تعتبر تکنولوجیا الـ MP3 من اهم التکنولوجیا التی طورت الملفات الصوتیة وبالأخص عندما ظهر تأثیرها على صناعة الموسیقى، فکما نعلم ان انتشار الاشرطة المغناصیسیة التی استخدمت لتخزین الصوت ومن ثم تعدد مشغلات هذه الاشرطة من انواع المسجلات ذات الاحجام المختلفة التی یصل منها الى المحمول والضخم ثم انتشرت اقراص الیزر المضغوطة (السی دی) والتی تمیزت بنقاوة الصوت ووضوحه بالمقارنة بأشرط الکاسیت وقد طورت اجهزة لتشغیل اقراص اللیزر.
مع انتشار استخدام شبکة الانترنت والحاجة إلى تدعیم المواقع بالصوت والصورة والفیدیو تطورت تکنولوجیا التسجیل الرقمی Digital للصوت فی صورة ملفات صوتیة تعرف باسم MP3 وانتشرت بطریقة واسعة لمحبی الموسیقى وسمعها على الانترنت. حیث تمیزت هذه الملفات الصوتیة بنقاوتها ووضوحها وقلة حجم الملف الذی تحجزه من ذاکرة الحاسوب.

ملفات MP3

المعلومات التی تخزن على قرص اللیزر هی معلومات غیر مضغوطة وذات جودة فائقة فعلى سبیل المثال لنأخذ ما یحدث عند تسجیل او انتاج قرص لیزر یحتوی على مقطوعة موسیقیة.
یتم تقطیع المعلومات التناظریة وتحویلها الى معلومات رقمیة بمعدل 44100 مرة لکل ثانیة والتی تعرف بمصطلح Sample Rate وکل قطعة Sample تحجز 2 بایت (أی 16 بت)
یتم تخزین کل قطعة Sample مرتین واحدة للسماعة الیمین والثانیة للسماعة الیسار فی نظام الستیریو.
وبعملیة حسابیة بسیطة یمکن معرفة المساحة المطلوبة لتخزین زمن ثانیة من الصوت على قرص لیزر سی دی.
44,100 samples/second * 16 bits/sample * 2 channels = 1,411,200 bits per second
وهذا یعنی انه یلزمنا مساحة تخزین وقدرها 1.4 ملیون بت لکل ثانیة ای ما یعادل 176000 بایت لکل ثانیة. فإذا افترضنا ان فی المتوسط یصل زمن اغنیة الى 3 دقائق فإن هذه الاغنیة ستخزن على قرص اللیزر مستغلة مساحة قدرها 32 ملیون بایت أی 32MB وهذا حجم کبیر جداً یصعب التعامل معه على الانترنت فتحتاج وقت طویل نسبیا لتحمیله على جهازک اذا کنت تستخدم مودم للاتصال بالانترنت.
نأتی هنا الى دور الـ MP3 فهی تکنولوجیا ضغط الملفات الصوتیة حیث تساعد الـ MP3 فی تقلیل الذاکرة المستخدمة لتخزین الملفات الصوتیة بطریقة لا تؤثر على نقاوة ووضوح الصوت. وبالتالی یمکن التأکید على أن الهدف من نظام الـ MP3 هو ضغط الملفات الصوتیة الرقمیة المخزنة على قرص اللیزر بمقدار یصل إلى 14 مرة دون التأثیر على نقاوة الصوت ووضوحة. فیمکن تحویل 32MB من تسجیل على قرص اللیزر إلى 3MB بصورة MP3 وبنفس الجودة. وهنا یمکن تحمیل ملف صوتی 3MB فی غضون دقائق بدلا من ساعات.
قبل الشروع فی شرح فکرة ضغط الملفات الصوتیة او بمعن اخر تحویل ملف صوتی من سی دی إلى MP3 دعنا نقوم بضرب عدد من الأمثلة على ضغط ملفات الوورد لتقلیل حجمها فی صورة ملف rar أو zip وکذلک ضغط الصور الفوتوغرافیة فی صورة GIF أو JPG فهذه عبارة عن برامج ضغط تستخدم الغورثیم معین لضغط کل نوع من الملفات دون التأثیر فی جودته ودقته مع الترکیز فی النهایة على تقلیل حجم الذاکرة التی یستغلها على القرص الصلب.
فکرة ضغط الملفات الصوتیة تعتمد على الغورثیم یأخذ فی عین الاعتبار خصائص الاذن البشریة والتی تتلخص فی النقاط التالیة:
1.هناک اصوات لا یمکن أن تسمعها الآذن البشریة.
2.هناک اصوات یمکن ان تسمعها الآذن البشریة بصورة اوضح من اصوات اخرى.
3.اذا وجد مصدرین للصوت فی نفس اللحظة فنسمع الصوت الأعلى ولا نسمع الصوت المنخفض.
بأخذ الحقائق السابقة فی الحسبان فإن أجزاء عدیدة من المقطوعة الموسیقة المراد ضغطها یمکن ان یحذف دون ان یدرک المستمع الى حدوث فرق بین الصوت قبل الضغط (على قرص اللیزر) أو بعده (ملف MP3). لانه خلال عملیة الضغط او التحویل تم حذف الاصوات الغیر مسموعة والتی تتمثل فی صورة ترددات لا تدرکها الآذن البشریة.
مما سبق نلاحظ أن الـ MP3 هو ببساطة ملف صوتی مضغوط لتقلیل المساحة التی یشغلها من ذاکرة الحاسوب ویصبح من السهل تداوله على شبکة الانترنت.

