MP3 الصوتيةملفات الـ

تعتبر تكنولوجيا الـ MP3
من أهم التكنولوجيا التي طورت الملفات الصوتية وبالأخص عندما ظهر تأثيرها
على صناعة الموسيقى، فكما نعلم أن انتشار الأشرطة المغناطيسية التي
استخدمت لتخزين الصوت ومن ثم تعدد مشغلات هذه الأشرطة من أنواع المسجلات
ذات الأحجام المختلفة التي يصل منها إلى المحمول والضخم ثم انتشرت أقراص
اليزر المضغوطة (السي دي) والتي تميزت بنقاوة الصوت ووضوحه بالمقارنة
بأشرطة الكاسيت وقد طورت أجهزة لتشغيل أقراص الليزر.

مع انتشار استخدام شبكة الانترنت والحاجة إلى تدعيم المواقع بالصوت والصورة والفيديو تطورت تكنولوجيا التسجيل الرقمي Digital للصوت في صورة ملفات صوتية تعرف باسم MP3 وانتشرت بطريقة واسعة لمحبي الموسيقى وسمعها على الانترنت. حيث تميزت هذه الملفات الصوتية بنقاوتها ووضوحها وقلة حجم الملف الذي تحجزه من ذاكرة الحاسوب.



ملفات MP3

لا
بد لك من الرجوع إلى موضوع كيف تعمل أقراص الليزر لمعرفة كيف يمكن تخزين
المعلومات الصوتية (حديث أو موسيقى أو أغاني أو محاضرة) على أقراص الليزر
حيث يتم تخزين المعلومات الصوتية على قرص الليزر على شكل معلومات رقمية Digital Information.
المعلومات التي تخزن على قرص الليزر هي معلومات غير مضغوطة وذات جودة
فائقة فعلى سبيل المثال لنأخذ ما يحدث عند تسجيل أو إنتاج قرص ليزر يحتوي
على مقطوعة موسيقية.

يتم تقطيع المعلومات التناظرية وتحويلها الى معلومات رقمية بمعدل 44100 مرة لكل ثانية والتي تعرف بمصطلح Sample Rate وكل قطعة Sample تحجز 2 بايت (أي 16 بت)

يتم تخزين كل قطعة Sample مرتين واحدة للسماعة اليمين والثانية للسماعة اليسار في نظام الستيريو.

وبعملية حسابية بسيطة يمكن معرفة المساحة المطلوبة لتخزين زمن ثانية من الصوت على قرص ليزر سي دي.

44,100 samples/second * 16 bits/sample * 2 channels = 1,411,200 bits per second

وهذا
يعني انه يلزمنا مساحة تخزين وقدرها 1.4 مليون بت لكل ثانية اي ما يعادل
176000 بايت لكل ثانية. فإذا افترضنا ان في المتوسط يصل زمن اغنية الى 3
دقائق فإن هذه الاغنية ستخزن على قرص الليزر مستغلة مساحة قدرها 32 مليون
بايت أي 32MB
وهذا حجم كبير جداً يصعب التعامل معه على الانترنت فتحتاج إلى أكثر من
ساعتين لتحميله على جهازك إذا كنت تستخدم مودم للاتصال بالانترنت.

نأتي هنا إلى دور الـ MP3 فهي تكنولوجيا ضغط الملفات الصوتية حيث تساعد الـ MP3 في تقليل الذاكرة المستخدمة لتخزين الملفات الصوتية بطريقة لا تؤثر على نقاوة ووضوح الصوت. وبالتالي يمكن التأكيد على أن الهدف من نظام الـ MP3 هو ضغط الملفات الصوتية الرقمية المخزنة على قرص الليزر بمقدار يصل إلى 14 مرة دون التأثير على نقاوة الصوت ووضوحه. فيمكن تحويل 32MB من تسجيل على قرص الليزر إلى 3MB بصورة MP3 وبنفس الجودة. وهنا يمكن تحميل ملف صوتي 3MB في غضون دقائق بدلا من ساعات.

قبل الشروع في شرح فكرة ضغط الملفات الصوتية أو بمعنى آخر تحويل ملف صوتي من سي دي إلى MP3 دعنا نقوم بضرب عدد من الأمثلة على ضغط ملفات الوورد لتقليل حجمها في صورة ملف rar أو zip وكذلك ضغط الصور الفوتوغرافية في صورة GIF أو JPG
فهذه عبارة عن برامج ضغط تستخدم الغورثيم معين لضغط كل نوع من الملفات دون
التأثير في جودته ودقته مع التركيز في النهاية على تقليل حجم الذاكرة التي
يستغلها على القرص الصلب.

