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.