ד. סאונד ואודיו
חשיבות הנושא
הבנת התכונות של הסאונד והאודיו תעזור לתלמיד להתמצא בכלים של תוכנת עריכת הקול העושים שימוש בתכונות אלה.
תת-הנושאים
ד.1 גלי הקול והתפשטותם במרחב.
ד.2 אמפליטודה – עוצמת הקול.
ד.3 אורך הגל והתדירות.
ד.4 גון הקול.
ד.5 אודיו אנלוגי ואודיו דיגיטלי
מטרות אופרטיביות
1. התלמיד יבין את התכונות הפיזיות של הקול.
2. התלמיד יכיר את מושגי היסוד של סאונד ואודיו שיבואו לידי ביטוי בעיצוב הפסקול ובעריכת הסאונד.
מושגים מרכזיים
● סאונד
● אודיו
● גלי קול
● אמפליטודה
● אורך גל
● תדירות
● dB
● dB SPL
● dBFS
● גון הקול
● פיק
● תחום דינמי
● אודיו אנלוגי
● אודיו דיגיטלי
● סיבית
● דגימת קול
● שיעור דגימה
● עומק סיביות
ד.1 גלי הקול והתפשטותם במרחב
קול (Sound) הוא צורה של אנרגיה מכנית בטבע המתפשטת באמצעות גלים. קיומו מותנה בשני גורמים: מקור ומדיום. המדיום הוא החומר המשמש אמצעי להעברת הקול. בניגוד לגלים אלקטרומגנטיים, כמו גלי רדיו או אור, המתפשטים בחלל ריק, לקול אין קיום ללא המדיום. אילו היינו יכולים לצאת לטיול בחלל החיצון והיינו עדים להתפוצצות מרהיבה של כוכב, לא היינו שומעים דבר, כי גלי קול אינם יכולים להיווצר בחלל ריק. ולא, לא נוכל לשמוע גם את החללית החולפת על פנינו, בניגוד למה שקורה בסרטים. רעש של חללית חולפת הוא טריק של עיצוב פסקול, הנוגד את המציאות. המדיום שבעזרתו אנו שומעים את הקול הוא האוויר. מקור הקול יוצר גלים שמתפשטים באוויר. כאשר גלים אלה מגיעים לאוזנינו אנו שומעים את הקול. את התפשטות הקול באוויר בצורה של גלים אנו יכולים לדמות לגלים במים כאשר אנו זורקים אבן לתוך מים. ברגע שהאבן נופלת לתוך המים, מולקולות המים דוחפות זו את זו ונוצרים גלים מעגליים המתפשטים מהמרכז החוצה.
אבן נזרקת למים
את מה שהאבן עושה למולקולות המים עושה הקול למולקולות האוויר. דחיפת מולקולות האוויר גורמת לסדרה של דחיסה ודילול בלחץ האוויר באופן מחזורי. השינוי המחזורי בלחץ האוויר המגיע לאוזנינו גורם לנו לשמוע את הקול. האנרגיה של גלי הקול יכולה להיות מיוצגת כפונקציה גרפית. גל הקול הפשוט ביותר מיוצג על ידי הסינוס:
באיור זה הקו האופקי מייצג את ציר הזמן. החלק שנמצא מעליו מראה את מידת הדחיסה של האוויר, והחלק שמתחתיו מראה את מידת דילול האוויר. נקודת השיא של הדחיסה או הדילול נקראת פיק (peak).
ד.2 אמפליטודה – עוצמת הקול
ההפרש בין נקודות השיא של הדחיסה והדילול הוא האמפליטודה. האמפליטודה היא המדד לעוצמת הקול. עוצמת הקול נמדדת בדציבלים – decibel – dB.
הדציבל הוא יחידת מידה שלעתים קרובות קשה להבין את אופייה, מכיוון שהיא מידה יחסית ולא מוחלטת. זוהי יחידה חסרת ממדים משלה, והיא השוואתית. כאשר אומרים לנו "שני מטרים" או "חמישה קילוגרמים", כולנו מבינים את הכוונה. לעומת זאת, כאשר אומרים לנו "10 dB"
עלינו לשאול "יחסית למה?" כלומר, מהי נקודת ה- 0 ומה היא מבטאת? לכן יחידת מידה זו מופיעה בדרך כלל עם אותיות נוספות המבטאות את נקודת ההתייחסות, כגון dBA, dBC, dBV, dBFS ועוד.