فكرة ضغط الملفات الصوتية تعتمد على الغورثيم يأخذ في عين الاعتبار خصائص الإذن البشرية والتي تتلخص في النقاط التالية:



1. هناك اصوات لا يمكن أن تسمعها الآذن البشرية.

2. هناك اصوات يمكن ان تسمعها الآذن البشرية بصورة أوضح من أصوات أخرى.

3. إذا وجد مصدرين للصوت في نفس اللحظة فنسمع الصوت الأعلى ولا نسمع الصوت المنخفض.



بأخذ
الحقائق السابقة في الحسبان فإن أجزاء عديدة من المقطوعة الموسيقى المراد
ضغطها يمكن ان يحذف دون ان يدرك المستمع إلى حدوث فرق بين الصوت قبل الضغط
(على قرص الليزر) أو بعده (ملف MP3). لأنه خلال عملية الضغط او التحويل تم حذف الأصوات الغير مسموعة والتي تتمثل في صورة ترددات لا تدركها الآذن البشرية.

مما سبق نلاحظ أن الـ MP3 هو ببساطة ملف صوتي مضغوط لتقليل المساحة التي يشغلها من ذاكرة الحاسوب ويصبح من السهل تداوله على شبكة الانترنت.



أصل التسمية MP3

ولمعرفة اصل التسمية دعنا نلقى الضوء على الأختصار MPEG وهو اختصار لـ Moving Picture Experts Group والتي تعني مجموعة خبراء الصورة المتحركة. هذه المجموعة طورت نظام لضغط ملفات الفيديو فيمكن على سبيل المثال ضغط ملفات الـ DVD أو ملفات HDTV أو ملفات المسجلة من القنوات الفضائية DSS وتحويلها إلى ملف MPEG
ليصبح حجم ملف الفيديو مناسب ويجدر ذكر ان ملفات الفيديو بالاضافة الى
الصورة تكون مصحوبة بالصوت وعند ضغط ملفات الفيديو إلى نسق الـ MPEG يتم ضغط الصوت بنسق يسمى MPEG الطبقة الثالثة للصوت MPEG audio layer-3 وتختصر بـ MP3.

وبالرغم من انتشار ملفات الـ MP3 توجد العديد من صيغ الملفات الرقمية الصوتية مثل:



WMA - Windows Media Audio



WAV - Waveform Audio



MIDI - Music Instrument Digital Interface.



AAC - Advanced Audio Coding (AAC)



Ogg Vorbis - A free, open, and un-patented music format



ADPCM - Adaptive Differential Pulse Code Modulation



ASF - Advanced Streaming Format



VQF - Vector Quantization Format







استخدام نسق الـ MP3

العديد منا يستخدم ملفات الـ MP3 لسماع الموسيقى على اجهزة الحاسوب بعد تحميلها من الانترنت وهناك العديد من المزايا للتعامل مع ملفات الـ MP3
على الحاسوب على سبيل المثال استخدام احد برامج تحرير الصوت لتحويل
الملفات الصوتي على قرص الليزر المضغوط لتحويل محتوياته إلى ملفات MP3
او العكس اي تحويل ملفات قمت بتحميلها من الانترنت على جهاز الحاسوب
وتحويلها الى ملفات صوتية على قرص الليزر كما يمكنك نسخ الاف المقطوعات
الموسيقة بنسق MP3 على اسطوانة ليزر وتشغيلها على جهاز الحاسوب.



يمكنك
ايضا باستخدام برامج تحرير الصوت من عمل المونتاج الذي تريد مثل اضافة صدى
الصوت أو زيادة تكبير الصوت او حذف التشويش والضوضاء او دمج مقطوعين او
حذف جزء او غيرها من عمليات التحرير ثم تخزينها بالصورة الجديدة

هذا بالاضافة الى انتشار مشغلات خاصة لتشغيل ملفات الـ MP3 سنتحدث عنها لاحقاً.

