Tại sao âm thanh Analog nghe “ấm hơn” ? Hài âm là gì?

Giải thích dễ hiểu về hài âm (harmonic) và (méo tiếng) distortion bậc 2, bậc 3 

Trong thế giới của những người yêu âm thanh, luôn có một câu nói được nhắc đi nhắc lại từ hàng chục năm nay đó là “Analog nghe ấm, mềm mại và dễ chịu hơn digital.” Điều này không chỉ đúng với Băng cối hay Đĩa than, mà còn đúng với Ampli đèn, máy Cassette, thậm chí cả những thiết bị Analog cổ cũ kỹ. Vậy đâu là nguyên nhân thực sự tạo nên cảm giác “ấm ngọt mịn” mà Digital khó lòng tái tạo dù thông số kỹ thuật của Digital vượt trội về mọi mặt ?

Gốc rễ của sự khác biệt nằm ở một hiện tượng nghe có vẻ tiêu cực nhưng lại chính là bí mật lớn nhất của âm thanh Analog đó là distortion, hay còn gọi là méo âm. Tuy nhiên distortion trong thiết bị Analog không phải là dạng méo xấu, mà lại là loại méo đẹp, rất tự nhiên, rất dễ nghe và làm âm nhạc trở nên giàu cảm xúc hơn. Đặc biệt có 2 dạng méo quan trọng nhất tạo nên “chất Analog” chính là hài âm bậc 2 và hài âm bậc 3 (2nd & 3rd harmonic distortion).

Để hiểu vì sao 2 loại hài âm này tạo cảm giác vừa tai và dễ chịu đến vậy, ta cần hiểu chúng xuất hiện như thế nào và tai người phản ứng với chúng ra sao.

Hài âm là gì và vì sao tai người thấy thích?

Khi một thiết bị Analog xử lý tín hiệu ví dụ như bóng đèn trong Ampli đèn, đầu từ của Băng cối hoặc Kim của đĩa than thì tín hiệu không đi theo một đường thẳng mà nó sẽ đi theo đường cong, khuếch đại tự nhiên của thiết bị sẽ sinh ra các nốt phụ có tần số là bội số của nốt gốc. Đây chính là hài âm.

Nếu nốt gốc là 100 Hz, hài âm bậc 2 sẽ là 200 Hz, hài âm bậc 3 sẽ là 300 Hz, và cứ thế tiếp tục. Điều quan trọng nằm ở chỗ: hài âm bậc 2 và bậc 3 tồn tại trong hầu hết nhạc cụ tự nhiên, đặc biệt là giọng hát, và tai người đã quen với chúng từ hàng triệu năm tiến hóa. Vì vậy khi Ampli đèn hoặc Băng cối tạo ra các hài âm này, hệ thần kinh thính giác không xem đó là lỗi, mà xem như một phần tự nhiên của âm nhạc. 

Giải thích cụ thể thêm để chúng ta hiểu sâu hơn về Hài âm đó là khi một âm thanh gốc vang lên ví dụ nốt La ở tần số 440Hz thì sóng âm không chỉ tồn tại ở tần số này mà còn sinh ra các tần số phụ theo quy luật bội số. Hài âm bậc 2 chính là sóng phụ có tần số gấp đôi tần số gốc nghĩa là nếu nốt gốc là 440Hz, thì hài bậc 2 sẽ là 880Hz. Trong âm nhạc 440Hz và 880Hz được xem là hai nốt cách nhau một quãng tám, đây là khoảng cách tự nhiên và hợp tai nhất. Hai nốt cách nhau một quãng tám được cảm nhận như “cùng một nốt nhưng cao hơn”, sóng 880Hz lặp lại gấp đôi nhịp độ của sóng 440Hz tạo ra một sự cộng hưởng mà não người nhận diện ngay lập tức là êm tai, hài hòa và tự nhiên.  