נכיר שניים מתוך מדדים אלה: dB SPL ו-dBFS.
dBFS הוא מדד לעוצמה של אודיו דיגיטלי, כמו שהוא נמדד בתוכנות עריכה ועריכת סאונד. במדד זה 0 dBFS הוא העוצמה הגבוהה ביותר שיכולה להיות. מעבר לעוצמה זו הסאונד יישמע מעוות.
Sound Pressure Level) dB SPL) הוא יחידת דציבל המודדת את השינוי בלחץ האוויר שיוצרים גלי הקול. במדד זה 0 dB SPL הוא העוצמה הנמוכה ביותר שאוזן האדם יכולה לשמוע, ועוצמת הקול שיחידה זו מודדת מתבטאת בהשוואה לנקודת 0 זאת. הנה כמה דוגמאות לעוצמות הקול שמבטאת יחידת מידה זו:
סף השמיעה של האוזן האנושית 0 dB SPL
לחישה ממרחק של 5 מטרים 30 dB SPL
שיחה נינוחה dB SPL 60
הקרנת סרט באולם קולנוע dB SPL 90
מופע רוק dB SPL 110
רעם, סף הכאב dB SPL 120
מנוע סילון ממרחק 30 מטרים dB SPL 130
המראת משגר חללית dB SPL 180
שלא כמו רוב יחידות המידה האחרות, ה-dB הוא יחידת מידה לוגריתמית ולא ליניארית. 140 מטרים הם פי שניים מ-70 מטרים. אין זה כך ב-dB. הפרש עוצמה של 10 dB הוא פי שניים, הפרש של 20 dB הוא פי 4, הפרש של 30 dB הוא פי 8 וכן הלאה. [1]
בכל החלק הזה המספרים צריכים להיות משמאל ליחידות המידה dB ו- dB SPL. לא הצלחתי לעשות את זה :(
ד.3 אורך הגל והתדירות
מחזור אחד של דחיסה ודילול האוויר הוא אורך הגל. מספר המחזורים של הגל בשנייה אחת הוא התדירות של הקול. ככל שאורך הגל גדול יותר, כך מספר המחזורים בשנייה אחת קטן יותר, כלומר התדירות של הקול נמוכה יותר. ככל שאורך הגל קטן יותר, מספר המחזורים בשנייה גדול יותר, כלומר התדירות של הקול גבוהה יותר. התדירות היא מדד לגובה הקול. קולות בתדירות נמוכה הם צלילים נמוכים, וקולות בתדירות גבוהה הם צלילים גבוהים. תדירות הקול נמדדת ביחידות הרץ (Hz) או קילו-הרץ (kHz).
התדירות היא פונקציה של מהירות הקול ואורך הגל:
הקול מתפשט במדיומים שונים במהירויות שונות. במים מהירות הקול היא פי 4 מאשר באוויר. מהירותו של קול העובר דרך ברזל היא פי 15 מאשר מהירות קול העובר באוויר.
מכיוון שבאופן טבעי אנו שומעים את הקול דרך האוויר, מה שרלוונטי לנו הוא מהירות הקול באוויר, שהיא 340 מטר בשנייה (ייתכנו מעט שינויים, בהתאם לטמפרטורה וללחות האוויר). על כן, לפי הנוסחה שלמעלה:
גל קול באורך 3.43 מטר – תדירותו היא 100 הרץ
גל קול באורך 34.3 סנטימטר – תדירותו היא 1,000 הרץ (1 קילוהרץ)
גל קול באורך 34.3 מילימטר – תדירותו היא 10,000 הרץ (10 קילוהרץ)
לחצו על הקישורים והקשיבו לצלילים בתדירויות האלה:
באופן תיאורטי אוזן האדם יכולה לשמוע צלילים בתחום התדרים שבין 20 הרץ לבין 20,000 הרץ. אך לא רבים מסוגלים לשמוע קולות שגבוהים מ-17,000 הרץ.
תחום התדרים שביכולתנו לשמוע הולך ומצטמצם עם הגיל. דבר נוסף שפוגע ביכולת זו הוא חשיפה לקולות בעוצמה חזקה מאוד.
