Định dạng âm thanh PCM là gì? Ứng dụng trên các thiết bị hiện nay

Tìm hiểu về âm thanh cũng như các công nghệ về âm thanh hiện nay chắc hẳn bạn đã từng nghe tới PCM Audio. Vậy âm thanh PCM là gì? Lịch sử hình thành phát triển và ứng dụng của chúng ra sao? Cùng Lạc Việt Audio tìm hiểu ngay trong bài viết này để được giải đáp.

Định dạng âm thanh PCM là gì?

PCM là viết tắt của “Pulse Code Modulation” (điều chế mã xung) trong lĩnh vực kỹ thuật âm thanh và điện tử. Định dạng âm thanh PCM thường được sử dụng để biểu diễn âm thanh dưới dạng số hóa, trong đó âm thanh được biến thành dãy các mẫu số (samples) dựa trên mức độ biên độ của sóng âm thanh tại các thời điểm cụ thể.

Âm thanh PCM là gì?

Tìm hiểu về công nghệ âm thanh PCM

Công nghệ âm thanh PCM thực chất là công nghệ điều chế mã xung, theo đó thì âm thanh analog sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số bằng cách lấy mẫu (sampling) âm thanh tại các điểm thời gian cố định trong khoảng thời gian nhất định. Mỗi mẫu sẽ được biểu diễn bằng một giá trị số, thường là số nguyên, biểu thị biên độ của âm thanh tại thời điểm mẫu đó.

Công nghệ này được sử dụng phổ biến trong các thiết bị như CD, DVD, Blu-ray và các ứng dụng lưu trữ, truyền tải âm thanh số. Trong đó điều chế mã xung tuyến tính LPCM được sử dụng phổ biến hơn và có một số thuộc tính cơ bản như tốc độ lấy mẫu, bitdepth.

Công nghệ âm thanh PCM thực chất là công nghệ điều chế mã xung

Ngõ ra âm thanh PCM là gì?

Ngõ ra âm thanh PCM là cổng hoặc giao diện mà tín hiệu âm thanh được truyền từ một thiết bị hoặc hệ thống dưới dạng tín hiệu PCM (Pulse Code Modulation). Các ngõ ra âm thanh PCM thường gặp như: S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface), AES/EBU (Audio Engineering Society/European Broadcasting Union), hoặc HDMI (High-Definition Multimedia Interface). Các tín hiệu được truyền qua các ngõ ra này được biểu diễn dưới dạng các mẫu số đại diện cho biên độ âm thanh tại các điểm thời gian cụ thể, theo chuẩn PCM.

Ngõ ra âm thanh PCM là cổng hoặc giao diện cho ra tín hiệu PCM

Lịch sử của công nghệ âm thanh PCM

Âm thanh PCM truy nguyên có từ những năm 1937 bởi kỹ sư Alec Reeves – người Anh. Vào những năm 1940 – 1950 chúng được ứng dụng trong ống mã hóa tia âm cực. Hệ thống sóng mang T cũng sử dụng công nghệ PCM để lấy mẫu ở tần số 8kHz và độ phân giải 8 bit.

Năm 1967 máy ghi PCM đầu tiên được phát triển tại Nhật Bản cho tới năm 1971 thì các kỹ sư của Denon đã phát triển thành công bản ghi âm kỹ thuật số thương mại đầu tiên. Tiếp nối sau đó thì các đĩa Compact CD dựa trên công nghệ PCM cũng được ra đời vào năm 1982 với tần số lấy mẫu 44kHz và độ phân giải 16bit.

Âm thanh PCM truy nguyên có từ những năm 1937

Cách điều chế âm thanh PCM

Theo wiki tiếng anh nói về cách điều chế âm thanh PCM ta có:

Trong biểu đồ, một sóng sine (đường cong màu đỏ) được lấy mẫu và số hóa cho PCM. Sóng sine được lấy mẫu tại các khoảng thời gian đều đặn, được thể hiện qua các đường thẳng dọc. Đối với mỗi mẫu, một trong các giá trị có sẵn (trên trục y) được chọn. Quá trình PCM thường được triển khai trên một vi mạch tích hợp duy nhất được gọi là bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC). Điều này tạo ra một biểu diễn hoàn toàn rời rạc của tín hiệu đầu vào (các điểm màu xanh) có thể dễ dàng được mã hóa thành dữ liệu kỹ thuật số để lưu trữ hoặc điều chỉnh.

Một số luồng PCM cũng có thể được nhiều hoá vào một luồng dữ liệu lớn hơn, thông thường để truyền nhiều luồng qua một liên kết vật lý duy nhất. Một kỹ thuật được gọi là phân đa thời gian (TDM) và được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong hệ thống điện thoại công cộng hiện đại.

Cách điều chế âm thanh PCM

Ứng dụng của âm thanh PCM là gì?