أصل التسمیة MP3

ولمعرفة اصل التسمیة دعنا نلقى الضوء على الأختصار MPEG وهو اختصار لـ Moving Picture Experts Group والتی تعنی مجموعة خبراء الصورة المتحرکة. هذه المجموعة طورت نظام لضغط ملفات الفیدیو فیمکن على سبیل المثال ضغط ملفات الـ DVD أو ملفات HDTV أو ملفات المسجلة من القنوات الفضائیة DSS وتحویلها إلى ملف MPEG لیصبح حجم ملف الفیدیو مناسب ویجدر ذکر ان ملفات الفیدیو بالاضافة الى الصورة تکون مصحوبة بالصوت وعند ضغط ملفات الفیدیو إلى نسق الـ MPEG یتم ضغط الصوت بنسق یسمى MPEG الطبقة الثالثة للصوت MPEG audio layer-3 وتختصر بـ MP3.
وبالرغم من انتشار ملفات الـ MP3 توجد العدید من صیغ الملفات الرقمیة الصوتیة 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

العدید منا یستخدم ملفات الـ MP3 لسماع الموسیقى على اجهزة الحاسوب بعد تحمیلها من الانترنت وهناک العدید من المزایا للتعامل مع ملفات الـ MP3 على الحاسوب على سبیل المثال استخدام احد برامج تحریر الصوت لتحویل الملفات الصوتی على قرص اللیزر المضغوط لتحویل محتویاته إلى ملفات MP3 او العکس ای تحویل ملفات قمت بتحمیلها من الانترنت على جهاز الحاسوب وتحویلها الى ملفات صوتیة على قرص اللیزر کما یمکنک نسخ الاف المقطوعات الموسیقة بنسق MP3 على اسطوانة لیزر وتشغیلها على جهاز الحاسوب.
یمکنک ایضا باستخدام برامج تحریر الصوت من عمل المونتاج الذی ترید مثل اضافة صدى الصوت أو زیادة تکبیر الصوت او حذف التشویش والضوضاء او دمج مقطوعین او حذف جزء او غیرها من عملیات التحریر ثم تخزینها بالصورة الجدیدة
هذا بالاضافة الى انتشار مشغلات خاصة لتشغیل ملفات الـ MP3 سنتحدث عنها لاحقاً.
التکنولوجیا ساعدت فی تسهیل تحمیل ملفات الموسیقى من الانترنت وتشغیلها على جهاز الحاسوب

