| كيف نحول التسجيل الصوتي التناظري إلى رقمي | |
|
كاتب الموضوع | رسالة |
---|
محمد عبد القوى مشرف
عدد الرسائل : 7866 بلد الإقامة : مصر احترام القوانين : العمل : الحالة : نقاط : 15458 ترشيحات : 10
| موضوع: كيف نحول التسجيل الصوتي التناظري إلى رقمي 6/11/2009, 09:42 | |
| كيف نحول التسجيل الصوتي التناظري إلى رقمي | | |
الكاتب د.حازم سكيك | | <!--[if !vml]--><!--[endif]-->عندما اخترع القرص المدمج والذي يعرف باسم السي دي CD اختصاراً لأول حرفين من compact disk في منتصف أواخر الثمانينات من القرن الماضي كان الهدف منه هو تخزين أو تسجيل الموسيقى بطريقة رقمية أي بنظام الديجيتال digital. ولكي نتمكن من فهم فكرة عمل السي دي لابد أن نفهم أولا كيف تقوم فكرة عمل تسجيل الموسيقى الصوتية وتشغيلها بالطريقة الرقمية. وكذلك الفرق بينها وبين الطريقة التناظرية analog.
في هذه المقالة من كيف تعمل الأشياء سوف نقوم باستعراض فكرة التسجيل الرقمي والتناظري وفهم الفرق بينهما.
أول جهاز تسجيل صوتي اخترعه العالم تومس اديسون Thomas Edison في العام 1877، حيث توصل لاكتشاف طريقة سهلة لتسجيل الأمواج الصوتية بطريقة ميكانيكية. أطلق على جهاز التسجيل هذا اسم الفونوجراف phonograph والذي يحتوي على إبرة تقوم بتحويل الإشارة الصوتية التناظرية إلى خدش ميكانيكي على سطح اسطواني رقيق من المعدن.
<!--[if !vml]--><!--[endif]--> أول جهاز فونوجراف
فإذا تحدثت أمام جهاز الفونوجراف لاديسون فان الجهاز سوف يقوم بتسجيل صوتك على الاسطوانة. حيث يتذبذب حامل الإبرة تحت تأثير الذبذبات الصوتية وحركة الإبرة هذه تسجل على الاسطوانة المعدنية في صورة خدوش ذات أعماق مختلفة حسب شدة الصوت وتردده، مما تشكل مسارات دائرية حول سطح الاسطوانة. وعند تشغيل الفونوجراف فانه يتم وضع إبرة الفونوجراف نفسها على أول المسارات على الاسطوانة ومن ثم يتم تشغيل الجهاز لتدور الاسطوانة بنفس سرعة التسجيل وتهتز الإبرة تحت تأثير الخدوش فترسل هذه الاهتزازات إلى الجهاز لتحويلها إلى صوت مسموع.
تم تطوير هذا الجهاز بواسطة اميل برلينر Emil Berliner في نفس العام وأعطى له اسم جديد هو الجراموفون gramophone، حيث استخدم سطح مستوي في شكل قرص دائري بدلا من السطح الاسطواني مما جعل عملية التسجيل والنسخ وإعادة التشغيل لهذه الأقراص أسهل وأفضل. والفونوجراف الحديث يعمل بنفس الطريقة فيما عدا أن الإشارة الصوتية التي تقرأ بواسطة الإبرة تعالج الكترونيا بدلا من إرسال ذبذباتها الميكانيكية إلى السماعة مباشرة.
الأمواج التناظرية Analog wave
لو تسألت عزيزي القارئ عن هذه الخدوش التي قامت إبرة الفونوجراف بخدشها على الاسطوانة المعدنية أو على القرص الدائري المسطح؟ فان الإجابة على هذا هو أمواج تناظرية analog wave تمثل الاهتزازات الصوتية التي صدرت عن المتحدث. فعلى سبيل المثال في هذا المخطط نلاحظ موجة صوتية تمثل نطقك لكلمة hello.
