Danh sách các tab/trang

Thứ Năm, 27 tháng 9, 2012

Âm thanh và âm nhạc dưới nước

Thế giới dưới nước không những khác trên bờ về cái nhìn mà còn khác về cái nghe nữa. Chắc hẳn tuyệt đại đa số những người thích lặn cũng thích ngắm cảnh ở dưới nước, nhưng không biết có bao nhiêu người biết thưởng thức âm thanh của thế giới nước đó nhỉ?! Trong khi đang lặn, có bao giờ bạn tự hỏi "cái tiếng động đó từ đâu ra?" Hay bạn có biết rằng chỉ cần lội xuống nước tới ngang mắt cá chân, bạn đã có thể lắng nghe những âm thanh vang vọng trong lòng biển từ xa hàng chục cây số?

Nếu hỏi những người lặn scuba về âm thanh dưới nước thì có lẽ sẽ nhận được câu trả lời rất hiển nhiên là tiếng hơi thở và tiếng bong bóng nước. Nhưng những ai lặn ống thở hoặc lặn tự do nhiều thì chắc hẳn phải ghi nhận được nhiều âm thanh đặc trưng của từng vùng nước và từng đối tượng khác nhau. Ở dưới nước, chúng ta có thể nghe những âm thanh như sau:

Tôm gõ mõ trong hốc đá / rạn san hô
Hầu như ở bất kỳ rạn san hô nào, chúng ta đều nghe tiếng tách tách rất đặc trưng, và chúng kêu lớn đến độ nhiều khi đứng trên bãi cạn mà chúng ta vẫn còn nghe thấy. Đó là tiếng "bắn súng" của những con tôm gõ mõ (snapping shrimp) hay tôm súng (pistol shrimp). Bình thường thì chúng luôn núp trong các hốc đá nên chúng ra rất khó thấy, nhưng tiếng động phát ra từ những cái "càng hoá súng" của chúng thì không thể lẫn vào đâu được. Mỗi con tôm súng có một cái càng được phát triển đặc biệt to lên trở nên mạnh đến độ mỗi lần kẹp lại, nó tạo ra một sóng xung kích (shock wave) nung nước xung quanh lên hàng ngàn độ và phát nổ như một quả pháo. Chúng sử dụng khẩu súng của mình vừa để liên lạc với nhau, vừa để tấn công đối phương (như trong video bên).

Tiếng kêu của cá
Ở dưới nước có nhiều loài cá phát ra tiếng động, nhưng "ồn ào nhất" có thể nói là những con cá mỏ vẹt (parrot fish). Chúng có chiếc mỏ bọc sừng cứng như mỏ con vẹt (két) dùng để cạp san hô. Và khi bơi gần chúng, ta có thể nghe rõ tiếng rào rạo khi những con cá này đang gặm san hô. Ngoài ra còn có những loài cá phát ra những tiếng rì rầm nhỏ hơn như cá vây tia (Grunt), Toad-fish, Silver Perch, Marine catfish,... Và hiển nhiên không thể không kể đến tiếng kêu của những con thú biển như cá heo, cá voi, hải cẩu,... nếu chúng ta có may mắn!

Thu & nghe âm thanh dưới nước

Ngoài những âm thanh tự nhiên, nhiều khi chúng ta còn phải lắng nghe những âm thanh nhân tạo, như nghe tiếng động cơ tàu khi trồi lên mặt nước, nghe tiếng gọi khẩn cấp của bạn lặn, hoặc liên lạc với nhau trong vùng nước đục. Nhưng để làm tốt điều đó, trước hết chúng ta phải hiểu rõ hơn về khoa học âm thanh dưới nước.

Âm thanh truyền trong nước hiệu quả hơn rất nhiều so với trong không khí. Vì nước "cứng" hơn nên âm thanh truyền trong nước nhanh gấp 4.4 lần trong không khí. Hơn nữa, nhờ việc phản xạ âm thanh ở mặt nước lẫn đáy nước ở vùng nước cạn và kênh dẫn âm nước sâu (SOFAR channel)(*) mà âm thanh truyền đi rất xa, có thể đến hàng chục cây số.