تشغیل ملفات الـ MP3

کان فی البدایة لتشغیل الملفات الصوتیة بنسق الـ MP3 تحتاج إلى برنامج خاص تحمله على جهاز الحاسوب لسماع الملفات الصوتیة وکان اشهر هذه البرامج هو منتج شرکة winamp، ولکن حالیا فإن معظم مشغلات الصوت مثل برنامج Real player وبرنامج Media player الشهیران یمکنهم تشغیل ملفات الـ MP3 بالاضافة الى البرامج الأخرى.
إذا لم تمتلک کمبیوتر کیف یمکن سماع ملفات الـ MP3
طورت العدید من الشرکات العالمیة مثل سونی وکریاتیف وسامسونج مشغلات لملفات Mp3 التی یتم تحمیلها من الحاسوب ونقلها الى تلک الاجهزة ویمکنک ایضا نسخ هذه الملفات على اسطوانات سی دی وسماعها على الاجهزة التی تدعم هذه التکنولوجیا وحالیا اضیفت هذه الخاصیة الى مسجلات السیارات الحدیثة.
مشغل ملفات الـ MP3 الصوتیة
منذ اختراع مشعلات الـ MP3 فی عام 1998 وحتى الان تعتبر هذه المشغلات اعظم تطور فی مجال اجهزة تشغیل الموسیقى والصوتیات. وذلک للمزایا العدیدة التی اضفتها مشغلات الـ MP3 وتمیزت بها عن مشغلات الکاسیت والسی دی

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)

حیث یمکن ترتیب وتشغیل الاف المقطوعات الموسیقیة على جهاز صغیر کما هو موضح فی الشکل وتصنیفها وترتیبها ویوجد العدید من الاشکال المختلفة لمشغلات الـ MP3 بما فیها اجهزة الجوال التی تدعم ملفات الـ MP3.
مشغل Mp3 من أبل ابعاده 9.1x 5 x 1.3 cm

تکنولوجیا مشغلات الـ MP3

تختلف مشغلات الـ MP3عن مشغل الکاسیت والسی دی فی انها لا تحتوی على ایة قطع تتحرک میکانیکیة حیث لا توجد تروس او بکرات او موتور لادارة شریط الکاسیت او السی دی حیث تقوم مشغلات الـ MP3 بتشغیل ملفات الکترونیة بنفس فکرة تشغیل ملفات الکمبیوتر. وهذا یعد انتقالاً نوعیاً فی فکرة عمل الاجهزة الصوتیة فمراحل تشغیل ملفات الـ MP3 هی:
1 استدعاء ملف MP3 المطلوب من الذاکرة.
2 فک تشفیر الملف.
3 تکبیر الاشارة الصوتیة لتمکین السماعات من اخراج الصوت.
ولاداء هذه المراحل الثلاثة فإن جهاز مشغل الـ MP3 یحتوی على ما یلی:
مدخل للبیانات Data port
ذاکرة Memory
میکروبروسیسور Microprocessor
معالج الاشارة الرقمیة Digital signal processor (DSP)
شاشة عرض Display
ازرار التحکم Playback controls
مخرج للصوت Audio port
مکبر الصوت Amplifier
وحدة تغذیة کهربیة Power supply

لوحة الکترونیة لمشغل MP3

ویتصل مشغل الـ MP3 بجهاز الکمبیوتر من خلال وصلة USB أو وصلة FireWire وذلک لتبادل المعلومات وتحمیل الملفات الصوتیة المطلوبة داخل الجهاز.
وتختلف الوسائط المستخدمة من قبل أجهزة الـ MP3 لتخزین الملفات الصوتیة وهی
•ذاکرة فلاشInternal Flash memory
•کرت فلاش CompactFlash cards
•ملتیمیدیا کارت SmartMedia cards
•شریحة ذاکرة Memory Stick
هذا بالاضافة الى اماکانیة ان تحتوی المشغلات على قرص صلب HardDisk فی حالة الحاجة إلى ذاکرة هائلة تصل إلى 40GB مثلاً.
یعتبر المیکروبروسسور Microprocessor العنصر الرئیسی فی تشغیل الجهاز وهو یمثل العقل المتحکم فی کافة العملیات مثل تلقی تعلیمات التشغیل من المستخدم وتنفیذها واظهار المعلومات على شاشة العرض وتطبیق اشارة معالج الاشارة الرقمیة الـ DSP على النغمة الصوتیة لاعطاء التأثیر الصوتی المطلوب.

