مفاهيم پايه صداي ديجيتال(1)
جزئيات مربوط به ساختار شنوايي ما، باعث مي شوند تا محاسبه بلندي نسبي صدا نيز همانند گام موسيقي، پيچيده باشد. عبارت هاي دامنه (amplitude) و بلندي (loudeness)، غالباً بجاي يکديگر مورد استفاده قرار مي گيرند اما عليرغم وجود ارتباط ميان آن ها، به هيچ وجه يکسان نيستند.
دامنه، يک سنجش نسبي از خصوصيات فيزيکي صدا (جابه جايي نسبي فشار هوا) و قدرت نسبي سيگنال هاي صوتي (ديجيتال و آنالوگ) است. از سوي ديگر، بلندي صدا يک عبارت ذهني است که به دريافت شنونده بستگي دارد. در واقع اين عبارت بيان مي کند که براساس قابليت هاي فيزيکي گوش شما و شيوه پردازش صدا توسط مغزتان، چه صدايي براي شما بلند خواهد بود.
گوش انسان قادر است مجموعه شگفت انگيزي از دامنه ها را تشخيص دهد که در علم صدا، بعنوان سطوح فشار صوتي اندازه گيري مي شوند. اگر ما اين اعداد را مستقيماً اندازه گيري کنيم، قطعاً با اعداد نه چندان راحتي سر و کار خواهيم داشت: حيطه توانايي گوش انسان، نسبتي نزديک به ده تريليون به يک است. به استثناء مواردي که شما شديداً به اعدادي با صفرهاي فراوان علاقه داشته باشيد، مطمئناً تمايل راحت تري را براي برچسب گذاري ولوم صدا بکار ببريد.
واحد اصلي اين نوع اندازه گيري ها، بل (Bell به ياد الکساندر گراهام بل) ناميده مي شود. حتي استفاده از اين عدد نيز براي صدا بسيار بزرگ به نظر مي رسد و به همين دليل، مهندسين تصميم گرفتند تا يک صفر ديگر را حذف کرده و واحد دسي بل(dB معادل يک دهم بل) را مورد استفاده قرار دهند.
شما احتمالاً از قبل با مقياس ديگري که بصورت لگاريتمي استخراج شده است، آشنايي داريد: مقياس ريشتر (Richter) که براي اندازه گيري شدت زمين لرزه ها مورد استفاده قرار مي گيرد. دسي بل نيز همانند مقياس ريشتر، يک سنجش عمومي براي نسبت است. از آنجاييکه ما بجاي کميت هاي ساده (نظير اينچ يا کيلوگرم) نسبت ها را اندازه گيري مي کنيم، پرسش اصلي اين خواهد بود که نسبت اندازه گيري شده به کدام واحد مربوط مي شود و نسبت به چه چيزي؟ بدون يک نقطه مرجع، مقياس مورد استفاده ما هيچ مفهومي نخواهد داشت.
نقطه نسبي که مقياس دسي بل بر حسب آن اندازه گيري مي شود، يک نقطه قراردادي (دلخواه) است که تحت عنوان dB 0 شناخته مي شود. وقتي مي گوييم اندازه يک صدا dB0 است، الزاماً در مورد دامنه صفر صحبت نمي کنيم.
مقياس دسي بل (SPL) سطح فشار صوتي را نسبت به شنوايي انسان مي سنجد. اين مقياس، صفر را بعنوان پايين ترين سطح فشار صوتي در نظر مي گيرد که در آن، اکثر انسان ها قادر به شنيدن يک صدا هستند. اين موضوع نيز نسبي است، بنابراين اگر شما گوش هايي با حساسيت ويژه داشته باشيد، ممکن است صداهايي را بشنويد که بايد اندکي پايين تر ازdB0 اندازه گيري شوند. براي قدرت سيگنال الکتريکي، تنوعي از واحدها براي اندازه گيري قدرت شامل (واحد هايي نظير dBm که در آن m بيانگر ميلي وات است) يا سطح نسبي ولتاژ (واحدهايي نظيرdBu و dBV)مورد استفاده قرار مي گيرند. خبر خوب اين است که شما احتمالاً نياز نخواهيد داشت تا تفاوت ميان dBm و dBu را بدانيد. اين حروف در مضاميني نظير مشخصات فني تجهيزات صوتي به انتهاي اين واحدها اضافه مي شوند تا مهندسين از سطح مرجع تجهيزات مورد نظر، آگاه شوند.
نسبت هاي دسي بل، رابطه اندکي با نحوه دريافت مقادير قابل توجه تغييرات توسط ما دارند. يک افزايش 3 دسي بلي، فشار صوتي نسبي و يا سطح قدرت يک صدا را دو برابر مي نمايد و يک کاهش 3 سي دبلي، آن را نصف مي کند. با اين حال، تغيير دريافت (درک) شده در بلندي صدا، کاملاً ظريف خواهد بود. يک تغيير يا دو دسي بلي، غالباً غير قابل تشخيص است. براي آنکه صدا دو برابر بلندتر به نظر برسد، غالباً لازم است که سطح ولوم آن بين 20 تا 30 دسي بل افزايش يابد.
