חדשות במביט

המדריך לאודיו ממקורות דיגיטליים - פרק א

קצבים ורזולוציות של קבצי אודיו

מאת: ראובן דה מאיו

מה דעתכם להאזין בסלון ביתכם או בכל חדר אחר באיכויות צליל של אולם קונצרטים? זה אפשרי ובעלויות לא גבוהות באופן יחסי.

ישנן היום דרכים פשוטות להעצים באופן ניכר את חווית האזנה למוזיקה באמצעות שימוש במחשב ביתי על ידי הוספת חומרה ייעודית. הכוונה שלי היא "לארח" בחלל החדר את הלהקה או הזמר/ת האהוב/ה עליכם ולהאזין כפי שהוקלט באולפן. כלומר היכולת לקבל הפרדת צלילים של כלי הנגינה והזמר ו-"למקם" אותם במקומות הנכונים במרחב בו אתם שוהים.

ייתכן והמצב שתיארתי נשמע לכם דמיוני, אבל כמעט ובטוח תכשלו אם תנסו להשיג אותו באמצעות נגן תקליטורים ביתי (נגן CD’s ), מאחר והגבילו את בלוק הנתונים שלו ל- 16 ביט בלבד ותדר דגימה של 44.1 Khz , לא להיבהל, בהמשך נסביר מהם המספרים הללו. זהו תקן שנקרא Red Book – Audio CD Standard ושוחרר לראשונה ב- 1980 ע"י פיליפס וסוני.

משלהי המאה ה- 20 עובר העולם שלנו תהליך "דיגיטליזציה", אבל למרות זאת האוזן האנושית ממשיכה להתעקש ולהאזין באופן אנלוגי ע"י זרימה הלוך ושוב של חלקיקי האוויר. מכאן שאחד המרכיבים בעלי השפעה הקריטית ביותר על איכות הצליל, הוא הממיר מאנלוגי לדיגיטלי (A/D ) וממיר אחר שתפקידו לשחזר חזרה את אות  הצליל למצב אנלוגי (D/A) , ולו אנו זקוקים בבתינו.

באולפן הקלטות אנו ממירים את האותות האנלוגיים שיוצאים מהמיקרופון לאותות דיגיטלים ושומרים את בלוק הנתונים שנוצר (קובץ) במאגר אכסנה, יהיה זה דיסק קשיח או שרתים ייעודים וכו׳.

באולפן מתבצעת המרה מדויקת ואיכותית מאוד באמצעות  "מילה דיגיטלית" שמורכבת מ- 24 ביטים, בתדרי דגימה של 88.2Khz, 48Khz או 96Khz.

האינטרנט מציע היום אתרים שונים בהם ניתן לרכוש מבחר עצום של מקורות מוקלטים ברזולוציות גבוהות הכולל גם תדרי דגימה של 192Khz או לחילופין DSD(64)  בעל תדירות דגימה של 2,822,400Hz

לגבי המקורות נרחיב בפעם אחרת. 

תדר דגימה ו –“Bit Depht

תדר הדגימה הוא למעשה מספר הפעמים בשנייה שאנו דוגמים אות אנלוגי. כלומר,  בכל דגימה אנו מבצעים מדידה של רמת האות מאחר ובכל רגע נתון העוצמה שלו משתנה והערך הנמדד אנו מייצגים באמצעות מספר ביטים.

בכדי לחדד את הנושא ראו זאת כמו גל בים שבכל רגע נתון המפלס שלו משתנה.
                       

בכדי להבין תחשבו לרגע על צילום כדוגמא. אם תגדירו את המצלמה כדי לצלם את השמיים פעם בשעה, יש להניח שתפספסו תופעות טבע משתנות. לעומת זאת אם תצלמו פעם בשנייה תוכלו לראות הרבה יותר פרטים (למשל שמש מציצה מבעד לעננים או גשם שמתחיל לרדת). בקומפקט דיסק ביתי החליטו עפ"י התקן שציינו קודם ש "מצלמים" את כניסת האודיו 44100 פעמים בשנייה ומכאן נובע תדר הדגימה של 44.1Khz .

הדגימה מיוצגת ע"י  "מילה" דיגיטלית שיכולה להיות באורך של 4 ביטים או יותר. בדוגמת הצילום אם נייצג באמצעות 4 ביטים נקבל 16 צבעים שונים ( 2 בחזקת 4 ) וזו הגדרה עבור "Bit Depht " של 4 ביטים. 16 צבעים בעולם שלנו לא יכולים לתאר את כל הגוונים, לעומת זאת אם נייצג את הצילום  באמצאות 16 ביטים נקבל 65536 צבעים (2 בחזקת 16 ), ובאמצעות 24 ביטים נקבל מיליוני צבעים נוספים. זה כבר הבדל מטורף!!