Vì sao Hài âm bậc 2 nghe ấm, dày và “ngọt”

Hài âm bậc 2 tạo ra một nốt cách nốt gốc đúng một quãng tám, một trong những khoảng cách dễ nghe và hài hòa nhất trong âm nhạc. Khi xuất hiện với lượng nhỏ, hài âm bậc 2 làm cho âm thanh trở nên:

• dày hơn

• ấm hơn

• mềm mại hơn

• tròn trịa và dễ chịu

Giọng hát có thêm hài âm bậc 2 sẽ nghe gần như được “phủ một lớp mật ong mỏng”, nghe đầy đặn và giàu cảm xúc. Các thiết bị Analog như Ampli đèn Triode, Băng cối hay thậm chí Cassette đều sinh ra hài âm bậc 2 tự nhiên nhờ đặc tuyến phi tuyến của linh kiện. Chính vì thế những hệ thống Analog thường mang lại cảm giác “ấm” một cách khó tả. 

Hài âm bậc 3 tạo sự mạnh mẽ, rõ nét nhưng vẫn dịu tai

Nếu hài âm bậc 2 tạo ra một nốt cao hơn nốt gốc đúng một quãng tám thì hài âm bậc 3 là thành phần có tần số gấp ba lần tần số gốc. Chính vì cao hơn gấp 3 lần nên hài âm tạo ra một nốt cao hơn nốt gốc một quãng năm, một khoảng cách rất quan trọng và cực kỳ hòa hợp trong âm nhạc cổ điển lẫn nhạc hiện đại.

Hãy lấy ví dụ với nốt La (A4) có tần số chuẩn là 440Hz. Khi một hệ thống âm thanh ví dụ Ampli đèn sinh ra hài âm bậc 3 nó sẽ tạo ra thành phần hài âm có tần số 3 × 440Hz = 1320Hz. Bây giờ câu hỏi là tần số 1320Hz tương ứng với nốt gì trong âm nhạc?

Chúng ta biết rằng nốt La (A4) 440Hz lên quãng tám là 880Hz là nốt La (A5) (gấp đôi). Quãng tám tiếp theo của nốt La sẽ là 1760Hz là nốt A6, như vậy tần số 1320Hz nằm giữa 880Hz và 1760Hz và trong hệ thống âm nhạc nốt này chính là E6 tức là nốt Mi và Mi nằm đúng 1 quãng năm so với nốt La ở tần số 440Hz

Hài âm bậc 3 tạo ra một nốt cao hơn nốt gốc một quãng năm mở rộng cũng là khoảng cách quen thuộc và hòa hợp trong âm nhạc. Lượng nhỏ hài âm bậc 3 làm cho âm thanh:

• rõ ràng hơn
• có lực hơn
• chắc tiếng
• giữ được độ tự nhiên

Nhờ sự kết hợp giữa hài âm bậc 2 mềm, bậc 3 mạnh, âm thanh Analog vừa “tự nhiên” vừa có độ dày và có lực mạnh hơn, phù hợp với cả Nhạc Vàng, Vocal, Jazz lẫn Guitar mộc, Piano. 

Vì sao méo hài của Analog lại dễ nghe hơn méo hài của Digital?

Hệ thống Analog tạo ra hài âm theo đúng quy luật vật lý tự nhiên, nghĩa là các hài âm xuất hiện mềm mại và giảm dần về biên độ theo từng bậc và chủ yếu tập trung ở bậc 2 và bậc 3 đây là những bậc hài âm mà tai người vốn rất quen thuộc và tiếp nhận một cách tự nhiên.

Những hài âm này cũng chính là những thành phần xuất hiện trong nhạc cụ thật và giọng hát thật, nên khi Ampli đèn, Băng cối hay Đĩa than sinh ra chúng, não bộ không xem đó là méo mà xem như một phần hài hòa của âm nhạc. Trong khi đó hài âm của nhạc số lại hoạt động hoàn toàn khác.

Khi tín hiệu số bị quá tải hoặc bị cắt đỉnh (clipping) hệ thống sẽ sinh ra các hài âm bậc cao như bậc 5, bậc 7 hoặc bậc 9, những hài âm này nằm rất xa nốt gốc và hầu như không xuất hiện trong âm thanh tự nhiên. Tai người vì vậy cảm nhận chúng như những âm sắc lạ, gắt và không hợp tai khi nghe. Nhạc cụ tự nhiên cũng không tạo ra nhiều hài âm bậc cao, nên khi thiết bị phát nhạc Digital sinh ra những hài âm này não lập tức phản ứng khó chịu. Chính vì vậy cùng là hài âm nhưng hài âm của Analog lại nghe ngọt, ấm và dịu trong khi hài âm của nhạc số thường tạo cảm giác sắt lạnh và thiếu tự nhiên. 