التكنولوجيا ساعدت في تسهيل تحميل ملفات الموسيقى من الانترنت وتشغيلها على جهاز الحاسوب



تشغيل ملفات الـ MP3

كان في البداية لتشغيل الملفات الصوتية بنسق الـ MP3 تحتاج إلى برنامج خاص تحمله على جهاز الحاسوب لسماع الملفات الصوتية وكان اشهر هذه البرامج هو منتج شركة winamp، ولكن حاليا فإن معظم مشغلات الصوت مثل برنامج Real player وبرنامج Media player الشهيران يمكنهم تشغيل ملفات الـ MP3 بالاضافة الى البرامج الأخرى.



إذا لم تمتك كمبيوتر كيف يمكن سماع ملفات الـ MP3

طورت العديد من الشركات العالمية مثل سوني وكرياتيف وسامسونج مشغلات لملفات Mp3
التي يتم تحميلها من الحاسوب ونقلها الى تلك الاجهزة ويمكنك ايضا نسخ هذه
الملفات على اسطوانات سي دي وسماعها على الاجهزة التي تدعم هذه
التكنولوجيا وحاليا اضيفت هذه الخاصية الى مسجلات السيارات الحديثة.



مشغل ملفات الـ MP3 الصوتية

منذ اختراع مشعلات الـ MP3 في عام 1998 وحتى الان تعتبر هذه المشغلات اعظم تطور في مجال اجهزة تشغيل الموسيقى والصوتيات. وذلك للمزايا العديدة التي اضفتها مشغلات الـ MP3 وتميزت بها عن مشغلات الكاسيت والسي دي





مراحل تطور مشغلات الصوت

1877 - Thomas Edison invents the phonograph.



1880s - Nikolai Tesla invents radio.



1887 - Emile Berliner patents gramophone, using flat zinc discs.



1906 - First
radio program of voice and music is broadcast using a continuous wave
of electromagnetic energy from Brant Rock on Massachusetts's Cape Cod.



1929 - Frequency Modulation (FM) radio introduced



1934 - Joseph Begun builds first tape recorder for broadcasting.



1948 - Columbia Records introduces the long-playing (LP) record, which is played at 33.3 revolutions per minute (RPM).



1949 - RCA introduces 45 RPM records.



1965 - 8-track magnetic tape introduced



1969 - Internet created



1979 - Sony Walkman cassette player introduced (By 1995, 150 million sold)



1983 - Sony and Philips introduce compact disc technology.



1986 - Sony develops MiniDisc technology, six years prior to its commercial launch in 1992.



1989 - The Fraunhofer Institute in Germany patents MP3 format.



1992 - Phillips
introduces the Digital Compact Cassette (DCC). Both Sony (with the
MiniDisc) and Phillips (with DCC) hope to takeover where audio
cassettes left off.



1998 - First MP3 players introduced (Saehan's MPMan, sold in Korea)







حيث
يمكن ترتيب وتشغيل الاف المقطوعات الموسيقية على جهاز صغير كما هو موضح في
الشكل وتصنيفها وترتيبها ويوجد العديد من الاشكال المختلفة لمشغلات الـ MP3 بما فيها اجهزة الجوال التي تدعم ملفات الـ MP3.







تكنولوجيا مشغلات الـ MP3

تختلف مشغلات الـ MP3عن
مشغل الكاسيت والسي دي في انها لا تحتوي على اية قطع تتحرك ميكانيكية حيث
لا توجد تروس او بكرات او موتور لادارة شريط الكاسيت او السي دي حيث تقوم
مشغلات الـ MP3 بتشغيل ملفات الكترونية بنفس فكرة تشغيل ملفات الكمبيوتر. وهذا يعد انتقالاً نوعياً في فكرة عمل الاجهزة الصوتية فمراحل تشغيل ملفات الـ MP3 هي:



1 استدعاء ملف MP3 المطلوب من الذاكرة.

2 فك تشفير الملف.

3 تكبير الاشارة الصوتية لتمكين السماعات من اخراج الصوت.



ولاداء هذه المراحل الثلاثة فإن جهاز مشغل الـ MP3 يحتوي على ما يلي:



مدخل للبيانات Data port

ذاكرة Memory

ميكروبروسيسور Microprocessor

معالج الاشارة الرقمية Digital signal processor (DSP)

شاشة عرض Display

ازرار التحكم Playback controls

مخرج للصوت Audio port

مكبر الصوت Amplifier

وحدة تغذية كهربية Power supply

لوحة الكترونية لمشغل MP3







ويتصل مشغل الـ MP3 بجهاز الكمبيوتر من خلال وصلة USB أو وصلة FireWire وذلك لتبادل المعلومات وتحميل الملفات الصوتية المطلوبة داخل الجهاز.