Tuy chúng ta có thể nghe âm thanh rất rõ ở dưới nước, nhưng lại hầu như không thể biết được chúng phát ra từ đâu! Sự mất khả năng định hướng nguồn âm đó là do trong nước chúng ta nghe âm thanh chủ yếu bằng xương chứ không phải bằng hai lỗ tai. Do mặt phân cách nước-khí là một tấm gương phản xạ tốt đối với âm thanh nên lượng âm thanh truyền qua không khí trong lỗ tai để làm rung màng nhĩ là rất ít, và màng nhĩ gần như không thể rung nếu bị nước tràn vào. Phần lớn những gì ta nghe được dưới nước là do sóng âm truyền qua xương sọ, xương ngực, xương khớp tay chân đi thẳng vào tai trong. Chính vì vậy mà chỉ cần ngâm chân xuống nước tới mắt cá là ta đã có thể lắng nghe được những bản nhạc của đại dương rồi. Và khi truyền qua kênh xương thì âm thanh đến hai tai trong của chúng ta giống hệt nhau khiến ta chẳng thể phân biệt được chúng từ đâu tới. (Xem cơ chế định hướng nguồn âm)

Phát ra âm thanh dưới nước

Do nước "cứng" và "đặc" hơn không khí nên cách phát âm thanh trong nước cũng khác nhiều so với trong không khí. Xem cuộc thử nghiệm các nhạc cụ dưới nước trong đoạn phim bên, ta có thể thấy: Thứ nhất, việc phát âm thanh bằng không khí như kèn, sáo, thanh quản (nói chuyện dưới nước) là vô hiệu; Thứ hai, việc phát âm thanh bằng sự rung dây như đàn, hoặc rung mặt như trống cũng gần như vô hiệu vì nước làm dao động của chúng lụi tắt gần như tức thời (như ta lấy tay chặn dây đàn, mặt trống lại vậy); Thứ ba, việc phát âm thanh bằng sự rung khối kim loại như chuông, lục lạc là có hiệu quả, nhưng chúng cũng bị nước cản lại khiến khó ngân vang lâu được. Ứng dụng ý thứ ba đó, các thợ lặn thường dùng dao gõ vào bình hơi hoặc lắc các ống lắc (diver rattle) để gây chú ý.

Giải pháp phát âm thanh dưới nước

Tuy những cách phát âm thanh truyền thống rất kém hiệu quả dưới nước, nhưng những phương tiện hiện đại đã giải quyết được vấn đề đó.

Đầu tiên phải kể đến cái loa, một thiết bị phát thanh vạn năng của con người hiện đại. Chỉ cần ta bỏ thiết bị di động có loa vào túi chống nước, vặn âm ly lớn hơn bình thường (vì âm thanh khó xuyên qua mặt phân cách khí-nước) rồi nhúng xuống nước là ta có thể thoải mái chơi bất kỳ loại nhạc hay âm thanh nào dưới nước được rồi. Ứng dụng ý này, người ta đã chế ra thiết bị báo hiệu khẩn cấp dưới nước cho thợ lặn, chỉ cần bấm nút thì nó sẽ phát ra tiếng động qua một cái loa nhỏ (như hình bên).

Tiếp theo là nhạc cụ nước (hydraulophone), một sáng kiến tuyệt vời của giáo sư công nghệ thông tin Steve Mann từ những năm 1980. Thay luồng khí phát thanh trong các nhạc cụ truyền thống bằng dòng nước, giáo sư Steve Mann đã tạo ra những nhạc cụ vừa chơi được trên bờ lẫn ở dưới nước một cách hoàn hảo.

