Âm thanh là sự dao động cơ học (biến đổi vị trí qua lại) của các phân tử, nguyên tử hay các hạt làm nên vật chất và lan truyền trong không khí giống như các cơn sóng, nên gọi là sóng âm. Khi con người nói hay các sự vật xung quanh tạo ra tiếng động, những gì bạn thực sự nghe thấy chính là sự thay đổi ngay về áp lực được truyền trong không khí đến tai của bạn.

Mặt khác, chất lượng của file âm thanh dựa vào sample rate, bit rate, phương thức mã hóa, định dạng của nó,… Vì thế hãy cùng bài viết tìm hiểu về những khái niệm này cũng như tầm ảnh hưởng của chúng đến chất lượng âm.

Sample rate (tốc độ lấy mẫu) là gì?

Sample rate (tốc độ lấy mẫu) hay còn được gọi là tần số lấy mẫu thể hiện số lượng mẫu được ghi lại mỗi giây. Mỗi mẫu tương ứng với một biên độ tín hiệu và nó chưa thông tin về giá trị biên độ của dạng sáng tín hiệu theo thời gian.

Đơn vị của Sample rate là Hz, kHz. Ví dụ, một bản nhạc có Sample rate là 44.100Hz (hay 44,1kHz) thì mỗi giây bản nhạc này sẽ được lấy mẫu 44.100 lần. Tốc độ lấy mẫu càng cao thì chất lượng âm thanh càng tốt.

Có một điều cần lưu ý đó là bạn không thể thay đổi tốc độ lấy mẫu của file âm thanh sau khi nó được ghi. Ví dụ nếu bạn ghi một tệp âm thanh tại tốc độ 44100 mẫu/ giây thì sẽ không thể convert nó sang 96000 mẫu/ giây.

Và nếu bằng một cách nào đó bạn chuyển đổi được sample rate của file âm thanh thì playback vẫn sẽ có tốc độ lấy mẫu là 44100 Hz.

Đối với hầu hết các ứng dụng tốc độ lấy mẫu được sử dụng là 44.1kHz. Sample rate này được sử dụng trong các file CD, MP3, AAC,… Lý do mà tần số lấy mẫu tại 44.1kHz được sử dụng phổ biến đến như vậy là bởi một đính lý có tên là Nyquist Theorem.

Định lý này nói rằng để tránh mất thông tin khi lấy mẫu một tín hiệu kỹ thuật số, bạn phải lấy mẫu với tốc độ gấp đôi tần số tín hiệu mong muốn tối đa. Vì vậy, khi lấy mẫu tại tốc độ 44.1kHz sẽ cho phép tại tạo chính xác tần số âm thanh hơn là 22.05kHz.

Những tần số lấy mẫu là bội số của 44.1kHz hoặc 48kHz như 88kHz, 96kHz và 176.4kHz sẽ đem lại tần số Nyquist cao hơn. Điều này cho phép những tần số siêu thanh được ghi và tái tạo.

Bit depth (độ sâu bit) là gì?

Khi âm thanh được lấy mẫu nó sẽ được lưu trữ dưới dạng bit. Đây cũng là lúc bit depth phát huy tác dụng. Bit depth hay độ sau bit xác định lượng thông tin có thể được lưu trữ.

Bit depth cũng thể hiện số lượng giá trị biên độ có thể có trong một mẫu. Ngoài ra, bạn có thể tính được số lượng giá trị biên độ có thể có của một bit depth nhất định.

Công thức: số lượng giá trị có thể có = 2^n (n là bit depth).

Ví dụ với độ sâu bit là 16 thì số lượng giá trị biên độ có thể có trong một mẫu là 2^16 tương đương 65536.

Độ sâu bit cũng liên quan đến dải động (dynamic range). Bit depth càng lớn thì phạm vi hoạt động của dải động càng rộng. Lợi ích của một dải động hoạt động rộng:

• Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) tốt hơn.
• Độ chính xác khi mix âm thanh tốt hơn.

Tóm lại, một tệp âm thanh với độ sâu bit càng cao thì sẽ có độ phân giải tốt hơn. Bit depth thấp càng thấp sẽ tạo ra SNR thấp và kích thước tệp tin nhỏ hơn.

Bit rate (tốc độ bit) là gì?

Bit rate hay tốc độ bit thể hiện số lượng bit của dữ liệu được xử lý trong một thời gian cụ thể, đơn vị là Kbps. Ví dụ nếu file nhạc có bit rate là 320Kbps thì bản nhạc này mỗi giây có 320 kilobits dữ liệu được lưu trữ.

File âm thanh có tốc độ bit càng cao thì có kích thước càng lớn. Nếu bạn nén một tệp âm thanh đồng nghĩa với việc bit rate, kích thước sẽ giảm nhưng cũng kéo chất lượng tệp tin giảm theo.

Tốc độ bit của một đĩa CD luôn là 1411Kbps. Định dạng MP3 thì nằm trong khoảng 96 tới 320Kpbs. Trong khi đó một số dịch vụ trực tuyến như Spotify có bit rate trong khoảng 96 tới 160Kbps.

Bitrate có quan trọng không?

Sẽ không có bit rate tốt nhất mà chỉ có tốc độ bit phù hợp với mục đích của bạn. Nếu bạn nghe một bản nhạc có bitrate cao thì đồng nghĩa với chất lượng âm thanh tốt miễn là bản nhạc đó không thay đổi. Đồng thời tốc độ lấy mẫu và độ sâu bit cũng cao.

Những chuyên gia về âm thanh (audiophiles) ưa chuộng bit rate cao. Tuy nhiên cũng cần lưu ý rằng nếu nghe một bản nhạc có bit rate cao thì máy nghe nhạc của bạn cũng cần phải đáp ứng được tốc độ bit này.

Tốc độ bit càng thấp thì kích thước tệp càng nhỏ, giúp bạn tiết kiệm được bộ nhớ. Đồng thời bạn cũng phải đánh đổi lấy chất lượng bản nhạc.

Nên dùng sample rate và bit depth nào?

Đối với tần số lấy mẫu, 44.1kHz phù hợp với hầu hết ứng dụng. Khi làm nhạc và video thì tốc độ lấy mẫu 48kHz thường được sử dụng.

Sample rate càng cao thì càng mang lại nhiều lợi ích cho các chuyên gia làm nhạc. Tuy nhiên, 44.1kHz vẫn là sự lựa chọn của nhiều người, kể cả các chuyên gia.

Đối với độ sâu bit, 16 bits là đủ cho hầu hết các ứng dụng. Đối với công việc mix hoặc chỉnh sửa video chuyên nghiệp thì bit depth 24 bits sẽ đem lại độ chính xác và dải động tốt hơn.