<!--[if !vml]--><!--[endif]--> الموجة الصوتية لكلمة hello |
|
|
| |
محمد عبد القوى مشرف
عدد الرسائل : 7866 بلد الإقامة : مصر احترام القوانين : العمل : الحالة : نقاط : 15458 ترشيحات : 10
| موضوع: رد: كيف نحول التسجيل الصوتي التناظري إلى رقمي 6/11/2009, 09:43 | |
| |
|
| |
محمد عبد القوى مشرف
عدد الرسائل : 7866 بلد الإقامة : مصر احترام القوانين : العمل : الحالة : نقاط : 15458 ترشيحات : 10
| موضوع: رد: كيف نحول التسجيل الصوتي التناظري إلى رقمي 6/11/2009, 09:44 | |
| المستطيلات الخضراء في الشكل تمثل العينات التي قسمت إليها الموجة الصوتية. حيث تم اخذ عينة كل جزء من الألف من الثانية وكل مستطيل له ارتفاع يمثل شدة الصوت عند تلك اللحظة هذا الارتفاع يتم التعبير عنه بقيمة عددية بين 0 و 9 حيث تمثل هذه الأعداد التمثيل الرقمي للموجة الصوتية. وفي الشكل التالي يوضح نتيجة النمذجة والتحويل من الموجة التناظرية إلى موجة رقمية في المنحنى الظاهر باللون الأزرق. وكما هو واضح من المقارنة بين المنحنيين الأخضر الذي يمثل الموجة التناظرية والمنحنى الأزرق الذي يمثل الموجة الرقمية إن هناك فقد في الإشارة حدث عند إتمام عملية النمذجة والتحويل. وهذا يعني أن الموجة الناتجة لن تكون بنفس درجة الموجة الأصلية قبل النمذجة. وهذا يشار إليه بخطأ في النمذجة sampling error وللتخلص من هذا الخطأ يتم زيادة معدل النمذجة والدقة في نفس الوقت. تأثير زيادة معدل النمذجة يتضح في الشكل التالي حيث تم زيادة معدل النمذجة والدقة بمقدار الضعف أي أصبحت الدقة 20 وأصبح معدل النمذجة 2000 عينة في الثانية. أما في الشكل التالي فان معدن النمذجة تضاعف مرة أخرى بحيث أصبحت الدقة 40 ومعدل النمذجة 4000 عينة في الثانية. لاشك وانك تلاحظ عزيزي القارئ كلما زادت معدل النمذجة والدقة كلما أصبحت الموجة الرقمية الناتجة اقرب إلى الموجة الأصلية. وهذا بالتأكيد سوف يحسن جودة الصوت الرقمي، وفي حالة الصوت المخزن على أقراص السي دي فان معدل النمذجة يكون 44,100 عينة في الثانية والدقة 65,536، وعند هذا المستوى فان الموجة الصوتية الرقمية تكون اقرب ما يكون إلى الموجة الأصلية ومناسبة جدا لمستوى استجابة الأذن البشرية. السعة التخزينية لقرص السي دي لحساب قدرة قرص السي دي لتخزين الصوت فإن هذا يتم من خلال فهمنا لما سبق فالبيانات الرقمية الناتجة عن ADC تحسب بوحدة البايت byte فكل عينة تستخدم مساحة قدرها 2 بايت، ويتم تخزين كل عينة على مسارين في نظام تسجيل الستيريو حيث يكون لكل سماعة مسار. وحيث ان قرص السي دي يخزن 74 دقيقة من الموسيقى أو النغمات الصوتية فان كمية المعلومات الرقمية التي يمكن لقرص السي دي أن يخزنها هي 44,100 samples/(channel*second) * 2 bytes/sample * 2 channels * 74 minutes * 60 seconds/minute = 783,216,000 bytes وهذه مساحة كبيرة جدا من المعلومات يمكن تخزينها على وسط بلاستيكي بحجم قرص السي دي. ومن الجدير ذكره هنا إن يمكن التحكم في معدل النمذجة للحصول على جودة صوت اقل ولكن بسعة تخزينية اقل للحصول على ملفات صوتية صغيرة يمكن التعامل معها على الانترنت أو تشغيلها بواسطة أجهزة MP3 والتي قد قمنا بشرحها في مقالات سابقة. |
|
| |
محمد عبد القوى مشرف
عدد الرسائل : 7866 بلد الإقامة : مصر احترام القوانين : العمل : الحالة : نقاط : 15458 ترشيحات : 10