Nhạc hội dưới nước

Và bằng những tiến bộ kỹ thuật đó, từ năm 1985 người ta đã đưa những chiếc loa nước (**) to xuống biển để tổ chức nhạc hội dưới nước hằng năm cho những người yêu biển cả được thưởng thức âm nhạc cùng với những rạn san hô tuyệt đẹp. Nghe nhạc trong nước, bạn không chỉ nghe bằng tai mà nghe bằng cả cơ thể bạn, sẽ cho bạn một trải nghiệm tuyệt vời (theo lời giới thiệu của ban tổ chức nhạc hội). Chỉ tiếc rằng những nhạc hội này chưa biểu diễn nhạc sống bằng những nhạc cụ nước! (Những người biểu diễn dưới nước chỉ là múa minh hoạ thôi.)

Hi vọng là sau khi đọc bài viết này, trong lần xuống nước tiếp theo bạn sẽ thưởng thức đại dương một cách trọn vẹn hơn! ;)



___________________________

(*): SOFAR channel = "SOund Fixing And Ranging channel" vừa là chữ viết tắt, vừa là cách chơi chữ "SO-FAR" = "Rất Xa" để gợi nhớ về tính chất của kênh dẫn âm này.

(**): Loa nước chỉ khác loa thường (trên bờ) ở chỗ màn rung của loa được làm bằng chất liệu cứng để phù hợp với "độ cứng" của nước.

Cơ chế định hướng nguồn âm: Sở dĩ chúng ta định hướng được nguồn âm ở trên cạn là do 3 yếu tố: một là sự lệch pha của âm thanh khi tới hai tai (chủ yếu đối với âm trầm, tần số thấp), hai là sự lớn bé khác nhau mà mỗi tai nghe được (chủ yếu đối với âm bổng, tần số cao), và ba là sự khác nhau về âm sắc khi âm thanh đến từ phía trước so với đến từ phía sau (do vành tai ta hướng về trước). Khi nguồn âm không ở thẳng trước mặt hoặc thẳng sau lưng mà nghiêng một góc thì sẽ có một bên tai gần hơn và một bên tai xa nguồn âm hơn. Lỗ tai phía xa sẽ nhận được âm thanh chậm pha hơn (tối đa 1 mili giây trong không khí, chưa tới 1/4 mili giây trong nước) và với cường độ yếu hơn (do bị "khuất bóng" sau cái đầu của chúng ta). Cần lưu ý là não chúng ta không thể phân biệt hai tiếng động cách nhau dưới 100 mili giây (1/10 giây), nên việc so sánh độ lệch pha giữa hai sóng âm đến hai tai được thực hiện bằng cơ chế "dò đài" và "so khớp" hai sóng âm trước khi truyền tín hiệu về trung ương thần kinh. Không đi sâu vào cơ chế này (đòi hỏi kiến thức sâu về cơ học sóng), nhưng ta có thể kiểm chứng bằng cách bịt mắt rồi lắng nghe tiếng động xung quanh: Khi vừa mới nghe một tiếng động ta rất khó biết chúng từ đâu đến nhưng lắng nghe một hồi thì sau khi hai tai đã dò qua hết 360 độ (một cách vô thức), nó sẽ tập trung dò vào góc mà 2 sóng âm khớp nhau nhất rồi báo cho ta biết góc tới của âm thanh ta đang lắng nghe (trái/phải, trước/sau bao nhiêu độ). Cơ chế này được chúng ta rèn luyện từ nhỏ ở trên cạn nên đã quen với các "đài" ở trên cạn, đến khi xuống nước thì bị sai đi mất. Nhưng với sự luyện tập để "sửa lại" bộ phận "dò đài", nhiều người vẫn tập định hướng được nguồn âm dưới nước, tuy khá kém chính xác. Và nhiều tài liệu về lặn nói rằng "chúng ta không định vị được nguồn âm do âm thanh truyền trong nước nhanh hơn trong không khí" đã tạo nên sự hiểu lầm nghiêm trọng cho nhiều người.

7 nhận xét:

ComputerBoy nói...

Tuy đã có đàn nước của giáo sư Steve Mann, nhưng khi nào rảnh tôi vẫn sẽ chế ra cái kèn nước được "thổi" bằng cách bóp bầu nước, chứ không cần nguồn cung cấp áp lực nước thường trực như đàn nước.

