דגימה

בפרק הקודם הסברנו את ההבדל בין צליל אנלוגי וצליל דיגיטלי, וכן הראנו את הדגימה כטכניקת המעבר מצליל אנלוגי לדיגיטלי. עוד הראנו שככל שקצב הדגימה גבוה יותר, כך הצליל הדיגיטלי יהיה קרוב יותר אל המקור האנלוגי, אבל גם כמות המקום שהצליל הדיגיטלי יתפוס תהיה גדולה יותר.

אם כן מהו קצב הדגימה האידיאלי ? התשובה טמונה בנוסחה הנקראת חוק הדגימה של ניקויסט (Nyquist) שאומר שקצב הדגימה צריך להיות לפחות כפול מהתדירות הכי גבוהה שיש בצליל. מכיוון שטווח השמיעה האנושית מגיע עד
ל 20,000 הרץ פחות או יותר, על מנת ליצג צליל בצורה מלאה יש לדגום בקצב כפול לפחות, כלומר 40,000 דגימות בשניה. אומנם הגל הבסיסי של הצליל אותו לרוב נדגום יהיה נמוך בהרבה מ 20,000 הרץ (הצליל הגבוה ביותר בפסנתר הוא רק בסביבות 4,000 הרץ) אבל כפי שהסברנו בפרק על צבע הצליל, התדירויות הגבוהות מתפרשות אצלנו כצבע של הצליל, ומכילות מידע רב.

מה קורה כאשר דוגמים בתדירות שהיא נמוכה יותר מפעמיים תדירות הגל ?

לחץ על התו כדי לראות הדגמה לכך:

קצב הדגימה הסטנדרטי הוא 44.1 קילו הרץ, כאשר דוגמים בתדירות זו ניתן ליצג בצורה טובה גלי קול עד לגובה של 22.05 קילו הרץ , שזה מעבר לסף השמיעה של סביבות 20 קילו הרץ. כאשר דוגמים בתדירויות נמוכות יותר מ-44.1מקבלים, בדומה למה שהראנו בהדגמה, תוצאות מטעות. הנזק הוא למעשה כפול, גם מאבדים את הגל הגבוה (הגל הכחול), דבר שמתפרש לרוב באיבוד הצבע של הצליל, הצליל הופך להיות עמום יותר, ופחות מדוייק, וגם מתווסף גל נוסף (הגל האדום) שלא היה קיים בגל האנלוגי, דבר המתפרש בהוספת צלילים באסים, עמומים.

 דוגמה של שיר בקצב דגימה של 8000 הרץ (נשמע כמו דרך הטלפון)
דוגמה של שיר בקצב דגימה של 22100 הרץ (שיפור משמעותי, שימו לב לאיכות השירה המשופרת)
 דוגמה של שיר בקצב דגימה של 44100 הרץ (קצב דגימה סטנדרטי, תשמעו את הגיטרות !!)

הפתרון לבעית התקפלות הצליל הוא שימוש בפילטרים. כאשר אנחנו מקליטים צליל דיגיטלי, אנחנו יודעים מראש מהו קצב הדגימה, ולכן עוד לפני שדוגמים את הצליל, מסננים החוצה אל כל הגלים שתדירותם גבוהה יותר ממחצית קצב הדגימה. בצורה זו אנחנו אמנם מאבדים את הגל הגבוה, אבל אנחנו נמנעים מליצור את הגל הנמוך. באופן עקרוני, כאשר קצב הדגימה הוא הקצב הסטנדרטי (44.1 קילו הרץ) אז הגלים אותם מסננים החוצה הם גלים הנמצאים מעבר לטווח השמיעה האנושית, ולכן הוצאתם לא אמורה להשפיע על איכות הצליל או על הצבע שלו. למעשה, כמו רוב הדברים, גם הפילטרים שלנו אינם מושלמים, ולכן בכל מעבר מצליל אנלוגי לדיגיטלי אובד חלק מן הצבע של הצליל.

מבחינת מי שיוצר צלילים באמצעות המחשב, חשוב לדעת להתיחס נכון לתדירות הדגימה ולקשר שלה אל גובה התדירויות המותרות של הצליל. למחשב אומנם אין כל בעיה טכנית ליצור ולאחסן גלים בכל התדירות, אולם כאשר רוצים להשמיע אותם אז נתקלים בכל האספקטים של אפקט ההתקפלות.