تعتبر تكنولوجيا الـ MP3 من أهم أنواع 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 الليزر 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.
لابد 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 أصوات لا يمكن أن تسمعها الآذن البشرية.
2. هناك أصوات يمكن أن 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 أن يحذف دون أن يدرك المستمع إلى حدوث فرق بين الصوت قبل الضغط (على قرص الليزر) أو بعده (ملف MP3). لأنه خلال عملية الضغط أو 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.
ولمعرفة أصل التسمية دعنا نلقى الضوء على الاختصار 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 بالذكر أن ملفات الفيديو بالإضافة إلى 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
العديد منا يستخدم ملفات الـ MP3 لسماع الموسيقى على أجهزة 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 أو العكس أي تحويل ملفات قمت بتحميلها من الانترنت على جهاز الحاسوب وتحويلها إلى ملفات صوتية على قرص الليزر كما يمكنك نسخ آلاف المقطوعات الموسيقية بنسق MP3 على اسطوانة ليزر وتشغيلها على جهاز الحاسوب.
يمكنك أيضا باستخدام برامج تحرير الصوت من عمل المونتاج الذي تريد مثل إضافة صدى الصوت أو زيادة تكبير الصوت أو حذف التشويش والضوضاء أو دمج مقطوعين أو حذف جزء أو غيرها من عمليات التحرير ثم تخزينها بالصورة الجديدة
هذا بالإضافة إلى انتشار مشغلات خاصة لتشغيل ملفات الـ MP3 سنتحدث عنها لاحقاً.
التكنولوجيا ساعدت في تسهيل تحميل ملفات الموسيقى من الانترنت وتشغيلها على جهاز الحاسوب
كان في البداية لتشغيل الملفات الصوتية بنسق الـ MP3 تحتاج إلى برنامج خاص تحمله على جهاز الحاسوب لسماع الملفات الصوتية وكان أشهر 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 بالإضافة إلى البرامج الأخرى.
إذا لم تمتلك 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 إلى تلك الأجهزة ويمكنك أيضا نسخ هذه الملفات على اسطوانات سي دي وسماعها على الأجهزة التي تدعم هذه التكنولوجيا وحاليا أضيفت هذه الخاصية إلى مسجلات السيارات الحديثة.
منذ اختراع مشعلات الـ MP3 في عام 1998 وحتى الآن تعتبر هذه المشغلات أعظم تطور في مجال أجهزة تشغيل الموسيقى والصوتيات. وذلك للمزايا العديدة التي أضفتها 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 آلاف المقطوعات الموسيقية على جهاز صغير، ويوجد العديد من الأشكال المختلفة لمشغلات الـ MP3 بما فيها أجهزة الجوال التي تدعم ملفات الـ MP3.
تختلف مشغلات الـ MP3عن مشغل الكاسيت والسي دي في أنها لا تحتوي على أية قطع تتحرك ميكانيكية حيث لا توجد تروس أو بكرات أو موتور لإدارة شريط الكاسيت أو السي دي حيث تقوم مشغلات الـ MP3 بتشغيل ملفات الكترونية بنفس فكرة تشغيل ملفات الكمبيوتر. وهذا يعد انتقالاً نوعياً في فكرة عمل الأجهزة الصوتية فمراحل تشغيل ملفات الـ MP3 هي:
1 استدعاء ملف MP3 المطلوب من الذاكرة.
2 فك تشفير الملف.
3 تكبير الإشارة الصوتية لتمكين السماعات من إخراج الصوت.
ولأداء هذه المراحل الثلاثة فإن جهاز مشغل الـ MP3 يحتوي على ما يلي:
مدخل للبيانات Data port
ذاكرة Memory
ميكروبروسيسور Microprocessor
معالج الإشارة الرقمية Digital signal processor (DSP)
شاشة عرض Display
أزرار 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.