Sự mềm mại của Analog đến từ đâu?

Sự mềm mại đặc trưng của âm thanh Analog không chỉ đến từ hài âm bậc 2 và bậc 3 mà còn từ nhiều yếu tố tự nhiên khác trong quá trình tái tạo âm thanh. Hiện tượng nén băng nhẹ của Băng từ thuật ngữ tiếng Anh là (Tape Compression) khiến dải trầm trở nên mềm hơn và dải cao mượt hơn, cuộn băng từ và bề mặt của băng tạo nên một lớp kết cấu âm mang tính “hữu cơ”, nghe giống như âm thanh thật ngoài đời.

Vinhstudio giải thích cụ thể hơn tại sao lại có hiện tượng nén băng từ nhẹ (Tape Compression) trong quá trình ghi và phát âm thanh Analog:  

Khi ghi âm lên băng từ tín hiệu âm thanh được chuyển thành năng lượng từ và truyền lên lớp hạt từ phủ trên bề mặt băng. Ở mức tín hiệu nhỏ và vừa các hạt từ này đáp ứng rất tuyến tính nghĩa là âm thanh được ghi lại gần như chính xác theo mức năng lượng mà đầu máy đưa vào. Nhưng khi tín hiệu lớn hơn chẳng hạn như một tiếng trống gằn hoặc tiếng Bass thật mạnh bề mặt từ tính của băng bắt đầu tiến vào trạng thái “bão hòa”. Khi đó dù tín hiệu đầu vào có tăng rất mạnh nhưng băng từ không thể ghi thêm năng lượng theo tỷ lệ thẳng đứng nữa mà ghi với tốc độ chậm lại giống như miếng mút cao su khi bị nén đến giới hạn đàn hồi.

Chính sự “từ chối” ghi thêm năng lượng lên mặt băng từ đã tạo ra hiệu ứng nén tự nhiên, âm lượng lớn được làm dịu lại một chút, độ gắt của tiếng cao được vuốt mượt, các chi tiết nhỏ hòa quyện vào nhau theo cách rất tự nhiên và dễ nghe. Điều thú vị là dù đây là một dạng méo vì tín hiệu lớn không được ghi đúng như ban đầu nhưng tai người lại cảm nhận nó rất dễ chịu. Lý do là quá trình nén của băng từ diễn ra trơn tru có tính liên tục, không có điểm gãy đột ngột như Digital clipping. Khi tín hiệu Digital bị quá tải đỉnh sóng sẽ bị cắt phẳng nên tiếng vỡ gắt và sắc khiến tai người thấy bất hợp l còn băng từ khi bão hòa thì giống như một chiếc phanh mềm, giảm tốc độ tăng của tín hiệu mà không làm nó biến dạng thô bạo.

Ở Ampli đèn biến áp xuất âm đóng vai trò quan trọng trong việc tạo độ ấm và chiều dày cho giọng hát và nhạc cụ, giúp âm trung trở nên tròn đầy và giàu cảm xúc hơn. Bên cạnh đó dải cao của Analog thường giảm nhẹ một cách rất tự nhiên giúp âm thanh không bị chói, không gây mệt tai khi nghe lâu. Tất cả những yếu tố này kết hợp với đặc điểm sóng âm Analog liên tục không bị chia nhỏ như tín hiệu số tạo nên tổng thể chất âm “ấm dày mịn” mà người yêu âm thanh luôn trân trọng và hoài niệm. 

Kết luận

Analog nghe ấm hơn vì nó sinh ra hài âm bậc 2 và bậc 3 một cách tự nhiên, đúng với quy luật âm học mà tai người vốn yêu thích. Những hài âm này làm giọng hát trở nên mềm mại và gần gũi, tạo dải trung dày và cảm xúc, đồng thời giúp toàn bộ bản nhạc trở nên mượt mà và tự nhiên hơn. Dù Digital có sạch và chính xác hơn rất nhiều, nhưng chính sự “không hoàn hảo đẹp đẽ” của Analog lại khiến âm thanh Analog trở thành một trải nghiệm giàu cảm xúc tự nhiên rất khó thay thế.

Theo Vinhstudio