تمام فرکانس ها بصورت يکسان ايجاد نمي شوند. هرچه صداها به سمت مرکز طيف گام (Pich) و يا بعبارت ديگر به دامنه فرکانس گفتاري نزديکتر مي شوند، گوش هاي ما نيز بالاترين حساسيت را نسبت به آنها پيدا مي کنند. از سوي ديگر، حساسيت گوش هاي ما نسبت به فرکانس هاي پايينتر و بالاتر اين طيف کمتر است. به همين دليل است که تنظيم بلندي صدا بر روي بسياري از دستگاه هاي استريوي خانگي و يا ابزارهاي صوتي/ تصويري، باعث تقويت صداهاي بم (Bass) و صداهاي زير (Treble) نشده و طيف مياني را بدون تغيير باقي مي گذارد. با تقويت Bass و Treble، يک منحني بلندي، وضعيت معکوس شنوايي شما را پيدا مي کند که به فرکانس هاي مياني حساس تر است. به اين ترتيب، فرکانس هايي که شما براي شنيدن آنها در ولوم هاي پايين شنيداري با بيشترين مشکل مواجه هستيد، تقويت مي شوند. جلوه نهايي، کامل تر و زنده تر به نظر مي رسد، حتي با وجود آنکه ولوم کل صدا به همان اندازه که شما تصور مي کنيد افزايش نيافته است.
مسئله مهم، تغيير ولومي است که هنگام اعمال تغيير در سطح دسي بل احساس (دريافت) مي کنيد. بنابراين، آيا بايد يک ماشين حساب مهندسي را در دست گرفته و شروع به استخراج لگاريتم ها نماييد؟ البته که نه. دسي بل ابداع شده است تا شما را از اين مشکل خلاص نمايد. شما بايد يک درک حسي را در مورد نحوه تنظيم صدا در يک دامنه فرکانسي معين توسط يک تغيير معين، براي خود ايجاد کنيد.
طنين يک صدا، کاملاً به فرکانس هاي اجزاء درون صوت و مقدار انرژي هر يک از فرکانس ها بستگي دارد اجزاء مختلف معمولاً داراي طول عمر متفاوتي نيز خواهند بود و به همين دليل، بخشي از چيزي که بصورت طنين مي شنويم، نحوه تعيين اين مضامين فرکانس در طول زمان است. انرژي اين اجزاء متفاوت در طول زمان، همان چيزي است که به ما اجازه مي دهد تفاوت ميان صداي يک شيپور و يک گيتار الکتريکي را تشخيص دهيم.
اين تصوير کلي از مضمون صدا، عموماً با نام طيف صدا يا توزيع انرژي بر روي دامنه فرکانس هاي قابل استماع، شناخته مي شود. با افزايش انرژي به صداهاي فرعي يک صدا، شکل موجي بدست آمده (زماني که آن را بر روي يک اسيلوسکوپ يا در يک برنامه نرم افزاري مشاهده مي کنيد)تغيير مي کند. يک موج سينوسي ساده، داراي صعودها و نزول هاي ثابت و تکراري در فشار هوا است که يک فرکانس واحد بدون صداي فرعي را بوجود مي آورند. هنگامي که هارمونيک هاي بالاي اين صداي خالص را به آن اضافه مي کنيد، شکل موج آن پيچيده تر مي شود (شکل [1]). هنگامي که صداهاي فرعي غير هارمونيک به صدا اضافه مي شوند، حالت تناوبي موج ناپديد شده و احساس يگ گام شنيداري واضح و تعريف شده نيز تدريجاً کاهش مي يابد.
هر چه مضمون غير هارمونيک افزايش يابد، گام صدا نيز تعريف نشده تر به نظر مي رسد.
زمان: بدون زمان، شما نمي توانيد گام (بخاطر آنکه فرکانس صرفا نوسان هاي تکرار شونده بر روي زمان است) و يا موسيقي (که اين مورد نيز در زمان وجود دارد) داشته باشيد.
دامنه / انحراف نسبي فشار هوا: دامنه براي تعيين قدرت مواد صوتي و بلندي احساس شده، حياتي است.
اجزاء و مضمون فرکانس: ما قدرت اجزاء مختلف صدا در طول زمان را بصورت طنين آن صدا مي شنويم.
نرم افزار صداي ديجيتال غالباً دو عنصر اول را بر روي صفحه نمايش، ارايه مي کنند. شکل [2]، يک نماي شکل موج نمونه را در يک نرم افزار صوتي نشان مي دهد که يک بازنمايي از قدرت سيگنال يا فشار هوا را بر روي محور y و زمان را بر روي محور x نمايش مي دهد.
