"მექანიკური" ხმიდან ციფრულ ხმამდე

[NEIRON]

დღევანდელი ცხოვრება აუდიოს გარეშე წარმოუდგენელია, მაგრამ თუ წარსულისკენ გადავუხვევთ, ხმის ჩაწერა საუკუნეზე ოდნავ მეტს ითვლის.
პირველი ხელსაწყო , რომელმაც ხმის ჩაწერაც და გადმოცემაც შეძლო , გამოიგონა ტომას ედისონმა და წარადგინა 1877 წელს-მას ფონოგრაფი ქვია. ჩაწერა ხდებოდა ხმის მექანიკური ზემოქმედებით ელასტიურ მემბრანაზე, რომელიც წვრილი , ნემსისმაგვარი თავის მქონე ბოლოთი თავსდებოდა ცვილის ცილინდრზე. დამყოლ მასალაზე(ცვილი) აღიბეჭდებოდა ხმის ბილიკი, რომლის(ცილინდრის) ნომინალური სიჩქარით ამოძრავებისას, ვიღებდით მოსაუბრის ხმას.

სურათზე: ტომას ედისონი ფონოგრაფთან ერთად

თავდაპირველად ფონოგრაფს არ ჰქონდა ცვილის ცლინდრი, რაც ინფორმაციის მატერებელი გახლდათ, იგი ალუმინის ფოლგით იყო აღჭურვილი. ჩამწერი ნემსი ხმის ბილიკს ალუმინის ზედაპირზე აღბეჭდავდა , რომელიც ცილინდრზე იყო დაფიქსირებული. ამ ფონოგრაფით პირველი ჩაწერილი სიტყვა გახლდათ „Mary had a little lamb“ , რის დემონსტრაციამაც ედისონს დიდი პოპულარობა მოუტანა. 1887 წელს ემილ ბერლინერომ სრულყო ხმის ჩამწერი ცილინდრი, რომლის ფორმა მან დისკოს ფორმით ჩაანაცვლა. ეს გამოგონება 1896 წელს დააპატენდა და მას „გრამოფონი“ ერქვა.
მაგრამ, ფონოგრაფის გამოგონებამდე ედუარდ ლეონ სკოტ მარტენვილს ჰქონდა უკვე შექმნილი „ფონოავტოგრაფი“, რომელიც ზემოთხსენებული პრინციპით მუშაობდა. ხმა იწერებოდა შუშის ცილინდრზე , რომელიც დაფარული იყო მურით, ან ქაღლდით. ხელსაწყო იძლეოდა ხმის ვიბრაციის ვიზუალიზებას, მაგრამ მისი წაკითხვა არ იყო შესაძლებელი. ფონოავტოგრაფზე პატენტი 1857 წლის 25 მარტს იქნა გაცემული.


ყველაზე ძველი სიმღერის აუდიო ჩანაწერი სწორედ ედუარდ მარტენვილს ეკუთვნის, ჩანაწერში ისმის 10 წამიანი სიმღერის(„მთვარის შუქი“) მონაკვეთი.
ამ მუსიკაში ისმის მარტენვილის ხმა, რომელიც პარიზის მუზეომში აღმოაჩინეს 2008 წელს , იგი ჩაწერილი იქნა 1860 წელს , სადაც თავად გამომგონებელი მღერის ფრანგული ხალხური სიმღერის ფრაგმენტს : "Au Clair de la Lune"

http://upload.wikime...Lune_(1860).ogg
მართლაც გასაოცარია, პირველი ჩაწერილი ხმა ...

ამ გამოგონებამ დიდი როლი ითამაშა ფონოგრაფისა და გრამაფონის გამოგონებაში, სადაც ვინილზე იწერებოდა მასალა:
ეს გახლავთ ბგერის ბილიკი ვინილზე:


