Câu 6.1 đã đưa ra khái niệm tần số lấy mẫu. Tốc độ bit được tính như thế nào qua độ sâu bit và tần số lấy mẫu?

Câu hỏi: Câu 6.1 đã đưa ra khái niệm tần số lấy mẫu. Tốc độ bit được tính như thế nào qua độ sâu bit và tần số lấy mẫu?

Nhạc CD là nhạc nổi (stereo) với hai kênh cho loa phải và loa trái, mỗi kênh được mã hoá với độ sâu bit là 16 bit và tần số lấy mẫu là 44.1 KHz mỗi kênh. Em hãy tính tốc độ bit của nhạc CD.

Lời giải:

Độ sâu bit là số bit cần thiết để thể hiện biên độ âm thanh trên thanh mẫu khi lấy mẫu. Tần số lấy mẫu là số lần lấy mẫu trong một giây. Vậy tốc độ bit là số bit để biểu diễn được âm thanh trong một giây chính là tích của độ sâu bit và tần số.

Tốc độ bit của nhạc CD là 2 x 44.1 (KHz) x 16 (b) = 1411,2 ≈ 1378 (Kb/). (Lưu ý rằng nhiều tài liệu vẫn ước tính tốc độ bit của nhạc CD là 1411 Kb/s. Thực tế là 1 KHz tính bằng 1000 Hz, còn 1 Kb là 1024 b).

* Tần số lấy mẫu (Sampling Rate / Sampling Frequency) là gì?

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.

Thuật ngữ chúng ta thường nghe trong xử lý âm thanh là tốc độ lấy mẫu (Sampling Rate) và tần số lấy mẫu (Sampling Frequency), đều chỉ chung một thứ. Chúng thường có một số giá trị đặc trưng như 8 kHz, 44.1 kHz và 48 kHz. Vậy tốc độ lấy mẫu của một file audio thực sự là gì?

Tốc độ lấy mẫu của âm thanh là số lượng mẫu (sample) được lấy trong mỗi giây. Chúng được đo đạc như là số mẫu trên giây hay Hertz (được viết tắt như Hz hay kHz với 1 kHz = 1000 Hz). Một mẫu âm thanh là một con số đo đạc biểu diễn cho giá trị của sóng âm thanh tại một thời điểm cụ thể. Những mẫu âm thanh này được lấy tại một thời điểm nào đó trong 1 giây. Ví dụ, nếu tốc độ lấy mẫu là 8000 Hz thì không có nghĩa là 8000 mẫu đã được lấy trong một giây, chúng phải được lấy cách nhau 1/8000 của một giây. Con số 1/8000 này là khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu (đo bằng giây) và tốc độ lấy mẫu đơn giản là nghịch đảo của nó.

* 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.

Trên thực tế, để tránh hiện tượng sai số lấy mẫu, người ta cũng cần sử dụng một bộ lọc lấy mẫu trước. Bộ lọc này có nhiệm vụ lọc thông từ 0 đến 20 kHz để tránh cắt bất kỳ tần số âm thanh nghe được nào, trong khi đó còn phải loại bỏ gần như hoàn toàn mọi tần số vượt quá giới hạn Nyquist (bằng một nửa tần số lấy mẫu) trước khi đưa tín hiệu đến bộ chuyển đổi analog sang digital. Làm như vậy là để tránh làm giảm các tần số cao hơn (tức các tần số siêu âm, không nghe được) xuống tần số thấp hơn có thể nghe được. Các bộ lọc như vậy được các kỹ sư âm thanh gọi là “tường gạch” vì hình dạng hàm truyền theo miền tần số của chúng, và cũng vì chúng rất khó thiết kế, sản xuất và điều chỉnh. Vì vậy, trong thực tế, cần phải có không gian để bộ lọc có thể hoạt động.

>>> Xem thêm: Đơn vị đo tốc độ lấy mẫu để rời rạc hóa tín hiệu âm thanh theo thời gian là gì?