ارتفاع شکل موج بر روي محور y مي تواند (تقريبا) مشابه تغييرات فشار هواي صداي واقعي باشد. همانطور که قبلاًٌ نيز مشاهده کرده ايد، هر انحراف به سمت بالا يا پايين خط مرکزي، دامنه را نشان مي دهد، هر چند نمايش گر، قدرت سيگنال ديجيتال ضبط شده را نشان مي دهد، هر چند برچسب هاي محورy غالباً نامفهوم هستند و صرفاً بصورت 1- تا صفر تا 1 و يا 100-% تا100% نشان گذاري شده اند (نه يک نماد خاصي نظير دسي بل). اگر اين محور بر حسب دسي بل نشان گذاري شده باشند، ممکن است چيزي مثل صفر دسي بل بعنوان حداکثر و يک مقدار منفي نظير 96/3- را مشاهده کنيد که دامنه ديناميک نرم افزار صوتي ديجيتال را نشان مي دهد.
بعضي از برنامه ها، نشانه گذاري محور y را بصورت اعداد ساده دقيق (نظير 32628 - تا 32627) انجام مي دهند، اما از آنجايي که درک اين نوع داده ها دشوارتر است، کمتر از اين شيوه استفاده مي شود.
هنگامي که بزرگنمايي نمايشگر کاهش مي يابد تا نمايي از يک بخش طولاني تر از صدا را در اختيار شما قرار دهد، نوسان هاي جداگانه شکل موج نخواهيد ديد، اما پروفايل دامنه کلي در طول زمان همچنان قابل مشاهده خواهيد بود. شما مي توانيد محل آغاز و اتمام کلمات در يک ترانه و يا مکالمه ضبط محل کوبيده شدن طبل و امثالهم را ببينيد. شکل [3]، يک تصوير نمونه از Sony ACID Pro را با نمايي از چيدمان يک ترانه را نشان مي دهد.
نمايش فشار هوا و زمان در يک نماي ابتدايي از شکل موج، تنها شيوه ممکن براي نمايش صدا به حساب نمي آيد. بسياري از برنامه ها به شما امکان مي دهند تا طيف فرکانس صدا را مشاهده نماييد. اين ويژگي براي مشاهده خصوصيات طنيني صدايي که در حال ويرايش آن هستيد و همچنين تنظيم دقيق پارامترهاي جلوه ها و تغييرات بر حسب هرتز، مفيد است(شکل [4]).
بسياري از نرم افزار هاي کاربردي و Plug - in نيز مي توانيد بجاي نماي معمولي " دامنه در مقابل زمان"، مضمون هارمونيک را در طول زمان نمايش دهند. اين وضعيت مي تواند براي درک بهتر مضمون صدا مفيد بوده و بعنوان ابزاري براي ويرايش و فيلترگذاري صدا مورد استفاده قرار گيرد. در Audacity شما مي توانيد نماي صداي خود را از يک نمودار دامنه که Audacity آن را بطور ساده "نماي شکل موج (Windows WAV)خود مي نامد، به يک نماي "طيفي" (Spectrum view) سوييچ نماييد که اطلاعات فرکانس را بر روي محور y و دامنه را بصورت تاريکي يا روشنايي نشان مي دهد. براي تغيير نما، بر روي فلش رو به پايين در کنار نام شکل موج کليک کرده وSpectrum را انتخاب نماييد. (شکل [4]).
Adobe Audition به شما اجازه مي دهد تا براي فيلتر گذاري يک صدا، بر روي نماي شکل موجي آن نقاشي کنيد.
فناوري ابتدايي مبدل صوتي، نظير صدانگار اديسون (1877)، انرژي صدا را به انرژي مکانيکي تبديل مي کرد. اين ابزارها، لرزش هاي هوا را مستقيماً به شيارهايي بر روي استوانه اي که با يک ورقه فلزي پوشانده شده بود، تبديل مي کردند. قرار دادن يک سوزن در شيار ايجاد شده بر روي استوانه و اتصال آن به يک شيپور "بلندگو شکل"، مسير تبديل انرژي را معکوس نموده و شيارها را مجدداً به صدا ترجمه مي کرد.
امروزه، متداول ترين مبدل هاي صوتي يعني ميکروفن ها، هدفون ها و بلندگو ها، تبديل به صدا به انرژي الکتريکي (و بالعکس) را بر عهده دارند. بجاي کار با لرزش هاي صدا براي برش مستقيم شيارها در يک رسانه ذخيره سازي (به همان صورتي که اديسون انجام مي داد)، لرزش ها توسط ابزارهاي واسطه اي نظير سيم پيچ هاي مغناطيسي متحرک به سيگنال هاي الکتريکي تبديل مي شوند. پس از آنکه سيگنال به شکل الکتريکي درآمد، مي تواند براي پردازش مستقيم الکتريکي در سخت افزار صوتي مورد استفاده قرار گيرد، مي تواند بطور مغناطيسي ذخيره سازي گردد (از طريق ذرات فلزي مغناطيسي شده بر روي نوار صوتي) و نهايتاً از طريق مدارات تخصصي مي تواند به داده هاي رقمي تبديل گردد که بصورت ديجيتالي به کامپيوترها و ساير ابزارهاي ديجيتال منتقل خواهند شد.