ნემსი, რომელიც მოძრაობს ხმის ბილიკზე


გავიხსენოთ თუ როგორ ხდება ხმის ჩაწერა და წაკითხვა მექანიკური ჩაწერისას : ბგერის ტალღამ რომ დატოვოს ცვილზე თუ ალუმინის ფოლგაზე ხმის ბილიკი, უნდა მოხდეს ბგერის ტალღის კონცენტრაცია მცირე მანძილზე, ამისათვის ბგერის ტალღა უნდა გაძლიერდეს. მისი მიმღები როლი აკისრია ელასტიურ მემბრანას, ნემსი კი, ახდენს დიდ ფართზე მოქმედი ზეწოლის პატარაზე ზემოქმედებას. მარტივი მაგალითი ავიღოთ: ნემსით ადვილად გახვრეტთ/გახევთ ქაღალდს, ვიდრე ჩაქუჩით იმავე ძლით ზემოქმედებისას. ბგერის წაკითხვა კი, უკუ პროცესია, სადაც ჩაწერილი ხმის ბილიკიდან ხდება ვიბრაციის გადაცემა ნემსზე, შემდეგ კი მემბრანაზე.
ხმის “ ჩაწერისა და წაკითხვის“ მსგავსი უძველესი სისტემა საუკუნეების და მთელი ევოლუციის მანძილზე გამოცდილი და აპრობირებულია, ეს სასმენი ორგანოა, რომელიც ზუსტად იმავე პრინციპით მუშაობს, როგორც ზემოთმოყვანილნი .
იმისათვის რომ უკეთ გავიგოთ, გავიხსენოთ თუ რა არის ბგერა: ბგერას გააჩნია ტალღები , რომლების ჰაერში(აირებში), მყარ , თხევად გარემოში ვრცელდება. მას გააჩნია სიჩქარე და სიხშირე, რომელიც იზომება ჰერცით. ადამიანის ყურს შეუძლია აღიქვას რხევა 16-20 ჰერციდან 15-20 კილოჰერცამდე , ანუ 16-20000 რხევის აღქმა წმ-ში. სმენის ზღურბლს ქვემოთ მყოფ ბგერას ინფრაბგერა ეწოდება, ულტრაბგერა კი 1 გიგაჰერცს ზემოთ.

გავიხსენოთ მოკლედ თუ როგორ ხდება ბგერის გადაცემა და აღქმა:

ბგერამ ყურის ნიჟარიდან გარეთა სასმენ მილს გაივლის(სურათზე 1), რის ბოლოში მოთავსებულია დაფის აპკი(2) . ეს გახლავთ მემბრანა, რომელიც რხევებს გადასცემს სასმენ ძვლებს (4): ჩაქუჩი, გრდემლი და უზანგი. ამ ძვლების მეშვეობით მექანიკური რხევა ძლიერდება და გადაეცემა ოვალურ ხვრელს, სადაც(შიგნითა ყურში) არის მოთავსებული წონასწორობის აპარატი და ლოკოკინა (5). რხევა, რომელიც გადაეცემა უზანგს, იწვევს წინასწორობის აპარატსა და ლოკოკინაში ნივთიერების(პერილიმფა,ენდოლიმფა) ამოძრავებას, რაც რხევებს გადასცემს ლოკოკინაში მოთავსებულ რეცეპტორებს (კორტის ორგანოს). კორტის ორგანოში მოთავსებულია ძაფისებრი უჯრედები, რომლებიც ნერვული უჯრედების დაბოლოვებაა. ბგერა ახდენს ზემოქმედებას გარკვეულ სიხშირეზე მოფუნქციონირე რეცეპტორზე, რომელიც ნერვულ იმპულსად აქცევს მექანიკურ რხევას, საბოლოოდ კი ანალიზდება იმპულსი ნერვის მეშვეობით თავის ტვინში.
ხმის ჩაწერა/წაკითხვის მექანიკურმა სისტემამ გრამაფონითა და პატეფონით დაასრულა არსებობა და დადგა დრო ელექტრომექანიკური სისტემის წინსვლის, სადაც აუდიოდისკოს ბრუნვას უზრუნველყოფდა არა ზამბარა, არამედ ელ. ძრავი, ბგერების წაკითხვა კი თავიდან პეზოელექტრული(ვრცლად განხიილულია: აღმოჩენები, რომლებმაც შეცვალეს სამყარო: ნახევარგამტარი ), შემდეგ კი მაგნიტური წამკითხველით იქნა შესაძლებელი. 1925 წლისთვის კი გახდა შესაძლებელი ჩაწერა მიკროფონის მეშვეობით.
ინფორმაციის ჩაწერა/წაკითხვის ახალი საფეხური მაგნიტური ჩაწერა გახლავთ, რომელიც 1878 წელს ინჟინერმა ობერლინ სმიტმა შექმნა, უფრო სწორად კი, სრულყო ედისონის ფონოგრაფი. მისი იდეის თანახმად, ინფორმაციის შემნახველად ბამბის ძაფზე მყარად დამაგრებული რკინის მავთულის ნაჭრებს გამოყენება , რომლებიც მიკროფონიდან დენის ძალის მოქმედებით იწყებდა დამაგნიტებას, მოახდენდა ნემსის ხმაურის გაქრობას და ხმას უფრო სრულყოფილს გახდიდა .
იდეა სრულყოფაში მოიყვანა ვლადემარ პოულსენმა ექსპერიმენტების სერიის შემდეგ და მას ტელეგრაფონი დაარქვა. მან გამოიყენა მეტალის მავთული ინფორმაციის მატარებლად და 1898 წელს პატენტიც მოიპოვა.
პოულსენის გამოგონება 1903 წლისთვის გერმანელმა გამომგონებელმა კურტ შტილემ სრულყო, სადაც დამატებული იქნა ელექტრონული გამაძლიერებელი , რაც მის დიქტოფონად გამოყენებას გახდიდა შესაძლებელს. მოგვიანებით ეს მავთული მეტალის ლენტით ჩაანაცვლეს.