TchyA nói...

Lại một tìm hiểu mới rất thú vị!
Xem ra ComputerBoy đang tập trung vào "chuyên môn" tốt nhỉ!

ComputerBoy nói...

Thứ 7 vừa rồi, ComputerBoy vừa set up bộ âm nhạc dưới nước để thử nghiệm, nhưng tiếc là tới trễ quá (set up lâu hơn mình tưởng) nên mọi người về hết :(

Kết quả thử nghiệm:
- Ở xung quanh loa, bán kính 1m thì âm thanh Hi-Fi, bass dội rung cả nước!
- Ra xa thì bass (âm trầm) giảm dần, cách xa khoảng 10m thì chỉ còn nghe treble (âm bổng). Theo các tài liệu khoa học tôi đọc được thì tường, đáy, và mặt nước đều "trong suốt" đối với âm bass (sóng dài), nó cứ đi xuyên qua như không nên bị loãng đi rất nhanh. Còn âm treble (sóng ngắn) thì bị dội tường, dội mặt nước nên được bảo toàn lực lượng để đi xa.
- Bịt lỗ tai lại thì không còn nghe bass nữa, nhưng treble thì vẫn nghe rõ. Điều này dễ hiểu: Âm bass cần phải dao động với biên độ lớn (như mặt trống) mới đủ năng lượng cho mình nghe thấy, và chỉ có đi theo đường khí qua lỗ tai làm rung màng nhĩ mà thôi. Còn âm treble thì dao động rất vi tế (như chuông rung) nên dễ dàng truyền qua xương và... có thể "nghe bằng cả cơ thể"!
- Mặc wetsuit có mũ trùm kín đầu thì nghe rất kém, chủ yếu là bass ("thình thình"). Điều này dễ hiểu là do lớp cao su mềm như mặt trống và quá dày (1.5mm) để âm treble có thể xuyên qua.

Chỉ tiếc là cái máy này pin yếu nên chỉ hát được khoảng 30-45 phút là ngủm! Riêng ComputerBoy thì còn bị cái lạnh hành hạ... mở mũ ra thì lạnh run, chẳng thể giữ hơi lâu được, còn đội vào thì hầu như chẳng nghe gì :((

ComputerBoy nói...

Tôi có ý kiến này: Bà con gửi cho ComputerBoy (lxdinh@fit.hcmus.edu.vn) vài bài hát hoặc nhạc không lời mà mình yêu thích (đính kèm file mp3 hoặc gửi link hoặc tên bài để tôi tìm trên mạng cũng được). Tôi sẽ trộn lại làm bản mix đem đến hồ bơi phục vụ mọi người ;)

Nhớ là âm bass sẽ không nghe được xa, nên chọn bài có nhiều treble tí :)

HCQuang nói...

Hãy tưởng tưởng tượng rằng nhà của chúng ta đang ở đầu đường băng lên xuống của máy bay phản lực, đồng thời nằm kế ga xe lửa, kế xưởng gia công cơ khí (và sát bên cái loa truyền thanh của quý Phường nữa - nếu Phường "của" bạn có), thì các tiếng ồn kia sẽ ảnh hưởng tới bộ não, tới cơ quan tiền đình... của chúng ta như thế nào.

Từ đó sẽ thấy rằng, việc tàu bè qua lại, các máy móc hoạt động ngầm dưới biển, máy dò siêu âm... do con người gây ra, sẽ ảnh hưởng tới các loài động, thực vật biển như thế nào.

Nhiều nhà khoa học cho rằng, hiện tượng cá voi, cá heo nhảy lên bờ "tự sát tập thể" chính bởi con người đã gây ra cho chúng.

Và biết đâu đấy, những bản nhạc (mà con người rất thích) đã được "đánh" lên dưới nước cũng gây nên những tác động rất xấu cho chúng.