Định dạng âm thanh PCM được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực kể cả trong các thiết bị âm thanh mà chúng ta thường dùng:

• Lưu trữ âm thanh số: PCM là một phương pháp chính thức để lưu trữ âm thanh dưới dạng số trong các thiết bị điện tử như CD, DVD, Blu-ray, và các loại băng ghi âm số. Định dạng PCM đảm bảo chất lượng âm thanh cao và không bị mất mát so với các định dạng nén.
• Truyền tải âm thanh số: PCM được sử dụng để truyền tải âm thanh số qua các kênh truyền thông số như cáp quang, cáp đồng và kết nối không dây. Đây là một cách đảm bảo rằng tín hiệu âm thanh được truyền tải một cách chính xác và không bị biến đổi.
• Xử lý âm thanh số: PCM là một dạng biểu diễn tiêu chuẩn cho việc xử lý âm thanh trong các thiết bị số như máy ghi âm, bàn mixer, máy phát nhạc và các thiết bị xử lý âm thanh khác.
• Đồng bộ hóa âm thanh và hình ảnh: Trong các hệ thống video, PCM thường được sử dụng để đồng bộ hóa âm thanh với hình ảnh, đảm bảo rằng âm thanh phù hợp với hình ảnh một cách hoàn hảo.

Trong các hệ thống âm thanh hiện nay thì nghe về công nghệ âm thanh PCM phổ biến nhất là trên các dòng mixer, amply nghe nhạc, bộ giải mã DAC, Preamplifier.

Công nghệ âm thanh PCM được tích hợp trong khá nhiều thiết bị âm thanh hiện nay

Hạn chế của công nghệ âm thanh PCM

Bên cạnh những ưu điểm tuyệt vời thì công nghệ PCM Audio cũng tồn tại một số điểm hạn chế chẳng hạn như:

• Tín hiệu âm thanh PCM cần dung lượng lớn để lưu trữ so với các định dạng âm thanh nén như MP3 hoặc AAC. Điều này có thể làm tăng chi phí lưu trữ hoặc giới hạn khả năng lưu trữ.
• Khi truyền tải thì đòi hỏi băng thông phải đủ lớn.
• Với công nghệ PCM thì không dễ dàng để chia sẻ hoặc truyền tải qua lại.
• Âm thanh PCM cũng không thân thiện với lưu trữ, phát âm thanh trực tuyến.
• Trong một số ứng dụng yêu cầu xử lý âm thanh thời gian thực, việc sử dụng PCM có thể gây trễ do thời gian xử lý và truyền tải dữ liệu lớn.

Âm thanh PCM đòi hỏi không gian lưu trữ lớn, khó truyền tải, chia sẻ

Một số câu hỏi về âm thanh PCM

Dưới đây là một số câu hỏi thường gặp về công nghệ âm thanh PCM có thể bạn chưa biết.

Công nghệ âm thanh Linear PCM là gì?

Linear PCM là một định dạng âm thanh không nén phát triển dựa trên điều chế mã xung PCM, mặc dù PCM là công nghệ bao quát nhưng LPCM lại được sử dụng rộng rãi hơn. Dữ liệu âm thanh điều chế bằng mã xung tuyến tính thường có dung lượng khá lớn, để có thể phát chúng chuẩn xác thì cần sử dụng tới các dòng cáp như cáp đồng trục kỹ thuật số hoặc cáp quang có như vậy mới đảm bảo được âm thanh giống với bản thu gốc.

Linear PCM là công nghệ điều chế mã xung tuyến tính

PCM Audio có phải âm thanh chất lượng cao?

PCM chính là một định dạng âm thanh chất lượng cao đạt chuẩn phòng thu và ngày càng được nâng cao về tốc độ lấy mẫu cũng như độ phân giải. PCM thậm chí còn có chất lượng vượt trội hơn cả Dolby bởi Dolby là phiên bản đã bị nén và chúng bị mất dữ liệu ít nhiều.

Công nghệ âm thanh thay thế PCM

Mặc dù sử dụng định dạng âm thanh PCM mang lại nhiều lợi ích nhưng chúng cũng có hạn chế nhất định khi dùng trong hệ thống âm thanh gia đình hiện nay hoặc các hệ thống âm thanh chuyên nghiệp. Các định dạng đang dần thay thế PCM trong đó có Dolby Digital, TrueHD, DTS và DTS-HD.

Trên đây là bài viết giải đáp định dạng âm thanh PCM là gì? Ứng dụng cũng như các thuật ngữ liên quan. Mong rằng với những thông tin mà chúng tôi cung cấp sẽ giúp bạn hiểu hơn về công nghệ âm thanh này. Theo dõi chúng tôi để biết thêm thật nhiều thông tin bổ ích khác nữa nhé! Hẹn gặp các bạn trong những bài viết sau.

Duy Shinota

Với hơn 15 năm trong lĩnh vực âm thanh, tôi đã và đang setup rất nhiều hệ thống âm thanh khác nhau: Từ các dàn loa đám cưới đến các hệ thống âm thanh sân khấu lớn. Với kinh nghiệm và đam mê công việc của mình chắc chắn khi có nhu cầu liên hệ đến Lacvietaudio.com bạn sẽ nhận được những tư vấn chất lượng và hiệu quả nhất!