სურათზე პოულსენის ტელეგრაფონი


1927 წლისთვის გერმანელმა ინჟინერმა ფრიც ფლეიმერმა მთელი რიგი ექსპერიმენტების შემდეგ შექმნა მაგნიტური ლენტის კომპაქტური ვარიანტი, რომელიც რკინის ოქსიდით დაფარულ თხელ ქაღალდს წარმოადგენდა (აღნიშნული მონაკვეთი ვრცლად განხილული იქნა სტატიაში: „მაგნიტის აღმოჩენამ შეცვალა სამყარო “ ) . ფერომაგნიტური საფარით დაფარული მასალა უდევს საფუძვლად პლასტიკური ბარათების, კასეტების შექმნას, სადაც ფერომაგნიტურ შრეზე იწერება ინფორმაცია.


დადგა დრო ციფრული ერის, სადაც ინფორმაციის მატარებელზე (ვინჩესტერი, ფლეშ ბარათი, კომპაქტ დისკო) ბგერა ბიტებით იწერება .
1937 წლიდან მათემატიკოსები, ფიზიკოსები და ქიმიკოსები თანდათანობით მიდიოდნენ ინფორმაციის ციფრული ჩაწერისკენ. მათ სრულყვეს და მოამზადეს ნიადაგი ციფრული ერის დასაწყისისთვის.
ლაზერული სხივის დახმარებით ოპტიკურ მატარებელზე იწერება ციფრული ინფორმაცია და იქმნება სპირალისმაგვარი ბილიკი. ფოკუსირებული ლაზერის სხივი დისკოს ზედაპირზე ქმნის უსწორმასწორო ზედაპირს: ჩაღრმავებებსა(pits) და ველებს. ინფორმაციის წაკითხვა კი ხდება არეკლილი სხივის მეშვეობით, რადგან ჩაღრმავებები და ველები სხვაგვარად ირეკლავს სხივს, სადაც არის კოდირებული ინფორმაცია.
ციფრული ჩაწერა მატარებელზე ხორციელდება ანალოგური სიგნალის ციფრულად გარდაქმნაში, ანუ აუდიოტალღის გარდაქმნა ხდება მსგავსად : 100110110101011110101010101010000
რასაც შეეფერება დისკოზე ლაზერის მიერ დატოვებული „გრავირება“ , წაკითხვა კი დეკოდერისა და დამატებითი უზრუნველყოფის მეშვეობით ხორციელდება.
სტანდარტული DVD Rom-ი ჩაწერისთვის იყენებს წითელ ლაზერს, რისი ტალღის სიგრძე 650ნმ-ია . cd დისკოზე ჩაღრმავებების ზომა 0,83 მიკრონია ( 1 მკმ = 0.001 მმ) , dvd დისკოზე კი, ჩაღრმავებების სიფართე 0,4 მიკრონამდე შემცირდა, სწორედ აქედან გაიზარდა dvd-ს ტევადობა cd-სთან შედარებით. წაკითხვის პროცესში ჩაღრმავება იკითხება როგორც -0, ხოლო ველები, რომლებიც ირეკლავენ სხივს-1. ჩაწერის ამგვარი მეთოდი გამორიცხავს მექანიკურ კონტაქტს დისკოსთან, სადაც ჩაწერილი ინფორმაცია ხარვეზების გარეშე იწერება.
დისკოზე ჩაწერილი ინფორმაცია ელექტრონული მიკროსკოპის ქვეშ


