số Hz mà không để ý độ lệch dB đi kèm. Nếu muốn tự kiểm chứng dải tần thực tế của một chiếc loa đang dùng thay vì chỉ tin vào thông số nhà sản xuất, có thể tham khảo cách dùng phần mềm đo tần số âm thanh ngay tại nhà bằng điện thoại hoặc máy tính.

Dải tần đáp ứng thực đo của loa Devialet Phantom và Mania

So với chuẩn Hi-Fi thông thường 20Hz - 20kHz, các mẫu loa của Devialet công bố dải tần đáp ứng vượt xa ở cả hai đầu - đặc biệt phần trầm sâu, nhờ công nghệ HBI (Heart Bass Implosion) dùng buồng nén khí để tái tạo tần số thấp mà không cần thùng loa cỡ lớn. Bảng dưới đây đối chiếu thông số dải tần công bố của các dòng loa đang bán tại LOA Devialet Việt Nam với chuẩn Hi-Fi phổ thông: