فرایند تولید صدا و شنیدن آن

همانطور که می دانید صدا چیزی نیست، جز ارتعاش و لرزش هوا. این لرزش هوا به روش های مختلف ایجاد می شود. لرزش تارهای صوتی برخورد اجسام سخت با یکدیگر و فوت کردن در یک نی لبک می توانند هوا را مرتعش و صدا ایجاد کنند. این لرزش ها در هوای اطراف پخش می شود. فرایند شنیدن صدا دقیقا عکس فرایند ایجاد آن است. لرزش های هوا باعث لرزیدن پرده گوش می شودو اعصاب گوش را تحریک می کنند.

تاریخچه ابزارهای صوتی

یکی از قدیمی ترین  ابزارهای صوتی که توسط بشر به کار گرفته شد، شاخ گاو بود که با دمیدن در آن صدای بلندی تولید و از آن برای برقراری ارتباط استفاده می کردند. به تدریج با رشد دانش بشر، ابزارهای کارآمدتری برای تولید صدا اختراع شد. انواع طبلها و سازهای کوبه ای همچنین سازهای بادی و زهی جلوه بهتری به صداهای تولید شده دادند. اما تاریخچه ابزارهای ضبط صدا قدمت چندانی ندارد. اولین ابزار ضبط صدا متشکل از استوانه ای بود که با صدا مرتعش می شد و به یک سوزن متصل بود. استوانه توسط یک موتور به گردش در می آمد در همین حال صفحه پوستی هم در اثر صدا می لرزید و سوزن را می لرزاند. نوک سوزن با استوانه در تماس بود و در اثر لرزش های عمودی سوزن، پستی و بلندی هایی در استوانه در حال گردش ایجاد می شد و پس از سخت شدن روکش استوانه برای پخش صدا عمل معکوس انجام می شد. یعنی سوزن در برخورد با سطح استوانه می لرید. این لرزش ها به سطح پوستی منتقل می شد و با ارتعاش لایه پوست صدا تولید می شد. طبیعی است که صدای تولید شده با این دستگاه کیفیت بالایی نداشت. به تدریج کیفیت صدا بهتر شد و شکل دستگاه نیز تغییر کرد. استوانه جای خود را به یک صفحه گرد داد که دیسک نام داشت و تا سالها تنها ابزار ضبط صدا همین ابزار بود که گرامافون (Gramophone) نامیده می شد.

نسل بعدی ابزارهای ضبط صدا، ابزارهای مغناطیسی بودند. در این ابزارها، صدا توسط ابزارها و مدارات الکترونیک تبدیل به علایم مغناطیسی می شد. سپس این علایم روی یک سطح مغناطیسی ذخیره می شد (تیپ یا نوار کاست). در روند معکوس نیز علایم مغناطیسی از روی نوار خوانده شده و در مدارات الکترونیک تبدیل به صدا شده و توسط بلندگوها پخش می شد. این تکنولوژی بسیار کارآمدتر بود و همچنین کیفیت بهتری داشت. ابزارهای مغناطیسی کماکان در اکثر خانه ها و حتی استودیوها به کار گرفته می شود. و بالاخره آخرین جهشی که در صنعت ضبط صدا روی داد ورود کامپیوتر و تکنولوژی دیجیتال به این عرصه بود. با ورود کامپیوتر به صحنه استانداردهای ضبط و پخش صدا بهبود یافت. در تکنولوژی دیجیتال صدا طی روندی به اطلاعات تبدیل شده و روی ابزارهای ذخیره سازی مانند CD و DVD ذخیره می شود. هنگام پخش صدا نیز این اطلاعات خوانده و تبدیل به صدا می شود این روش مزایای فراوانی بر روش های قبلی دارد. صداها را می توان در حجم بسیار کمی از فضا ذخیره کرد،کیفیت صدا بسیار بالاتر است و در اثر استفاده مکرر کیفیت آن افت نمی کند، صداهای دیجیتال بسیار انعطاف پذیرند و ما می توانیم پس از ضبط تغییرات بسیاری روی آنها اعمال کنیم. البته این کار در صداهای مغناطیسی هم تا حدودی ممکن بود ولی احتیاج به ابزارها و تجهیزات گران قیمتی داشت. ولی در مبحث صداهای دیجیتال یک کامپیوتر معمولی برای انجام هر کاری کافی است.

مفاهیم کلی در مبحث صدا

قبل از ورود به مبحث صدا در کامپیوتر ، بهتر است با چند مفهوم درباره صدا آشنا شویم. احتمالا واژه هایی چون مونو، استریو، دالبی و مانند این را تاکنون شنیده اید. اینها واژه هایی هستند که برای مشخص کردن نوع صدا به کار می روند و در کامپیوتر هم کاربرد دارند:

مونو Mono: به صداهایی گفته می شود که از یک کانال ضبط شده و از یک کانال هم پخش می شوند. این صداها قابلیت تفکیک ندارند و اگر حتی از یک سیستم استریو پخش شوند کیفیت آنها تفاوت چندانی نخواهد کرد. برای اطلاعات بیشتر مبحث استریو را هم بخوانید.

استریو Stereo: صداهای استریو صداهایی هستند که در دوکانل مجزا ضبط شده و پخش می شوند. مثلا در یک کنسرت ممکن است صدای چند ابزار در کانال چپ و صدای چند ابزار در کانال راست ضبط شود. صداهای استریو تفکیک پذیری بیشتری دارند و برای مثال می توان دور شدن و نزدیک شده منبع صدا را هم در آنها شبیه سازی کرد.

صداهای چند کاناله  Multi channel: این صداها در واقع در چند کانال مختلف ضبط شده و پخش می شوند. برای مثال ممکن است در یک فایل موسیقی صدای هر ابزار در یک کانال ضبط شده باشد. این استاندارد توانایی بسیار خوبی را برای ویرایش های بعدی در اختیار ما قرار می دهد. چون صداها تفکیک شده است. ما می توانیم هر صدا را جداگانه ویرایش کنیم یا مثلا شدت صدای یکی از ابزارها را بیشتر کنیم. هنگام شنیدن نیز اگر از ابزار پخش چند کاناله استفاده کنیم صدا بسیار طبیعی تر شنیده خواهد شد.

دالبیDolby Surround : دالبی در واقع یک نوع استاندارد برای صداهای چند کاناله است. سیستم دالبی پیش از این در سینماها کاربرد داشت ولی اکنون با پیشرفت تکنولوژی دیجیتال در ویدیوها و کامپیوترها هم قابل اجرا است. سیستم دالبی یک سیستم صدای محیطی است و بیشتر در فیلمها و اخیرا در بازی های کامپیوتری رواج یافته است. برای مثال در فیلمها هنگامی که یک اتومبیل از پشت صحنه نزدیک می شود صدای آن نیز از بلندگوهای پشتی شنیده می شود و با تغییر مکان اتومبیل صدا نیز به بلندگوهای جانبی یا جلویی منتقل می شود و به این صورت صداها بسیار واقعی تر شنیده می شود.

آشنایی با فرمت های صدا

تا قبل از ورود کامپیوتر به عرصه صدا، چیزی به اسم فرمت صوتی وجود نداشت. صداها با کیفیت متفاوت به روش واحدی ذخیره و خوانده می شدند، ولی با ورود کامپیوتر، فایلهای صوتی نیز فرمت ها و قالب های مختلفی پیدا کردند. در کامپیوتر، فرمت یک فایل به معنی نوع ذخیره سازی اطلاعات و نحوه خواندن آنها است. اجازه دهید یک مثال بزنیم. در فرمت Mid، اطلاعات صوتی بصورت نت (Note) ذخیره می شود. یعنی اطلاعات مربوط به هر ساز به همراه پرده ها، نت ها و سایر اطلاعات جداگانه ذخیره می شود. ولی در فرمت Wav اطلاعات صوتی بصورت طول موجهای صدا ذخیره می شود و صداها قابل تفکیک نیستند. به همین دلیل برنامه های خاصی وجود دارند که می توانند فرمت Mid را به تنهای موسیقی تبدیل کنند. ولی در فرمت Wav تمام طول موج ها ذخیره می شوند، حجم فایل نسبت به Mid بسیار بیشتر است. ولی در حال حاضر، بیشتر برنامه ها، اکثر فرمت های صوتی را پخش می کنند. تعدادی از مهم ترین فرمتهای صوتی به شرح زیر هستند:

: Wav  این فرمت معروفترین و پر استفاده ترین فرمت صوتی در کامپیوترهاست و فرمت استاندارد ویندوز محسوب می شود، به همین دلیل اکثر صداهای موجود در ویندوز با فرمت Wav مشاهده می شوند و کلا این فرمت کاربرد بیشتری دارد. این فرمت برخلاف اکثر فرمتهای دیگر، خود انواع مختلفی دارد. یعنی می توان یک فایل Wav را به حالتهای مختلفی ذخیره کرد. فرمت Wav در همه برنامه های مرتبط با صدا شناخته شده و پخش می شود.

: Mp3 این فرمت محبوبترین فرمت برای فایل های موزیک محسوب می شود. در واقع mp3 موفق ترین فرمت از خانواده Mpeg است.  Mpeg  فرمتی است برای فشرده سازی صدا و تصویر،که توسط گروهی از محققین ایجاد شد. این گروه که با نام Motion Picture Experts Group فعالیت می کردند، پس از اختراع این فرمت نام خود را بر آن نهادند (Mpeg در واقع از حروف اول همین عبارت تشکیل شده است.) پس از ایجاد این فرمت که Mpg نیز خوانده می شد، فرمتهای دیگری از این خانواده هم ارائه شد، از آن جمله: mpa, mp1, mp2, mp3. از این میان mp3 بیش از بقیه کارایی داشت و بیشتر مورد استقابل قرار گرفت. دلیل عمده موفقیت آن نیز این بود که در این فرمت، فایلهای صوتی بسیار فشرده و کم حجم می شوند، با این فرمت ما می توانیم حجم بیشتری از موسیقی را روی CD ذخیره کنیم (حدود 12 ساعت موسیقی روی هر CD) و همچنین زمان دریافت موسیقی از اینترنت نیز کاهش می یابد.Mp3  در ویندوز 95 و اولین نسخه های ویندوز 98 پشتیبانی می شد. ولی در ویندوزهای بعدی، فرمت mp3 بعنوان یکی از فرمتهای پیش فرض گنجانده شده است.

