Công nghệ âm nhạc bao gồm tất cả các công cụ, thiết bị và phần mềm công nghệ được sử dụng để tạo, biểu diễn, ghi âm và phân phối âm nhạc. Nó đã phát triển đáng kể, từ các nhạc cụ cổ xưa đến nền tảng kỹ thuật số hiện đại, thay đổi cách chúng ta sản xuất và tiêu thụ âm nhạc.
Sự phát triển của công nghệ âm nhạc có thể bắt nguồn từ những nhạc cụ đầu tiên như sáo làm từ xương chim và trống từ da động vật. Thế kỷ 18 và 19 đã giới thiệu những phát minh cơ khí như máy đếm nhịp, giúp các nhạc sĩ giữ nhịp độ ổn định. Thế kỷ 20 chứng kiến một cuộc cách mạng với việc phát minh ra máy quay đĩa, radio, guitar điện, máy tổng hợp và sự phát triển của sản xuất âm nhạc dựa trên máy tính.
Hiểu biết về công nghệ âm nhạc đòi hỏi kiến thức cơ bản về âm thanh. Âm thanh là sóng truyền trong không khí, nước hoặc chất rắn và có thể được đặc trưng bởi bước sóng ( \(\lambda\) ), tần số ( \(f\) ), biên độ và vận tốc ( \(v\) ). Cao độ của âm thanh được xác định bởi tần số của nó, được đo bằng Hertz (Hz) và độ to của nó liên quan đến biên độ. Vận tốc âm thanh trong không khí ở nhiệt độ phòng là khoảng 343 mét mỗi giây (m/s).
Phương trình cho tốc độ âm thanh là \(v = \lambda \times f\) , trong đó \(v\) là vận tốc, \(\lambda\) là bước sóng và \(f\) là tần số.
Âm nhạc điện tử sử dụng nhạc cụ điện tử và kỹ thuật sản xuất âm nhạc dựa trên công nghệ. Bộ tổng hợp rất cần thiết trong âm nhạc điện tử, có khả năng tạo ra nhiều loại âm thanh bằng cách điều khiển dạng sóng, tần số, biên độ và âm sắc.
Một ví dụ đơn giản là sóng hình sin, được biểu thị bằng \(y(t) = A \sin(2\pi ft + \phi)\) , trong đó \(A\) là biên độ, \(f\) là tần số, \(t\) là thời gian và \(\phi\) là góc pha. Bằng cách thay đổi các tham số này, bộ tổng hợp có thể tạo ra các âm khác nhau.
Quá trình ghi âm bao gồm việc thu sóng âm thanh qua micrô, chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện và sau đó lưu trữ tín hiệu này trong môi trường. Sản xuất âm nhạc hiện đại sử dụng Máy trạm âm thanh kỹ thuật số (DAW), là nền tảng phần mềm để ghi, chỉnh sửa, trộn và làm chủ các bản nhạc.
DAW sử dụng thuật toán xử lý tín hiệu số (DSP) để xử lý âm thanh. Ví dụ: bộ chỉnh âm điều chỉnh sự cân bằng tần số, bộ nén điều khiển dải động và hồi âm mô phỏng môi trường âm thanh.
Giao diện kỹ thuật số nhạc cụ (MIDI) là tiêu chuẩn kỹ thuật mô tả giao thức, giao diện kỹ thuật số và đầu nối để kết nối nhạc cụ điện tử, máy tính và các thiết bị âm thanh khác để phát, chỉnh sửa và ghi âm nhạc. Thông báo MIDI chứa thông tin về nốt nhạc (chẳng hạn như cao độ và thời lượng của nốt nhạc), nhưng không chứa chính âm thanh, cho phép điều khiển linh hoạt các nhạc cụ kỹ thuật số.
Một ví dụ về cấu trúc thông báo MIDI cho sự kiện ghi chú (báo hiệu sự bắt đầu của một nốt đang được phát) có thể được biểu thị dưới dạng \[ [Trạng thái, Ghi chú\ Số, Vận tốc] \], trong đó byte Trạng thái xác định loại thông báo , Số nốt chỉ định cao độ và Vận tốc cường độ của nốt.
Internet đã thay đổi đáng kể cách chúng ta truy cập và phân phối âm nhạc. Các dịch vụ truyền phát nhạc như Spotify, Apple Music và SoundCloud sử dụng thuật toán nén để giảm kích thước tệp âm thanh kỹ thuật số, giúp truyền phát nhạc chất lượng cao qua internet một cách hiệu quả. Định dạng nén âm thanh phổ biến nhất là MP3, sử dụng mô hình mã hóa cảm nhận và âm thanh tâm lý để loại bỏ các thành phần không nghe được của âm thanh, giảm đáng kể kích thước tệp mà không ảnh hưởng rõ rệt đến chất lượng cảm nhận.
Thuật toán nén MP3 gần đúng với phép biến đổi Fourier để chuyển đổi sóng âm thanh từ miền thời gian sang miền tần số, sau đó loại bỏ có chọn lọc các tần số dựa trên mặt nạ thính giác. Biểu thức cơ bản cho phép biến đổi Fourier là \(X(\omega) = \int_{-\infty}^{\infty} x(t)e^{-j\omega t} dt\) , trong đó \(x(t)\) là tín hiệu miền thời gian và \(X(\omega)\) là biểu diễn miền tần số.
Những tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy đang định hình tương lai của công nghệ âm nhạc. Các thuật toán AI giờ đây có thể soạn nhạc, tạo ra âm thanh nhạc cụ chân thực và thậm chí biểu diễn âm nhạc theo phong cách của các nhà soạn nhạc hoặc thể loại cụ thể. Thực tế ảo (VR) và Thực tế tăng cường (AR) cũng đang giới thiệu những cách mới để trải nghiệm và tương tác với âm nhạc.
Tác động của công nghệ đến âm nhạc là sâu sắc và không ngừng phát triển, không chỉ định hình cách sản xuất và tiêu thụ âm nhạc mà còn ảnh hưởng đến sự sáng tạo và đổi mới trong âm nhạc.