Tới một lúc nào đó, chúng sẽ chết hết bởi các tác động nói trên. Chúng chết thì loài người rồi cũng "đành phải đi theo" thôi, bởi:

Sự tồn vong của loài người phụ thuộc vào sự tồn vong của các loài động, thực vật trên hành tinh này.
HCQuang

AMk3 nói...

Thưởng thức âm nhạc dưới nước rất thù vị. Hôm thứ bảy vưa rùi tui cũng đã thử nghe "dàn âm thanh" dưới nước của ComputerBoy. Đáy hồ hoàn toàn yên tĩnh, chỉ có tiếng nhạc văng vẳng trong đầu. không phụ thuộc vị trí "dàn AT" ở đâu, ngay sát một bên tai hay trên đỉnh đầu, cảm nhận giống nhau. Với những giai điệu du dương, bạn sẽ ngủ quên dưới đáy hồ đó :)
Vừa nghe nhạc (êm dịu) vừa thực hành static, chắc chắn năng lực nín hơi của bạn sẽ nhanh chóng tiến bộ.

ComputerBoy nói...

Chú Quang, vấn đề ô nhiễm tiếng ồn mà chú đưa ra đúng là đáng quan tâm. Ngay như bản thân cháu, mỗi ngày 2 tiếng đồng hồ chạy trên đường mà lỡ hôm nào đi nhằm giờ cao điểm thì đầu óc thiệt là mệt mỏi. Đối với con người thì âm bass lớn (rất trầm) và hạ âm (dưới 20Hz, không nghe thấy) có hại cho sức khoẻ, vậy mà nguyên lý khử âm của pô xe là chuyển từ âm cao xuống âm trầm và tốt nhất là xuống hạ âm. Tuy không nghe được nhưng hạ âm lớn có thể làm chóng mặt hoặc gây ảo giác.

A... lạc đề rồi. Quay về thế giới nước thì cá không có tai ngoài (trừ mấy con thú biển như cá heo, hải cẩu) nên chúng nó nghe bằng "toàn thân" (tập trung ở 2 bên lườn), cả cơ chế nghe và mục đích nghe đều rất khác chúng ta.

Về mục đích: Động vật bậc cao trên cạn lẫn dưới nước (thú biển) nghe để giao tiếp. Động vật bậc thấp hơn, ở cạn thì nghe để tránh nguy hiểm, còn ở nước thì nghe để "thấy" thế giới xung quanh (bao gồm để tránh nguy hiểm).

Về cơ chế: Tất cả các loài cá đều có khả năng "nghe để thấy thế giới" tốt bằng cách cảm nhận chuyển động của nước và một ít âm thanh trầm (như ta cảm thấy rung lồng ngực khi đứng gần thùng loa bass). Chỉ có một số ít loài cá "chuyên gia nghe" (như cá vàng) thì mới bắt được sóng áp suất thuộc âm vực cao từ 1kHz trở lên, trong khi đây lại là dải âm mà các động vật trên cạn "thính" nhất (con người nghe rõ nhất trong khoảng 1kHz-2kHz, như giọng nữ). Riêng các loài thú biển thì có khả năng giao tiếp (nghe và "nói") qua dải âm cao, phần lớn là siêu âm (cao hơn 20kHz, người không nghe thấy). Những "bài hát cá heo" mà ta nghe thấy được chỉ là những "giọng ồm ồm" của chúng mà thôi.

Hơn nữa, những con cá (không phải thú biển) còn có khả năng tái tạo các lông thính giác ở tai trong, chứ không như chúng ta, "rụng" cọng nào là mất luôn vĩnh viễn.

Tóm lại, những nguy hại đến thế giới động vật dưới nước gồm những quả bom âm thanh như súng địa chấn (tạo âm trầm nhưng rất mạnh và đi xa), máy dò siêu âm sonar, và các máy khoan tạo tiếng ồn nền (có đủ mọi tần số và có ở khắp nơi, như tiếng ồn trong thành phố).

Còn những bản nhạc du dương mà con người thích thì e rằng hiếm con cá hay con thú biển nào có thể nghe rõ được!!!