 CDDA: این فرمت در واقع چندان ربطی به فایلهای صوتی کامپیوتری ندارد. ولی از آنجا که در کامپیوتر استفاده زیادی دارد، آن را معرفی می کنیم. CDDA  در واقع فرمت CDهای صوتی یا   Audio cdها است که توسط ضبط ها و CD playerها قابل اجرا است. این فرمت ساختار کامپیوتری ندارد و حتی نمی توان آن را روی کامپیوتر کپی کرد. در درس های آینده روش تبدیل این فرمت را به فرمت های متعارف بررسی می کنیم. در حال حاضر به دلیل حجم بالایی که این فرمت اشغال می کند، استقبال از آن کاهش یافته است.

 Mod: فرمت Mod یکی از فرمت های قدیمی کامپیوتر است که در زمان سیستم عامل DOS محبوبیت زیادی داشت. ولی با ورود ویندوز، کابرد خود را از دشت داد. این فرمت تا چهار کانال صوتی را پشتیبانی می کند. البته بیشتر برای پخش موزیک (بی کلام) مناسب است تا صداهای دیگر.

 Mid: یکی از فرمتهای قدیمی صداست که با وجود گذشت زمان، کهنه نشده و کاربرد خود را حفظ کرده است. Midi از حروف اول این کلمات است: Musical Instrument Digital Interface (به معنای رابط دیجیتالی ابزارهای موسیقی) تشکیل شده است. کاربرد اصلی فرمت Midi در موسیقی است. در واقع یک فایل Mid حاوی نت های موسیقی، اطلاعات مربوط به هر ساز، پرده ها، وقفه ها و همه اطلاعات تخصصی موسیقی است. به همین دلیل با داشتن یک برنامه مناسب، می توانیم همه این اطلاعات را از فایل استخراج کنیم و این قابلیت برای موسیقی دانان بسیار مفید است. در اکثر کامپیوترها نیز یک درگاه Midi موجود است که می توانیم ابزارهای موسیقی را به آن متصل کرده و موسیقی نواخته شده را به صورت فایل Mid ضبط کنیم. همچنین می توانیم نت ها را بنویسیم و ابزار موسیقی آن را برای ما بنوازد. فایلهای Midi حجم بسیار کمی نیز اشغال می کنند و این نیز مزیت آنهاست. این فرمت در بسیاری از ابزارهای الکترونیک از جمله تلفن همراه هم کابرد دارد.

 Aiff: این فرمت در اصل استاندارد کامپیوترهای آمیگا است. آمیگا، تا قبل از فراگیر شدن PC حرف اول را در زمینه صدا و تصویر میزد. تا سالها پس از ورود PC نیز فایلهای صوتی آمیگا کاربرد داشت. ولی در حال حاضر به علت ورشکسته شدن کمپانی Commodore این فرمت نیز توسعه نیافته و کارایی خود را از دست داده است.

 Voc: این فرمت به کمپانی Creative و کارتهای صوتی SoundBlaster اختصاص دارد. فرمت Voc نیز با ورود ویندوز و فراگیر شدن فرمت Wav کم کم از گردونه خارج شد و اکنون کاربرد چندانی ندارد.

Wma : فرمت Wma یا Windows media audio یکی از جدیدترین رقیبان mp3 محسوب می شود. این فرمت حتی از بعضی جهات بر mp3 برتری دارد و با توجه به این که محصول کمپانی مایکروسافت است. آینده روشنی برای آن پیش بینی می شود. فایلهای Wma حجم بسیار کمی دارند و کیفیت آنها نیز کاملا قابل قبول است. در عرصه اینترنت نیز که حجم فایلها اهمیت زیادی دارد این فرمت با فرمت mp3 رقابت تنگاتنگی دارد.

Ra : فرمت Real Audio نیز یکی از فرمتهای صداست که جایگاه خاصی را به خود اختصاص داده است. فایلهای Ra نیز حجم کم و کیفیت قابل قبولی دارند. ولی چیزی که آنها را از دیگر فرمتها متمایز می کند، حجم آنها نیست بلکه خاصیت streaming موجود در فایلهای Real است. خاصیت streaming یا جریانی باعث می شود که فایلهای صوتی از طریق اینترنت پخش شوند ولی کپی نشوند. این ویژگی کمک زیادی به تولید کننده ها می کند و جلوی کپی های غیر مجاز را تا حدودی می گیرد. همچنین به کمک این قابلیت می توان صدا را به صورت زنده روی اینترنت پخش کرد. در حال حاضر اکثر رادیوهای اینترنتی برای پخش مستقیم برنامه های خود از فرمت Real استفاده می کنند.