11.2.2 Χαρακτηριστικά ήχου

Η ηχητική επένδυση μιας εφαρμογής πολυμέσων παίζει πολύ σημαντικό ρόλο και ως προς τη συνολική εντύπωση που προξενεί, αλλά και λειτουργικά, με την απόλαυση, την κινητοποίηση του ενδιαφέροντος και την ξεκούραση που προσφέρει κατά τη διάρκεια παρουσίασης του θέματος. Ο ήχος παράγεται από μια πηγή, μεταδίδεται κυρίως μέσω του αέρα και γίνεται αντιληπτός με την αίσθηση της ακοής. Κατά τη μετάδοση του ήχου, δημιουργούνται περιοδικά κύματα. Κάθε κύμα έχει τη δική του συχνότητα -πλήθος διακυμάνσεων στη μονάδα του χρόνου και το δικό του πλάτος, τα οποία επηρεάζουν την ακουστική εντύπωση. Στον υπολογιστή έχουμε δυο είδη ήχου. Τον ψηφιοποιημένο ήχο και τον ήχο MIDI.

Ψηφιοποίηση ήχου Η ψηφιοποίηση του ήχου γίνεται με δειγματοληψία και απαιτεί ειδικό υλικό και λογισμικό. Η ψηφιοποίηση του ήχου γίνεται, από άποψη υλικού, από έναν μετατροπέα του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό (ADC/ Analog to Digital Converter) που συχνά αποτελεί τμήμα ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος στην κάρτα ήχου. Ο ίδιος μετατροπέας μετατρέπει ξανά το σήμα σε αναλογικό(DAC/ Digital to Analog Converter) για να ακουστεί από τα ηχεία του συστήματος. Η είσοδος του αναλογικού σήματος στο μετατροπέα γίνεται: - είτε με μικρόφωνο, αν πρόκειται για ήχους από το περιβάλλον - είτε από αναλογική συσκευή αναπαραγωγής ήχου, π.χ. κασετόφωνο. Ο μετατροπέας λαμβάνει δείγματα από το εισερχόμενο αναλογικό σήμα μετρώντας το πλάτος σε τακτά χρονικά διαστήματα.

Το στάδιο αυτό, καλείται δειγματοληψία και ο αριθμός των δειγμάτων ανά δευτερόλεπτο ρυθμός δειγματοληψίας (sampling rate). Η δειγματοληψία του σήματος συνήθως γίνεται στις συχνότητες 8 ΚΗz, 11.025 ΚΗz, 22.05 ΚΗz, 44.1 ΚΗz. Οι τιμές που προκύπτουν αποθηκεύονται (στάδιο κωδικοποίησης) σε μορφή δυαδικού αριθμού με προκαθορισμένο πλήθος δυαδικών ψηφίων. Το πλήθος των ψηφίων του αριθμού αυτού καλείται εύρος δείγματος (sample width) και καθορίζει το πλήθος των δυνατών τιμών που μπορεί να αποθηκευτούν. Το σύνηθες εύρος δείγματος είναι των 8 και 16 bit. Για να αποθηκευτούν οι τιμές που προκύπτουν από την δειγματοληψία αυτές στρογγυλοποιούνται (στάδιο κβάντισης).

Από το αναλογικό σήμα λαμβάνονται δείγματα με ορισμένο ρυθμό δειγματοληψίας. Οι κόκκινες κουκκίδες παριστάνουν το ληφθέν δείγμα το οποίο ψηφιοποιείται

Αν λάβουμε υπόψη ότι το ανθρώπινο αφτί ακούει ήχους από 20 Hz μέχρι 20 kHz, τότε η συχνότητα δειγματοληψίας των 44100 Hz με δείγματα των 16 bit είναι ικανοποιητική για την ψηφιοποίηση στερεοφωνικής ποιότητας ή μουσικής υψηλής πιστότητας. Αυτή η προδιαγραφή τυποποίησης είναι γνωστή ως ISO10149 και χρησιμοποιείται στην εγγραφή των μουσικών CD. Η παραπάνω συχνότητα είναι ικανοποιητική, διότι έχει αποδειχθεί ότι για να μην προκύπτει ουσιαστική παραμόρφωση σήματος, πρέπει η συχνότητα δειγματοληψίας να είναι τουλάχιστον διπλάσια από τη μέγιστη συχνότητα που υπάρχει στο σήμα.