در مسير معکوس، سيگنال هاي الکتريکي مي توانند بصورت مکانيکي به لرزش هاي آکوستيکي (شنيداري) تبديل شوند. براي مثال، يک ولتاژ الکتريکي تقويت شده، مخروط يک بلندگو را به لرزش درآورده و صدا توليد مي کند.
سيگنال هاي صوتي ديجيتال، توسط ابزارهاي متنوعي نظير موارد زير بکار گرفته مي شوند:
ـ ميکروفن ها و بلندگو ها (شامل انواع مورد استفاده با مبدل هاي ديجيتال. يک ميکروفن يا بلندگو اساساً يک ابزار آنالوگ است.)
ـ اتصالات صوتي استاندارد شامل فيش هاي هدفون، اتصال هاي RCA Phono بر روي يک استريو و کانکتورهاي TRS يک چهارم اينچي.
ـ آلات موسيقي آنالوگ نظير سينتسايزرهاي آنالوگ و گيتارهاي الکتريکي (و آمپلي فايرهاي آن ها).
ـ پردازنده هاي صوتي آنالوگ، شامل واحدهاي جلوه هاي آنالوگ و Spring Reverb
ـ تجهيزات ضبط آنالوگ نظير دک هاي کاست و نوارهاي ريلي
ثانياً، شما شيوه هاي محدودي را براي پردازش سيگنال هاي آنالوگ در اختيار داريد. شما نمي توانيد از قابليت هاي فراوان ريز پردازنده هاي داخل کامپيوترخود و يا ساير سخت افزارها بهره گيري نماييد. از آنجايي که کاميپوترها اساساً ماشين هاي محاسباتي بسيار پيشرفته اي هستند، تا زماني که سيگنال هاي صوتي آنالوگ را به اعداد تبديل نکرده باشيد نمي توانيد از کاميپوترها براي کار با صدا استفاده نماييد. راه حل تمام اين مشکلات، استفاده از يک رشته از اعداد براي بيان سيگنال آنالوگ بجاي استفاده مستقيم از همان سيگنال آنالوگ است.
هر سيستم صوتي که براي ذخيره سازي، پردازش و انتقال داده ها از اعداد استفاده مي کند، ديجيتال ناميده مي شود. عبارت ديجيتال به انگشتان (Digits) اشاره دارد زيرا ساده ترين راه براي تبديل يک پديده مشاهده شده به مقادير عددي، شمارش با استفاده از انگشتان دست است. تجهيزات ديجيتال براي تبديل دامنه پيوسته ولتاژ آنالوگ به يک قالب عددي، از ابزاري با نام مبدلA/D (آنالوگ به ديجيتال) استفاده مي کنند.
اين مبدل براي ايجاد مقادير عددي جداگانه، سطح ولتاژ را در فواصل زماني معيني اندازه گيري مي کند. اين فرآيند تحت عنوان نمونه برداري (Sampling) شناخته مي شود(شکل [6]).
در غير اينصورت، نمي توانيم هدفون ها و يا بلندگوها را وادار به تبديل کردن آن به صداي واقعي نماييم. يک مبدل D/A (ديجيتال به آنالوگ) که گاهي اوقات تحت عنوان DAC شناخته مي شود، درست عکس فرآيندي را انجام مي دهد که توسط مبدل A/D، صورت مي گيرد. مبدل D/A، داده هاي ديجيتال را به ولتاژ آنالوگ پيوسته تبديل مي نمايد.
ابزارهايي بعنوان ابزارهاي ديجيتال در نظر گرفته مي شوند که داراي قابليت تبديلA/D و D/A باشند و يا مستقيماً با صداي ديجيتال کار کند. اين ابزارها عبارتند از:
ـ اينترفيس هاي صوتي کامپيوتري نظير مبدل هاي مستقل (Stand - alone)
ـ جلوه هاي ديجيتال، نظير واحدهاي Digital Reverb، پردازنده هاي چند جلوه اي (Multi - Effect)، شبيه سازهاي Guitar AMP و بسياري موارد ديگر.
ـ آلات موسيقي ديجيتال که تقريباً تمام سينسايزرهاي مبتني بر MIDI، گيتارهاي جديد با قابليت هاي ديجيتال Onboard و ساير ابزارهايي که براي ارتباط با يک کامپيوتر طراحي شده اند را در بر مي گيرند.
ـ اتصالات ديجيتال نظير ارتباط صداي ديجيتال که از يک DVD - Player به يک گيرنده صداي فراگير (Surround) متصل مي شود.
منبع: بزرگراه رايانه - شماره 138.