1979 წლის მარტში პრესკომფერენციაზე philips-მა მოახდინა დემონსტრაცია კომპაქტ დისკოსი. 1 კვირაში კი sony-სთან გააფორმა ხელშეკრულება აუდიოდისკოს შექმნის სტანდარტზე. 1982 წელს philips-მა წარმოადგინა მათი პირველი კომპაქტ დისკოს პლეერი და ამავე წელს დაიწყო მათი მასიური წარმოებაც.

მომდევნო წლებისთვის სხვა ციფრული სტანდარტებიც გავრცელდა: 1998 წლის იანვრისთვის DVD-Audio-ს პროექტიც წარადგინეს, შემდეგSuper Audio CD -ც გამოჩნდა, რომელიც ითავსებდა 2 ფორმატს 1 დისკოში. აუდიონაკადი ამ დისკოზე ინახებოდა Direct Stream Transfer-ტექნოლოგიის დახმარებით, რომელიც აუდიონაკადს ხარისხს არ უკარგავდა.
დისკოს ტევადობის თანდათანობითმა გაზრდამ ( ორფენოვანი, ორმხრივი, ორმხრივი ორფენიანი დისკოები) მოითხოვა ლაზერის ცვლილებაც, სადაც წითელი და ინფრაწითლი სპექტრის ტალღის სიგრძე 650-780 ნმ-დან 405 ნანომეტრამდე დავიდა. ამ სპექტრის ლაზერის სხივს აღვიქვამთ როგორც ლურჯ ფრად, ლაზერის სხივის ამ ცვლილებამ კი გახადა შესაძლებელი დისკოს ტევადობა საგრძნობლად გაზრდილიყო (25გბ,50გბ ..).


არის ასევე ხმის ჩაწერის მაგნიტურ-ოპტიკური ჩაწერის მეთოდი, რომელიც პირველად 1980 წელს გამოჩნდა. ეს გახლდათ ფერომაგნიტური შრით დაფარული დისკო სადაც ჩაწერა ხდება ლაზერის გამოსხივების მეშვეობით , რომელიც ახურებს დისკოს შრეს მაღალ ტემპერატურაზე (საშუალოდ 121 გრადუს ცელსიუსი) ,რის შედეგადაც ფერომაგნიტი იცვლის მაგნიტურ თვისებებს, რომელიც ოპტიკურ დისკოზე არსებული ჩაღრმავებების მსგავსია.
ერთ-ერთი წარმომადგენელი მაგნიტურ-ოპტიკური ჩაწერის MiniDisc-გახლავთ, რომელიც პირველად კომპანია sony-მ 1992 წელს წამოადგინა. 2004 წლისთვის sony-მ დაანონსა Hi-MD მატარებელი, რომელიც მომდევნო თობა გახლავთ. ეს დისკო იტევს 1 გბ-მდე და გამოიყენება როგორც ხმის ჩაწერისთვის, ასევე ფოტო/ვიდეოს შესანახად .მას აქვს 3 რეჟიმი ჩაწერის, რომელიც ციფრული მასალის ხარისხზე აისახება.

მომდევნო ეტაპზე კი გახდა შესაძლებელი ციფრული აუდიოფორმატების სრულყოფა , რომლის ბევრი სახეა : Dolby Digital (AC3), AAC, ADX , ASF ,AHX , AIFF , APE , AUD, DMF, DTS, FLAC, MIDI, MOD, MP1, MP2, MP3, MP4....

დღეს დღეობით კი აუდიოერა არ ჩერდება და სრულყოფა მუდამ მიმდინარეობს, რომელიც უამრავ მნიშვნელოვან წვრილმანს შეიცავს, ეს მასალა კი გახლავთ ზედაპირული, რისი თითოეული მონაკვეთის მიღმა "მარიანას ღრმული" იმალება.