وتختلف الوسائط المستخدمة من قبل أجهزة الـ MP3 لتخزين الملفات الصوتية وهي



* ذاكرة فلاشInternal Flash memory

* كرت فلاش CompactFlash cards

* ملتيميديا كارت SmartMedia cards

* شريحة ذاكرة Memory Stick



هذا بالإضافة إلى إمكانية أن تحتوي المشغلات على قرص صلب HardDisk في حالة الحاجة إلى ذاكرة هائلة تصل إلى 40GB مثلاً.

يعتبر الميكروبروسسور Microprocessor
العنصر الرئيسي في تشغيل الجهاز وهو يمثل العقل المتحكم في كافة العمليات
مثل تلقي تعليمات التشغيل من المستخدم وتنفيذها وإظهار المعلومات على شاشة
العرض وتطبيق إشارة معالج الإشارة الرقمية الـ DSP على النغمة الصوتية لإعطاء التأثير الصوتي المطلوب.

تشغيل ملفات الـ MP3

أما معالج الإشارة الرقمية الـ DSP
فهو عبارة عن تطبيق تأثير صوتي مبرمج مسبقا على النغمة الصوتية مثل كلاسيك
أو غيره من التأثيرات كما يتحكم في توزيع شدة الصوت على تردد الصوت وهو ما
يعرف باسم الجرافيك اكولايزر EQ.



أما مكبر الصوت Amplifier فيقوم بتكبير شدة الإشارة الصوتية وإرسالها إلى مخرج الصوت المرتبط بالسماعات لنتمكن من سماع الصوت من خلالها.



وتعتمد التغذية الكهربية لمشغل الـ MP3 على بطاريات عادية وتبلغ مدة التشغيل من 1- إلى 12 ساعة تقريباً.



أما الجزء الرئيسي لمشغل الـ MP3 فتعتمد على الذاكرة المستخدمة Memory وسعة الذاكرة تلعب دوراً رئيسياً في تحديد سعر الجهاز وتتنوع الذاكرة المستخدمة حسب الشركة المنتجة للجهاز فهي أما تكون ذاكرة فلاش Flash Memory
والتي تتميز بصغر حجمها وخفة وزنها وتتميز أيضا بعدم وجود أي حركة
ميكانيكية فهي لا تتأثر بالحركة او الارتجاج، ولكن سعتها التخزينية محدودة
وهذا مما يجعل البطارية تعمل لفترات أطول.

أما النوع الثاني من الذاكرة فهو الذي يعتمد على قرص صلب Hard drive
والذي يعد أثقل وزناً من ذاكرة الفلاش ولكن يكون ذو سعة تخزينية هائلة
تستطيع تحميل ما يزيد عن 70 ساعة صوتية أو أكثر ولكن القرص الصلب يعمل من
خلال حركة العديد من أجزاءه مثل القرص الصلب المستخدم في أجهزة الكمبيوتر
فالحركة والارتجاج الذي قد يتعرض له الجهاز يؤدي إلى انقطاع في التسلسل
الصوت المنبعث منه وهذا النوع يستنزف البطارية أسرع من ذاكرة الفلاش وفي
الأغلب يكون مزود بمحول كهربي بالإضافة إلى البطارية.

أما النوع الثالث من الذاكرة المستخدمة فهو القرص المدمج CD والذي يمكنك من نسخ ملفات الـ MP3 التي على جهاز الكمبيوتر على CD وتشغيلها كما لو كانت ملفات صوتية مع الفارق انه يمكن نسخ ما يقارب 150 قطعة موسيقية تبلغ كل قطعة 4 دقائق بنفس جودة الـ Audio CD الذي يحتوي على 12-20 قطعة موسيقية فقط. وتسمي هذه الأجهزة التي تعتمد على التخزين على CD بمشغل MP3 CD وتكون في الأغلب ارخص سعرا من الأجهزة التي تعمل بذاكرة الفلاش.


حديثا طورت شركة سوني ذاكرة للتخزين تسمي MiniDisc لتشغيل كافة الملفات الصوتية الرقمية ويصل سعته التخزينية إلى 1GB او 45 ساعة من الصوت ويمنها تشغيل عدة أنواع من الملفات الصوتية مثل MP3 او WMA أو WAV. كما بمكن تخزين ملفات الوورد والاكسيل او ما يعرف بملفات البيانات.