Για την αποθήκευση ενός λεπτού στερεοφωνικής μουσικής (με το παραπάνω πρότυπο) απαιτούνται 10,1 ΜΒ, που προκύπτει από τον υπολογισμό: (2 κανάλια x 44100 x 16 εύρος δείγματος x 60sec) / 8.

Ο ψηφιοποιημένος ήχος έχει γενικά μεγάλες ανάγκες αποθήκευσης. Παράμετροι που μπορούν να επηρεάσουν το μέγεθος αυτό είναι: - ο ρυθμός δειγματοληψίας, το εύρος δείγματος καθώς και ο τρόπος αποθήκευσης των δειγμάτων. Για την αποθήκευση των δειγμάτων, υπάρχουν δύο βασικές τεχνικές. Στην πρώτη αποθηκεύεται το κάθε δείγμα ως έχει, ενώ στη δεύτερη αποθηκεύεται η διαφορά του από κάποιο δείγμα αναφοράς -η εφαρμογή μεθόδων συμπίεσης δεδομένων. Πολλές από αυτές βασίζονται στην απόρριψη μη ουσιωδών δεδομένων.

Αν το εύρος δείγματος είναι 8 bit, αυτό σημαίνει ότι μπορεί να προκύψουν 256 ([pic]) διαφορετικές τιμές. Με εύρος δείγματος 16 bit μπορούν να περιγραφούν 65536 ([pic]) διαφορετικές τιμές.

Η ομάδα MPEG (Motion Picture Expert Group) του ISO έχει δημιουργήσει πρότυπα για συμπίεση ήχου και βίντεο. Το πρότυπο MPEG-1, όσον αφορά τη συμπίεση ήχου επιτυγχάνει ιδιαίτερα μεγάλο λόγο συμπίεσης, χωρίς ιδιαίτερα αντιληπτή απώλεια στην πιστότητά του. Υπάρχουν τρεις παραλλαγές, οι MPEG1- Audio Layer I, II και III, με την τελευταία να επιτυγχάνει υψηλό λόγο συμπίεσης και με ποιότητα που πλησιάζει αυτήν των CD. Με το πρότυπο MPEG1 Audio Layer III είναι κωδικοποιημένα τα αρχεία ήχου mp3.

Για το χειρισμό ψηφιοποιημένου ήχου έχει αναπτυχθεί λογισμικό που παρέχει τη δυνατότητα για εγγραφή και επεξεργασία ψηφιοποιημένου ήχου καθώς και πολλές άλλες, όπως είναι τα διάφορα εφέ (π.χ. ενίσχυση, παραμόρφωση), η μείξη, κ.ά. Τέτοιο λογισμικό είναι το Syntrillium CoolEdit, Sonic Foundry Sound Forge, κ.ά., όπως και προγράμματα που συνοδεύουν την κάρτα ήχου. Για ηχογράφηση κατάλληλο είναι και το «Ηχογράφηση» των Windows.

Οθόνη από το Cool Edit Pro, πρόγραμμα για τη δημιουργία και επεξεργασία ψηφιοποιημένου ήχου

Ήχος MIDI Η ψηφιοποίηση αναλογικού ηχητικού σήματος δεν είναι η μόνη πηγή δημιουργίας αρχείων ήχου. Μια άλλη εξαιρετικά σημαντική δυνατότητα που έχουν τα τελευταία χρόνια οι υπολογιστές είναι η διασύνδεσή τους με ηλεκτρονικά όργανα μουσικής, για την απ ευθείας παραγωγή ήχου. Η δυνατότητα αυτή προέκυψε από τη δημιουργία ενός προτύπου κωδικοποίησης των ήχων που αντιστοιχούν σε διάφορα μουσικά όργανα, το οποίο υποστηρίχθηκε από μεγάλες κατασκευάστριες εταιρείες. Πρόκειται για το πρότυπο MIDI (Musical Instrument Digital Interface), μια διασύνδεση ανάμεσα σε υπολογιστή και μουσικό όργανο, που συνοδεύεται από ένα πρωτόκολλο επικοινωνίας, βάσει του οποίου κωδικοποιούνται βασικές λειτουργίες παραγωγής ήχου των ηλεκτρονικών μουσικών οργάνων. Οι κωδικοί MIDI μπορούν να παραχθούν από ένα πληκτρολόγιο που μοιάζει με αυτό του πιάνου και να αποσταλούν σε έναν συνθετητή (συνθεσάιζερ) που παίζει τη νότα σε ορισμένη ένταση και για ορισμένο χρόνο.