ד.4 גון הקול
התדירות (הגובה) והאמפליטודה (העוצמה) הם שני מרכיבים חיוניים של הקול, אבל הם אינם מספיקים כדי להבדיל בין קולות. פסנתר וכינור יכולים לנגן אותו תו באותה עוצמה, ואנו נבדיל בנקל בין הקולות שהם מפיקים. גם כאשר זמר וזמרת ישמיעו אותו התו בדיוק, נוכל להבדיל בין קולותיהם. בני משפחתנו וחברינו יכולים לזהות את הקול שלנו, הייחודי לנו, ללא כל קושי.
מכאן שלקול יש מרכיב נוסף, שהוא כמו טביעת אצבע שגורמת לנו לזהות אותו ולהבדיל בינו לבין קול אחר. מעין חתימה קולית. זהו גון הקול.
הצלילים ה"נקיים" בתדירויות של 100, 1,000 ו-10,000 הרץ שהקשבנו להם קודם נוצרו על ידי מכשיר אלקטרוני. התדירות (הגובה) והאמפליטודה (העוצמה) שלהם קבועים. אך רוב רובם של הצלילים שאנו שומעים אינם כוללים רק תדר אחד ואינם בעוצמה קבועה, אלא מורכבים ממגוון של תדרים ועוצמות שיוצרים צורת גל ייחודית, מסועפת הרבה יותר מהסינוס הפשוט:
הקול מורכב מתדירות יסוד, שהיא התדירות הנמוכה ביותר ובעלת האמפליטודה הגדולה ביותר של אותו צליל, ובנוסף לכך צלילים עיליים בעלי תדירויות גבוהות יותר. השילוב הזה הוא שיוצר את גון הקול המאפשר לנו להבדיל בין קולות של כלי נגינה שונים ולהבחין בין קולות של בני אדם שונים. תדירות היסוד קובעת את תחושת גובה הצליל.
השינויים באמפליטודה (בעוצמה) של הקול המוקלט כפי שהם נראים בתמונה למעלה נקראים תחום דינמי (Dynamic Range). ככל שהשינויים גדולים יותר, כך התחום הדינמי גדול יותר. הקולות שאנו שומעים בעולמנו הם בעלי עושר מבחינת הגובה, העוצמה והגוון, וכך גם בסרט. הבנת המאפיינים הפיזיקליים של הקול ומורכבותם של הצלילים תעזור לנו בעבודה על פסקול הסרט.
בקטע מוזיקלי כלשהו המורכב מכמה כלים שמנגנים יחד וכולל גם שירה, הקולות השונים המופקים מכלי הנגינה ומגרונו של האדם הם בעלי גוונים, גבהים ועוצמות שונות המשתלבים יחד היטב. בשילוב הזה בדרך כלל לא רק שהקולות השונים לא מפריעים זה לזה, אלא הם משלימים זה את זה. בעיצוב פסקול, אנו שואפים לשילוב דומה.
ד.5 אודיו אנלוגי ואודיו דיגיטלי
האודיו (Audio) הוא אחסון ושחזור של קול (Sound) באמצעות מכשירים.
שני סוגי האודיו הם אודיו אנלוגי ואודיו דיגיטלי. האודיו האנלוגי מייצג ומשחזר את הקול באמצעות הפרשי מתחים חשמליים, ואילו האודיו הדיגיטלי עושה זאת באמצעות דגימת הקול והפיכתה לקובץ מחשב המורכב מסיביות.
סיבית (Bit) היא קיצור של "ספרה בינארית" (באנגלית: Binary Digit) זוהי היחידה הקטנה ביותר לאחסון מידע בעולם הדיגיטלי. ערכה יכול להיות 0 או 1.
באודיו אנלוגי, כאשר המיקרופון מקליט קול, הוא הופך את הדחיסה והדילול של האוויר להפרשים של מתחים חשמליים. כבל המיקרופון מעביר את שינויי המתחים האלה לסרט מגנטי שבו נטענים חלקיקים בעוצמות מגנטיות שונות, וכך נוצרת הקלטה אנלוגית.