אותה אנלוגיה בדיוק מופעלת על האודיו שלנו, במידה ונייצג את האות האנלוגי באמצעות 24 ביטים בזמן הדגימה נוכל לחלק את ה- "עוצמה" של הצליל שאנו שומעים(רמה של האות האנלוגי) לרמות מאוד קטנות ולקבל יכולת הבחנה של 16,777,216(224) מפלסים קטנים.
כלומר המפלס הראשון יהיה בעל עוצמה של 1/16,777,216   מסיגנל האודיו בעל העוצמה החזקה ביותר בהקלטה.
אנו רואים שמבחינה מספרית שע"י ייצוג באמצעות 24 ביט ניתן לזהות(לפענח) צליל שהוא קטן פי 256 בעוצמתו בהשוואה לייצוג של אותו צליל ע"י 16 ביט (שקומפקט דיסק ביתי מכיל). מכאן נגזר גם תחום דינמי גבוה יותר של מערכת שעובדת ב-24 ביט אשר מתבטא מספרית 65,536x256=16,777,216  כלומר גבוה יותר פי 256 בהשוואה לייצוג ע"י 16 ביט.
רוחב הפס של המערכת נקבע כפונקציה של תדר הדגימה ומספר הביטים המיוצג בכל דגימה והמכפלה שלהם תיתן לנו את קצב זרימת הנתונים במערכת לערוץ בודד,אשר נקראBit Rate.
עכשיו בוא ונשליך את כל ההסבר הזה להקלטה של אחד הסימפוניות או אם תרצו גם ג'אז לדוגמא. בזמנים הרגועים של ההקלטה משתלבים כלי נגינה מרוחקים כקרובים המפיקים צלילים בעוצמות מאוד נמוכות והצליל של כל כלי נגינה מורכב מהרמוניות רבות שהם מכפלות של התדר המרכזי שלו. לצורך הדוגמא בוא וניקח כינור המפיק צליל קבוע(תדר מרכזי) לרגע מסוים, ונניח שאותו כינור הצליח לייצר צליל בתדירות של 1Khz בעוצמה מסוימת, צליל זה יכיל גם רכיב ב- תדירות של 2Khz אך הפעם בעוצמה נמוכה יותר כמו כן יופיע גם רכיב ב- 3Khz וכן הלאה וכל מכפלה תהיה בעל עוצמה נמוכה מקודמתה .
אז אתם זוכרים כמה "מפלסים" יש ב-24 ביט ?
גובה המפלס הראשון ב-24 ביט הוא ברמה שאוזן אנושית אינה מסוגלת לשמוע .כל הצלילים השקטים  וההרמוניות של אותו כינור שדיברנו עליו יהיו  ברמה  גבוהה מגובה המפלס הראשון (גבוה מ- 1/16,777,216מאות האודיו המקסימלי) ולכן ממיר ב- 24 ביט יוכל לדגום ולפענח אנרגיה קטנה מאוד.
מצד שני יתכנו מצבים במערכת של 16 ביט שכל אותם צלילים שקטים כולל ההרמוניות שלהם,  יהיו בעוצמות הנמוכות מגובה ה- "מפלס" הראשון (1/216=1/65,536 מאות האודיו המקסימלי). גובה המפלס הראשון ב-16 ביט גבוה פי 256 בהשוואה לגובה המפלס הראשון ב-  24 ביט ולכן מערכת  16 ביט לא תהיה מסוגלת לדגום את כל הצלילים וההרמוניות בעלות אנרגיה כל כך קטנה והם פשוט "יעלמו" ולכן לא נוכל לשחזר ולשמוע אותם .
נסכם זאת כך, מערכת של 24 ביט יודעת לשחזר את המקור באופן מדויק יותר ותהנו מחוויה מוזיקלית עשירה יותר ועומק צלילים המדמה תחושה מרחבית.
לגבי סוגי הממירים, מבנה בסיסי ותפקוד נסביר בפעם הבאה.                      

הישארו בעניינים

הרשמו לניוזלטר שלנו ואנחנו נעדכן אתכם במוצרים חדשים ומלהיבים, מדריכים וכתבות מתחום האודיו ומבצעים שלא כדאי לכם לפספס.

תגובות

אלון

נהנתי סוף סוף הסבר שכל השאר יכולים להבין

2015-12-30 בשעה 21:33

הוסף תגובה