Για την αποθήκευση 1 λεπτού στερεοφωνικής μουσικής σε αρχείο MIDI απαιτούνται μόνο 4 έως 5 ΚΒ, ενώ σε αρχείο WAV, απαιτούνται, όπως είπαμε, 10,1 ΜΒ. Βέβαια, δεν μπορούν όλοι οι ήχοι να παραχθούν σε αρχείο MIDI. Για την ανθρώπινη φωνή, για παράδειγμα, ο μόνος τρόπος σήμερα είναι η ψηφιοποίπησή της.

Με ειδικό λογισμικό για μουσική σύνθεση γράφονται κωδικοί MIDI για τη μείξη ήχων σε διαφορετικά κανάλια. Αυτό διευκολύνει σημαντικά την επεξεργασία τους, η οποία γίνεται σε κάθε κανάλι χωριστά. Όταν συνδυαστούν, δίνουν την εντύπωση ολόκληρης ορχήστρας. Λογισμικό κατάλληλο γι' αυτήν την κατηγορία είναι το Cubase της Steinberg, το Cakewalk Pro της Twelve Tone, το Music Time Deluxe κ.ά.

Το πρόγραμμα MusicTime Deluxe προσφέρει όλα τα εργαλεία όχι μόνο για τη γραφή της παρτιτούρας ακόμα και με χρώματα αλλά και για το άκουσμα και την εγγραφή του κομματιού. Η εισαγωγή μιας νότας μπορεί να γίνει με το ποντίκι πάνω στο πεντάγραμμο σε συγκεκριμένη θέση ή από το εικονικό κλαβιέ του πιάνου. Από την παλέτα με τις νότες επιλέγουμε την αξία της νότας ή το σημείο αλλοίωσης και από το κλαβιέ τη συγκεκριμένη νότα. Από την παλέτα χρόνου επιλέγουμε το χρόνο στον οποίο θέλουμε να εκτελείται το κομμάτι. Δοκιμάζουμε, διορθώνουμε, βελτιώνουμε και στη συνέχεια αποθηκεύουμε το αρχείο σε μορφή MIDI.

Οθόνη από το MusicTime, ένα πρόγραμμα για τη σύνθεση μουσικής

Με το πρόγραμμα Making Waves που είναι απλό στη χρήση, αλλά με επαγγελματικές δυνατότητες, μπορεί να πραγματοποιηθεί η σύνθεση μουσικού κομματιού σε πολλά κανάλια (διαφορετικές γραμμές στην εικόνα). Κάθε κανάλι μπορεί να δεχτεί αρχείο ψηφιακού ήχου (wave) ή ένα midi όργανο. Με παραστατικό τρόπο ορίζονται οι νότες κάθε μουσικού μέτρου. Η σχηματική απεικόνιση του κομματιού εμφανίζεται στο δεξιό πλαίσιο, σχηματίζοντας μια «δαντέλα». Μπορεί κανείς να πει ότι έχουμε την εικονική (virtual) μορφή ενός πιάνου-λατέρνας.

Οθόνη από το πρόγραμμα Making Waves για σύνθεση μουσικού κομματιού

Οθόνη από τo Rebirth, ένα πρόγραμμα εξομοίωσης επαγγελματικών ηλεκτρονικών οργάνων για σύνθεση σύγχρονης μουσικής

Όσο εξελίσσεται η τεχνολογία MIDI, είναι δύσκολο να ξεχωρίσει κανείς τις δημιουργίες με υπολογιστή από την εγγραφή μιας πραγματικής εκτέλεσης. Πάντως σήμερα με το πρότυπο MIDI αποθηκεύεται μόνο μουσική.

Στον πίνακα 11.1 φαίνονται οι διάφορες κατηγορίες μορφοποίησης και οι τύποι αρχείων που προκύπτουν από αυτές.

Μορφοποίηση Επέκταση Περιγραφή αρχείου Audio Interchange File Format. Πρότυπο AIFF AIF/AIFF που χρησιμοποιείται από όλες τις γνωστές πλατφόρμες. Πρότυπο αρχείων ήχου με συμπίεση MMPEG -1 Layer ΙΙΙ MP3 PEG-1 Layer ΙΙΙ. WAVE WAV Πρότυπο ψηφιoποιημένου ήχου. Αποτελεί το βασικό πρότυπο των Windows.

MIDI MID Το πρότυπο για μουσικά αρχεία MIDI. RMI RMI Μορφοποίηση για μουσική MIDI.

Πίνακας 11.1 Τύποι αρχείων ψηφιοποιημένου και ήχου ΜΙDI