تشغیل ملفات الـ MP3

أما معالج الاشارة الرقمیة الـ DSP فهو عبارة عن تطبیق تأثیر صوتی مبرمج مسبقا على النغمة الصوتیة مثل کلاسیک او غیره من التأثیرات کما یتحکم فی توزیع شدة الصوت على تردد الصوت وهو ما یعرف باسم الجرافک اکولایزر EQ.
أما مکبر الصوت Amplifier فیقوم بتکبیر شدة الاشارة الصوتیة وارسالها الى مخرج الصوت المرتبط بالسماعات لنتمکن من سماع الصوت من خلالها.
وتعتمد التغذیة الکهربیة لمشغل الـ MP3 على بطاریات عادیة وتبلغ مدة التشغیل من 1- الى 12 ساعة تقریباً.
اما الجزء الرئیسی لمشغل الـ MP3 فعتمد على الذاکرة المستخدمة Memory وسعة الذاکرة تلعب دوراً رئیسیاً فی تحدید سعر الجهاز وتتنوع الذاکرة المستخدمة حسب الشرکة المنتجة للجهاز فهی اما تکون ذاکرة فلاش Flash Memory والتی تتمیز بصغر حجمها وخفة وزنها وتتمیز ایضا بعدم وجود ای حرکة میکانیکیة فهی لا تتأثر بالحرکة او الارتجاج، ولکن سعتها التخزینیة محدودة وهذا مما یجعل البطاریة تعمل لفترات اطول.

جهاز MP3 مزود بذاکرة فلاشیة

جهازMP3 مدمج مع نظارة شمسیة

اما النوع الثانی من الذاکرة فهو الذی یعتمد على قرص صلب Hard drive والذی یعد اثقل وزناً من ذاکرة الفلاش ولکن یکون ذو سعة تخزینیة هائلة تستطیع تحمیل ما یزید عن 70 ساعة صوتیة او اکثر ولکن القرص الصلب یعمل من خلال حرکة العدید من اجزاءه مثل القرص الصلب المستخدم فی اجهزة الکمبیوتر فالحرکة والارتجاج الذی قد یتعرض له الجهاز یؤدی الی انقطاع فی التسلسل الصوت المنبعث منه وهذا النوع یستنزف البطاریة اسرع من ذاکرة الفلاش وفی الاغلب یکون مزود بمحول کهربی بالاضافة الى البطاریة.
اما النوع الثالث من الذاکرة المستخدمة فهو القرص المدمج CD والذی یمکنک من نسخ ملفات الـ MP3 التی على جهاز الکمبیوتر على CD وتشغیلها کما لو کانت ملفات صوتیة مع الفارق انه یمکن نسخ ما یقارب 150 قطعة موسیقیة تبلغ کل قطعة 4 دقائق بنفس جودة الـ Audio CD الذی یحتوی على 12-20 قطعة موسیقیة فقط. وتسمی هذه الاجهزة التی تعتمد على التخزین على CD بمشغل MP3 CD وتکون فی الاغلب ارخص سعرا من الاجهزة التی تعمل بذاکرة الفلاش.

جهاز MP3 حدیث

حدیثا طورت شرکة سونی ذاکرة للتخزین تسمی MiniDisc لتشغیل کافة الملفات الصوتیة الرقمیة ویصل سعته التخزینیة إلى 1GB او 45 ساعة من الصوت ویمنها تشغیل عدة انواع من الملفات الصوتیة مثل MP3 او WMA أو WAV. کما بمکن تخزین ملفات الوورد والاکسیل او ما یعرف بملفات البیانات.
المصدر :
تحقیق راسخون

/ج