| موضوع: رد: كيف نحول التسجيل الصوتي التناظري إلى رقمي 6/11/2009, 10:23 | |
| المستطيلات الخضراء في الشكل تمثل العينات التي قسمت إليها الموجة الصوتية. حيث تم اخذ عينة كل جزء من الألف من الثانية وكل مستطيل له ارتفاع يمثل شدة الصوت عند تلك اللحظة هذا الارتفاع يتم التعبير عنه بقيمة عددية بين 0 و 9 حيث تمثل هذه الأعداد التمثيل الرقمي للموجة الصوتية. وفي الشكل التالي يوضح نتيجة النمذجة والتحويل من الموجة التناظرية إلى موجة رقمية في المنحنى الظاهر باللون الأزرق. وكما هو واضح من المقارنة بين المنحنيين الأخضر الذي يمثل الموجة التناظرية والمنحنى الأزرق الذي يمثل الموجة الرقمية إن هناك فقد في الإشارة حدث عند إتمام عملية النمذجة والتحويل. وهذا يعني أن الموجة الناتجة لن تكون بنفس درجة الموجة الأصلية قبل النمذجة. وهذا يشار إليه بخطأ في النمذجة sampling error وللتخلص من هذا الخطأ يتم زيادة معدل النمذجة والدقة في نفس الوقت. تأثير زيادة معدل النمذجة يتضح في الشكل التالي حيث تم زيادة معدل النمذجة والدقة بمقدار الضعف أي أصبحت الدقة 20 وأصبح معدل النمذجة 2000 عينة في الثانية. أما في الشكل التالي فان معدن النمذجة تضاعف مرة أخرى بحيث أصبحت الدقة 40 ومعدل النمذجة 4000 عينة في الثانية. لاشك وانك تلاحظ عزيزي القارئ كلما زادت معدل النمذجة والدقة كلما أصبحت الموجة الرقمية الناتجة اقرب إلى الموجة الأصلية. وهذا بالتأكيد سوف يحسن جودة الصوت الرقمي، وفي حالة الصوت المخزن على أقراص السي دي فان معدل النمذجة يكون 44,100 عينة في الثانية والدقة 65,536، وعند هذا المستوى فان الموجة الصوتية الرقمية تكون اقرب ما يكون إلى الموجة الأصلية ومناسبة جدا لمستوى استجابة الأذن البشرية. السعة التخزينية لقرص السي دي لحساب قدرة قرص السي دي لتخزين الصوت فإن هذا يتم من خلال فهمنا لما سبق فالبيانات الرقمية الناتجة عن ADC تحسب بوحدة البايت byte فكل عينة تستخدم مساحة قدرها 2 بايت، ويتم تخزين كل عينة على مسارين في نظام تسجيل الستيريو حيث يكون لكل سماعة مسار. وحيث ان قرص السي دي يخزن 74 دقيقة من الموسيقى أو النغمات الصوتية فان كمية المعلومات الرقمية التي يمكن لقرص السي دي أن يخزنها هي 44,100 samples/(channel*second) * 2 bytes/sample * 2 channels * 74 minutes * 60 seconds/minute = 783,216,000 bytes وهذه مساحة كبيرة جدا من المعلومات يمكن تخزينها على وسط بلاستيكي بحجم قرص السي دي. ومن الجدير ذكره هنا إن يمكن التحكم في معدل النمذجة للحصول على جودة صوت اقل ولكن بسعة تخزينية اقل للحصول على ملفات صوتية صغيرة يمكن التعامل معها على الانترنت أو تشغيلها بواسطة أجهزة MP3 والتي قد قمنا بشرحها في مقالات سابقة. |
|
| |
رأفت الجندى المدير الإداري
العمر : 64 عدد الرسائل : 9511 بلد الإقامة : الفيوم احترام القوانين : العمل : الحالة : نقاط : 13032 ترشيحات : 29 الأوســــــــــمة :
| |
| |
رأفت الجندى المدير الإداري
العمر : 64 عدد الرسائل : 9511 بلد الإقامة : الفيوم احترام القوانين : العمل : الحالة : نقاط : 13032 ترشيحات : 29 الأوســــــــــمة :
| |
| |
رأفت الجندى المدير الإداري
العمر : 64 عدد الرسائل : 9511 بلد الإقامة : الفيوم احترام القوانين : العمل : الحالة : نقاط : 13032 ترشيحات : 29 الأوســــــــــمة :
| |
| |
|