دامنه، يک سنجش نسبي از خصوصيات فيزيکي صدا (جابه جايي نسبي فشار هوا) و قدرت نسبي سيگنال هاي صوتي (ديجيتال و آنالوگ) است. از سوي ديگر، بلندي صدا يک عبارت ذهني است که به دريافت شنونده بستگي دارد. در واقع اين عبارت بيان مي کند که براساس قابليت هاي فيزيکي گوش شما و شيوه پردازش صدا توسط مغزتان، چه صدايي براي شما بلند خواهد بود.
گوش انسان قادر است مجموعه شگفت انگيزي از دامنه ها را تشخيص دهد که در علم صدا، بعنوان سطوح فشار صوتي اندازه گيري مي شوند. اگر ما اين اعداد را مستقيماً اندازه گيري کنيم، قطعاً با اعداد نه چندان راحتي سر و کار خواهيم داشت: حيطه توانايي گوش انسان، نسبتي نزديک به ده تريليون به يک است. به استثناء مواردي که شما شديداً به اعدادي با صفرهاي فراوان علاقه داشته باشيد، مطمئناً تمايل راحت تري را براي برچسب گذاري ولوم صدا بکار ببريد.
نقطه مرجع
واحد اصلي اين نوع اندازه گيري ها، بل (Bell به ياد الکساندر گراهام بل) ناميده مي شود. حتي استفاده از اين عدد نيز براي صدا بسيار بزرگ به نظر مي رسد و به همين دليل، مهندسين تصميم گرفتند تا يک صفر ديگر را حذف کرده و واحد دسي بل(dB معادل يک دهم بل) را مورد استفاده قرار دهند.
شما احتمالاً از قبل با مقياس ديگري که بصورت لگاريتمي استخراج شده است، آشنايي داريد: مقياس ريشتر (Richter) که براي اندازه گيري شدت زمين لرزه ها مورد استفاده قرار مي گيرد. دسي بل نيز همانند مقياس ريشتر، يک سنجش عمومي براي نسبت است. از آنجاييکه ما بجاي کميت هاي ساده (نظير اينچ يا کيلوگرم) نسبت ها را اندازه گيري مي کنيم، پرسش اصلي اين خواهد بود که نسبت اندازه گيري شده به کدام واحد مربوط مي شود و نسبت به چه چيزي؟ بدون يک نقطه مرجع، مقياس مورد استفاده ما هيچ مفهومي نخواهد داشت.
نقطه نسبي که مقياس دسي بل بر حسب آن اندازه گيري مي شود، يک نقطه قراردادي (دلخواه) است که تحت عنوان dB 0 شناخته مي شود. وقتي مي گوييم اندازه يک صدا dB0 است، الزاماً در مورد دامنه صفر صحبت نمي کنيم.
انواع کاربردها
مقياس دسي بل (SPL) سطح فشار صوتي را نسبت به شنوايي انسان مي سنجد. اين مقياس، صفر را بعنوان پايين ترين سطح فشار صوتي در نظر مي گيرد که در آن، اکثر انسان ها قادر به شنيدن يک صدا هستند. اين موضوع نيز نسبي است، بنابراين اگر شما گوش هايي با حساسيت ويژه داشته باشيد، ممکن است صداهايي را بشنويد که بايد اندکي پايين تر ازdB0 اندازه گيري شوند. براي قدرت سيگنال الکتريکي، تنوعي از واحدها براي اندازه گيري قدرت شامل (واحد هايي نظير dBm که در آن m بيانگر ميلي وات است) يا سطح نسبي ولتاژ (واحدهايي نظيرdBu و dBV)مورد استفاده قرار مي گيرند. خبر خوب اين است که شما احتمالاً نياز نخواهيد داشت تا تفاوت ميان dBm و dBu را بدانيد. اين حروف در مضاميني نظير مشخصات فني تجهيزات صوتي به انتهاي اين واحدها اضافه مي شوند تا مهندسين از سطح مرجع تجهيزات مورد نظر، آگاه شوند.
مفهوم ديجيتالي بلندي صدا
نسبت هاي دسي بل، رابطه اندکي با نحوه دريافت مقادير قابل توجه تغييرات توسط ما دارند. يک افزايش 3 دسي بلي، فشار صوتي نسبي و يا سطح قدرت يک صدا را دو برابر مي نمايد و يک کاهش 3 سي دبلي، آن را نصف مي کند. با اين حال، تغيير دريافت (درک) شده در بلندي صدا، کاملاً ظريف خواهد بود. يک تغيير يا دو دسي بلي، غالباً غير قابل تشخيص است. براي آنکه صدا دو برابر بلندتر به نظر برسد، غالباً لازم است که سطح ولوم آن بين 20 تا 30 دسي بل افزايش يابد.