הרמקול עושה את הפעולה ההפוכה של המיקרופון. באמצעות הרמקול הפרשי המתחים שהוקלטו (האודיו האנלוגי) הופכים בחזרה לדחיסה ודילול האוויר, וכך אנו שומעים קול (Sound) שמקורו באודיו מוקלט.
דגימת הקול
היום, בעידן המחשבים, המיקרופון והרמקול עדיין עובדים בשיטה האנלוגית, אבל ההקלטה היא דיגיטלית. ממיר אנלוגי-דיגיטלי הופך את הפרשי המתחים שהמיקרופון מעביר לסדרה של סיביות הנשמרות בקובץ מחשב. תהליך זה נקרא דגימה.
לאודיו הדיגיטלי יש שני מאפיינים שקובעים את איכותו, כלומר את רמת הדיוק בשחזור של הקול שהוא מייצג: שיעור דגימה ועומק הסיביות.
שיעור הדגימה (Sample Rate)
זהו מספר הפעמים שהקול נדגם במשך שנייה אחת. שיעור הדגימה קובע את תחום התדרים המוקלט. ככל ששיעור הדגימה גבוה יותר, כלומר יש יותר דגימות בתוך שנייה אחת, כך גלי הקול דומים יותר לגלי הקול המקוריים המוקלטים. שיעור דגימה נמוך יוצר גל אחר מאשר הגל המקורי ומקטין את תחום התדרים של הקול הדגום. על כן איכות הקול שהוא מייצר נמוכה יותר.
שני האיורים שלהלן מתארים את ייצוג ההבדל בין גלים שנוצרו כתוצאה משיעור דגימה גבוה ושיעור דגימה נמוך. הקווים האנכיים השחורים מייצגים את מספר הדגימות על פני הזמן. האיור העליון מראה שיעור דגימה גבוה, והאיור התחתון שיעור דגימה נמוך של אותו קול. הקו הירוק הוא הגל המעוות שנוצר כתוצאה משיעור הדגימה הנמוך.
שיעור דגימה גבוה
שיעור דגימה נמוך
כדי ששיעור דגימה יהיה באיכות גבוהה הוא צריך להיות יותר מפי שניים מתדירות הקול הגבוהה ביותר. מכיוון שהתדר הגבוה ביותר שאוזנינו יכולות לשמוע הוא kHz 20 שיעור הדגימה צריך להיות יותר מ-kHz40.
בתעשיית המוזיקה משתמשים ב-44.1 Khz, ואילו בעולם הסרטים שיעור הדגימה המקובל הוא 48 kHz.
עומק סיביות (Bit Depth)
עומק סיביות הוא מספר הסיביות המשמשות כל דגימה בודדת. מספר זה קובע את תחום האמפליטודה של הקול הנדגם. ככל שמספר הסיביות גבוה יותר, כך תחום האמפליטודה, כלומר תחום העוצמות של הקול, יהיה נאמן יותר לזה של הקול הנדגם. למשל, דגימה ב-32 סיביות תהיה גבוהה יותר מדגימה ב-8 סיביות.
בעולם הסרטים מקובל להשתמש בעומק של 24 סיביות.
הסטנדרט של קובצי האודיו המשמשים אותנו בתוכנות העריכה הוא 48 KHz 16 Bit. כלומר, שיעור דגימה של 48 קילו-הרץ עם 16 סיביות לכל דגימה. אלה הם ערכי ייצוג המספיקים לדגימה ולשחזור של קול באיכות גבוהה.
קובצי אודיו דיגיטלי
האודיו יכול להיות בפורמטים שונים של קבצים. הפורמטים הנפוצים ביותר הם:
● wav – פורמט אודיו באיכות גבוהה ביותר שמקורו בתוכנת חלונות.
● aiff – פורמט שמקורו במקינטוש, שיכול להופיע באיכויות שונות.
● mp3 – פורמט מכווץ שיכול להופיע במגוון גדול של איכויות ומשמש להקטנת גודלם של קובצי אודיו.
מדידת האודיו הדיגיטלי
האודיו הדיגיטלי נמדד ביחידות dB Full Scale) dBFS).
במדד זה נקודת ההתייחסות 0 dBFS היא העוצמה החזקה ביותר האפשרית. לכן ערכי העוצמה באודיו הדיגיטלי הם מתחת לאפס, כלומר ערכים שליליים.