تمام فرکانس ها بصورت يکسان ايجاد نمي شوند. هرچه صداها به سمت مرکز طيف گام (Pich) و يا بعبارت ديگر به دامنه فرکانس گفتاري نزديکتر مي شوند، گوش هاي ما نيز بالاترين حساسيت را نسبت به آنها پيدا مي کنند. از سوي ديگر، حساسيت گوش هاي ما نسبت به فرکانس هاي پايينتر و بالاتر اين طيف کمتر است. به همين دليل است که تنظيم بلندي صدا بر روي بسياري از دستگاه هاي استريوي خانگي و يا ابزارهاي صوتي/ تصويري، باعث تقويت صداهاي بم (Bass) و صداهاي زير (Treble) نشده و طيف مياني را بدون تغيير باقي مي گذارد. با تقويت Bass و Treble، يک منحني بلندي، وضعيت معکوس شنوايي شما را پيدا مي کند که به فرکانس هاي مياني حساس تر است. به اين ترتيب، فرکانس هايي که شما براي شنيدن آنها در ولوم هاي پايين شنيداري با بيشترين مشکل مواجه هستيد، تقويت مي شوند. جلوه نهايي، کامل تر و زنده تر به نظر مي رسد، حتي با وجود آنکه ولوم کل صدا به همان اندازه که شما تصور مي کنيد افزايش نيافته است.
مسئله مهم، تغيير ولومي است که هنگام اعمال تغيير در سطح دسي بل احساس (دريافت) مي کنيد. بنابراين، آيا بايد يک ماشين حساب مهندسي را در دست گرفته و شروع به استخراج لگاريتم ها نماييد؟ البته که نه. دسي بل ابداع شده است تا شما را از اين مشکل خلاص نمايد. شما بايد يک درک حسي را در مورد نحوه تنظيم صدا در يک دامنه فرکانسي معين توسط يک تغيير معين، براي خود ايجاد کنيد.
ترکيبي از اين انرژي ها در فرکانس هاي متعدد
طنين يک صدا، کاملاً به فرکانس هاي اجزاء درون صوت و مقدار انرژي هر يک از فرکانس ها بستگي دارد اجزاء مختلف معمولاً داراي طول عمر متفاوتي نيز خواهند بود و به همين دليل، بخشي از چيزي که بصورت طنين مي شنويم، نحوه تعيين اين مضامين فرکانس در طول زمان است. انرژي اين اجزاء متفاوت در طول زمان، همان چيزي است که به ما اجازه مي دهد تفاوت ميان صداي يک شيپور و يک گيتار الکتريکي را تشخيص دهيم.
اين تصوير کلي از مضمون صدا، عموماً با نام طيف صدا يا توزيع انرژي بر روي دامنه فرکانس هاي قابل استماع، شناخته مي شود. با افزايش انرژي به صداهاي فرعي يک صدا، شکل موجي بدست آمده (زماني که آن را بر روي يک اسيلوسکوپ يا در يک برنامه نرم افزاري مشاهده مي کنيد)تغيير مي کند. يک موج سينوسي ساده، داراي صعودها و نزول هاي ثابت و تکراري در فشار هوا است که يک فرکانس واحد بدون صداي فرعي را بوجود مي آورند. هنگامي که هارمونيک هاي بالاي اين صداي خالص را به آن اضافه مي کنيد، شکل موج آن پيچيده تر مي شود (شکل [1]). هنگامي که صداهاي فرعي غير هارمونيک به صدا اضافه مي شوند، حالت تناوبي موج ناپديد شده و احساس يگ گام شنيداري واضح و تعريف شده نيز تدريجاً کاهش مي يابد.
هر چه مضمون غير هارمونيک افزايش يابد، گام صدا نيز تعريف نشده تر به نظر مي رسد.
نرم افزار صوتي ديجيتال
زمان: بدون زمان، شما نمي توانيد گام (بخاطر آنکه فرکانس صرفا نوسان هاي تکرار شونده بر روي زمان است) و يا موسيقي (که اين مورد نيز در زمان وجود دارد) داشته باشيد.
دامنه / انحراف نسبي فشار هوا: دامنه براي تعيين قدرت مواد صوتي و بلندي احساس شده، حياتي است.
اجزاء و مضمون فرکانس: ما قدرت اجزاء مختلف صدا در طول زمان را بصورت طنين آن صدا مي شنويم.
نرم افزار صداي ديجيتال غالباً دو عنصر اول را بر روي صفحه نمايش، ارايه مي کنند. شکل [2]، يک نماي شکل موج نمونه را در يک نرم افزار صوتي نشان مي دهد که يک بازنمايي از قدرت سيگنال يا فشار هوا را بر روي محور y و زمان را بر روي محور x نمايش مي دهد.
ارتفاع شکل موج بر روي محور y مي تواند (تقريبا) مشابه تغييرات فشار هواي صداي واقعي باشد. همانطور که قبلاًٌ نيز مشاهده کرده ايد، هر انحراف به سمت بالا يا پايين خط مرکزي، دامنه را نشان مي دهد، هر چند نمايش گر، قدرت سيگنال ديجيتال ضبط شده را نشان مي دهد، هر چند برچسب هاي محورy غالباً نامفهوم هستند و صرفاً بصورت 1- تا صفر تا 1 و يا 100-% تا100% نشان گذاري شده اند (نه يک نماد خاصي نظير دسي بل). اگر اين محور بر حسب دسي بل نشان گذاري شده باشند، ممکن است چيزي مثل صفر دسي بل بعنوان حداکثر و يک مقدار منفي نظير 96/3- را مشاهده کنيد که دامنه ديناميک نرم افزار صوتي ديجيتال را نشان مي دهد.
بعضي از برنامه ها، نشانه گذاري محور y را بصورت اعداد ساده دقيق (نظير 32628 - تا 32627) انجام مي دهند، اما از آنجايي که درک اين نوع داده ها دشوارتر است، کمتر از اين شيوه استفاده مي شود.
هنگامي که بزرگنمايي نمايشگر کاهش مي يابد تا نمايي از يک بخش طولاني تر از صدا را در اختيار شما قرار دهد، نوسان هاي جداگانه شکل موج نخواهيد ديد، اما پروفايل دامنه کلي در طول زمان همچنان قابل مشاهده خواهيد بود. شما مي توانيد محل آغاز و اتمام کلمات در يک ترانه و يا مکالمه ضبط محل کوبيده شدن طبل و امثالهم را ببينيد. شکل [3]، يک تصوير نمونه از Sony ACID Pro را با نمايي از چيدمان يک ترانه را نشان مي دهد.
نمايش فشار هوا و زمان در يک نماي ابتدايي از شکل موج، تنها شيوه ممکن براي نمايش صدا به حساب نمي آيد. بسياري از برنامه ها به شما امکان مي دهند تا طيف فرکانس صدا را مشاهده نماييد. اين ويژگي براي مشاهده خصوصيات طنيني صدايي که در حال ويرايش آن هستيد و همچنين تنظيم دقيق پارامترهاي جلوه ها و تغييرات بر حسب هرتز، مفيد است(شکل [4]).
مضمون هارمونيک صدا
بسياري از نرم افزار هاي کاربردي و Plug - in نيز مي توانيد بجاي نماي معمولي " دامنه در مقابل زمان"، مضمون هارمونيک را در طول زمان نمايش دهند. اين وضعيت مي تواند براي درک بهتر مضمون صدا مفيد بوده و بعنوان ابزاري براي ويرايش و فيلترگذاري صدا مورد استفاده قرار گيرد. در Audacity شما مي توانيد نماي صداي خود را از يک نمودار دامنه که Audacity آن را بطور ساده "نماي شکل موج (Windows WAV)خود مي نامد، به يک نماي "طيفي" (Spectrum view) سوييچ نماييد که اطلاعات فرکانس را بر روي محور y و دامنه را بصورت تاريکي يا روشنايي نشان مي دهد. براي تغيير نما، بر روي فلش رو به پايين در کنار نام شکل موج کليک کرده وSpectrum را انتخاب نماييد. (شکل [4]).
Adobe Audition به شما اجازه مي دهد تا براي فيلتر گذاري يک صدا، بر روي نماي شکل موجي آن نقاشي کنيد.
ترجمه صدا به الگوي ديجيتال
فناوري تبديل صوت
فناوري ابتدايي مبدل صوتي، نظير صدانگار اديسون (1877)، انرژي صدا را به انرژي مکانيکي تبديل مي کرد. اين ابزارها، لرزش هاي هوا را مستقيماً به شيارهايي بر روي استوانه اي که با يک ورقه فلزي پوشانده شده بود، تبديل مي کردند. قرار دادن يک سوزن در شيار ايجاد شده بر روي استوانه و اتصال آن به يک شيپور "بلندگو شکل"، مسير تبديل انرژي را معکوس نموده و شيارها را مجدداً به صدا ترجمه مي کرد.
امروزه، متداول ترين مبدل هاي صوتي يعني ميکروفن ها، هدفون ها و بلندگو ها، تبديل به صدا به انرژي الکتريکي (و بالعکس) را بر عهده دارند. بجاي کار با لرزش هاي صدا براي برش مستقيم شيارها در يک رسانه ذخيره سازي (به همان صورتي که اديسون انجام مي داد)، لرزش ها توسط ابزارهاي واسطه اي نظير سيم پيچ هاي مغناطيسي متحرک به سيگنال هاي الکتريکي تبديل مي شوند. پس از آنکه سيگنال به شکل الکتريکي درآمد، مي تواند براي پردازش مستقيم الکتريکي در سخت افزار صوتي مورد استفاده قرار گيرد، مي تواند بطور مغناطيسي ذخيره سازي گردد (از طريق ذرات فلزي مغناطيسي شده بر روي نوار صوتي) و نهايتاً از طريق مدارات تخصصي مي تواند به داده هاي رقمي تبديل گردد که بصورت ديجيتالي به کامپيوترها و ساير ابزارهاي ديجيتال منتقل خواهند شد.
در مسير معکوس، سيگنال هاي الکتريکي مي توانند بصورت مکانيکي به لرزش هاي آکوستيکي (شنيداري) تبديل شوند. براي مثال، يک ولتاژ الکتريکي تقويت شده، مخروط يک بلندگو را به لرزش درآورده و صدا توليد مي کند.
صداي آنالوگ و ديجيتال
فهم صداي آنالوگ
سيگنال هاي صوتي ديجيتال، توسط ابزارهاي متنوعي نظير موارد زير بکار گرفته مي شوند:
ـ ميکروفن ها و بلندگو ها (شامل انواع مورد استفاده با مبدل هاي ديجيتال. يک ميکروفن يا بلندگو اساساً يک ابزار آنالوگ است.)
ـ اتصالات صوتي استاندارد شامل فيش هاي هدفون، اتصال هاي RCA Phono بر روي يک استريو و کانکتورهاي TRS يک چهارم اينچي.
ـ آلات موسيقي آنالوگ نظير سينتسايزرهاي آنالوگ و گيتارهاي الکتريکي (و آمپلي فايرهاي آن ها).
ـ پردازنده هاي صوتي آنالوگ، شامل واحدهاي جلوه هاي آنالوگ و Spring Reverb
ـ تجهيزات ضبط آنالوگ نظير دک هاي کاست و نوارهاي ريلي
فهم صداي ديجيتال
ثانياً، شما شيوه هاي محدودي را براي پردازش سيگنال هاي آنالوگ در اختيار داريد. شما نمي توانيد از قابليت هاي فراوان ريز پردازنده هاي داخل کامپيوترخود و يا ساير سخت افزارها بهره گيري نماييد. از آنجايي که کاميپوترها اساساً ماشين هاي محاسباتي بسيار پيشرفته اي هستند، تا زماني که سيگنال هاي صوتي آنالوگ را به اعداد تبديل نکرده باشيد نمي توانيد از کاميپوترها براي کار با صدا استفاده نماييد. راه حل تمام اين مشکلات، استفاده از يک رشته از اعداد براي بيان سيگنال آنالوگ بجاي استفاده مستقيم از همان سيگنال آنالوگ است.
هر سيستم صوتي که براي ذخيره سازي، پردازش و انتقال داده ها از اعداد استفاده مي کند، ديجيتال ناميده مي شود. عبارت ديجيتال به انگشتان (Digits) اشاره دارد زيرا ساده ترين راه براي تبديل يک پديده مشاهده شده به مقادير عددي، شمارش با استفاده از انگشتان دست است. تجهيزات ديجيتال براي تبديل دامنه پيوسته ولتاژ آنالوگ به يک قالب عددي، از ابزاري با نام مبدلA/D (آنالوگ به ديجيتال) استفاده مي کنند.
اين مبدل براي ايجاد مقادير عددي جداگانه، سطح ولتاژ را در فواصل زماني معيني اندازه گيري مي کند. اين فرآيند تحت عنوان نمونه برداري (Sampling) شناخته مي شود(شکل [6]).
در غير اينصورت، نمي توانيم هدفون ها و يا بلندگوها را وادار به تبديل کردن آن به صداي واقعي نماييم. يک مبدل D/A (ديجيتال به آنالوگ) که گاهي اوقات تحت عنوان DAC شناخته مي شود، درست عکس فرآيندي را انجام مي دهد که توسط مبدل A/D، صورت مي گيرد. مبدل D/A، داده هاي ديجيتال را به ولتاژ آنالوگ پيوسته تبديل مي نمايد.
ابزارهايي بعنوان ابزارهاي ديجيتال در نظر گرفته مي شوند که داراي قابليت تبديلA/D و D/A باشند و يا مستقيماً با صداي ديجيتال کار کند. اين ابزارها عبارتند از:
ـ اينترفيس هاي صوتي کامپيوتري نظير مبدل هاي مستقل (Stand - alone)
ـ جلوه هاي ديجيتال، نظير واحدهاي Digital Reverb، پردازنده هاي چند جلوه اي (Multi - Effect)، شبيه سازهاي Guitar AMP و بسياري موارد ديگر.
ـ آلات موسيقي ديجيتال که تقريباً تمام سينسايزرهاي مبتني بر MIDI، گيتارهاي جديد با قابليت هاي ديجيتال Onboard و ساير ابزارهايي که براي ارتباط با يک کامپيوتر طراحي شده اند را در بر مي گيرند.
ـ اتصالات ديجيتال نظير ارتباط صداي ديجيتال که از يک DVD - Player به يک گيرنده صداي فراگير (Surround) متصل مي شود.
منبع: بزرگراه رايانه - شماره 138.
