هر آنچه درباره تاریخچه صدای دیجیتال باید بدانید!

به سختی می‌توان گفت که صدای دیجیتال دقیقا چه زمانی اختراع شد اما ایده انتقال سیگنال‌های الکترونیکی آنالوگ به چندین دهه قبل باز می‌گردد و جالب است بدانید که قاعده ریاضی آن به قرن 17 میلادی می‌رسد. اگر بخواهیم دقیق‌تر بگوییم، اختراع این فناوری مربوط به زمانی است که مهندسی به نام Alec Reeves در سال 1938 برای نخستین بار تعریف Pulse Code Modulation را ارائه کرد و در نهایت این قانون به عنوان مبنا و پایه اصلی برای فناوری صدای دیجیتال مورد استفاده قرار گرفت. پس از آن، Claude Shannon که در بسیاری از کتاب‌های علمی دنیا تحت عنوان “پدر ارسال سیگنال‌های دیجیتال” از وی یاد می‌شود، انرژی و زمان زیادی را صرف پیشرفته‌تر کردن این فناوری کرد و به لطف زحمات فراوان Reeves و Shannon از اوایل دهه 1940 میلادی به بعد، کدگذاری دیجیتال (Digital Encoding) در ارتباطات تلفنی مورد استفاده قرار گرفت.
ارسال یک سیگنال صوتی قابل تشخیص از طریق یک خط تلفن یک موضوع است و باز تولید یک ترک موسیقی لذت‌بخش موضوع دیگری، به همین دلیل ضبط دیجیتال موسیقی تا دهه 1970 میلادی محقق نشد. نخستین آلبوم موسیقی تجاری که قرار شد به صورت دیجیتال ساخته شود در سال 1977 میلادی وارد بازار شد. در آن زمان Tom Stockham از ابزارهای الکترونیکی معمولی آن زمان با نرخ آزمایشی 50 کیلوهرتز و رزولوشن 16 بیت برای ضبط صدا (روی کاست‌های مغناطیسی) استفاده کرد. ظرف کمتر از دو سال Denon سیستم ضبط صدای دیجیتالی خود را معرفی کرد و در همان زمان بود که فناوری 3M به جهانیان معرفی شد.
در آن دوران راهی برای انتشار مستقیم آلبوم‌های دیجیتال وجود نداشت، به همین دلیل تنها کاری که شرکت‌های فعال در این زمینه می‌توانستند انجام دهند آن بود که برچسب Recorded Digitally یا ضبط شده به صورت دیجیتال را روی صفحات گرامافون خود بچسبانند! اما مهندسین دیگر شرکت‌ها بیکار ننشستند و دست به کار تولید یک سیستم بازپخش دیجیتال خانگی کارآمد شدند. ماحصل این تلاش، Compact Disk یا همان CD بود که تنها 30 سالی از ورود آن به بازار می‌گذرد. اینکه ورود این لوح‌های فشرده می‌تواند روشن‌ترین روز در تاریخ این فناوری باشد یا تاریک‌ترین، مسئله‌ای بود که تنها با گذر زمان مشخص می‌شد.

مخالفان تجدد
CDهای فرمت صوتی در اصل حاصل کار دو شرکت سونی و فیلیپس هستند. شرکت فیلیپس در نظر داشت که این CDها را در فرمت 14 بیتی به بازار عرضه کند، اما سونی بر تولید نوع 16 بیتی آن تأکید داشت. علاوه بر این‌ها بر اساس گزارشاتی که در آن زمان منتشر می‌شد، ریاست کمپانی سونی به نام Akio Morita با در نظر گرفتن این مسئله که اغلب اجراهای سمفونی نهم بتهون (که Akio هم از طرفداران پر و پا قرصش بود) 75 دقیقه‌ای بودند، طی ابلاغیه‌ای خواستار آن شد که CDهای جدید این شرکت هم با ظرفیت 75 دقیقه ساخته شوند. مبنای اپتیکال این دیسک‌ها در اصل برای سیستم لوح‌های لیزری آنالوگ (Analogue Laserdisc) در نظر گرفته شده بود و بعدها دو شرکت سونی و فیلیپس نسخه‌های دیجیتالی آن را ساختند.
سرانجام در سال 1982 میلادی سونی و فیلیپس به طور هم‌زمان پلیرهای خانگی را به بازار معرفی کردند. این پلیرها که در آن زمان حدود 500 پوند قیمت داشتند (معادل 1500 پوند امروز) چندان هم ارزان نبودند، با این همه در قیاس با صفحه‌گردان‌های آن زمان می‌توان گفت که قیمت مناسبی داشتند. خود CDها هم به مراتب گران‌تر از اغلب صفحه‌های گرامافون (LPها) بودند و بسته به نام برند و کمپانی سازنده‌شان گاهی اوقات تا دو برابر هم قیمت داشتند. نکته دیگری هم که باید در این رابطه گفته شود آن است که تعداد این محصولات جدید در بازار بسیار کم بود. Herbert von Karajan رهبر معروف کنسرت در استرالیا پس از شنیدن یکی از کارهای خود بر روی این لوح‌های فشرده به شدت شگفت‌زده شد و باقی ابزارهای ضبط صدا را قدیمی و از مد افتاده خواند. از آن پس، بسیاری از منتقدین روش‌های قدیمی ضبط صدا به شدت از روش دیجیتال استقبال کردند. در سوی دیگر، دوستداران روش‌های قدیمی ضبط صدا قرار داشتند که به هیچ وجه این فناوری را نمی‌پسندیدند. James Boyk، پیانیست معروف آمریکایی، مهندس ضبط صدا و استاد دانشگاه پس از ورود این فناوری تی‌شرت‌هایی را بر تن می‌کرد که روی آن‌ها نوشته شده بود “فناوری دیجیتال کاری را که ترانزیستورها آغاز کرده بودند به اتمام رساند”، ممکن است این عبارت بسیاری را گمراه کرده و به اشتباه بیندازد، اما علاقمندان به موسیقی مفهوم آن را به درستی درک کردند. به اعتقاد این افراد صدای دیجیتال علاوه بر آنکه زمخت به نظر می‌رسد، هیچ‌گونه جذابیتی برای شنونده ندارد و کاملا غیر هنری به نظر می‌رسد.
علاوه بر این‌ها مجموعه‌ای از بحث‌های فنی نیز در مورد عدم کارایی و پاسخ‌گویی دیجیتال مطرح شد. اغلب این مباحث بر پایه دو عامل اصلی مطرح شد: نخست مکث 22 میکرو ثانیه‌ای موجود در نمونه آزمایشی CD ارائه شده که دقت زمانی کار را پایین می‌آورد و دوم سیستم سمپلینگ دیجیتال که تنها به همراه تون‌های پیوسته کار می‌کرد و امکان استفاده از آن به همراه Transient که البته در موسیقی و دیگر فایل‌های صوتی سرگرمی و حاوی اطلاعات ضروری هستند، وجود نداشت.

روزهای بهتر
با گذر زمان، مقاومت مردم در برابر استفاده از صدای دیجیتال رو به افول نهاد. این مسئله نیز تا حدودی به این خاطر بود که کیفیت صدای دیجیتال و سیستم‌های پخش بهبود یافته بود. هرچند استدلال‌های مطرح شده مبنی بر وجود نقایص آشکار در این سیستم صوتی به اثبات نرسیدند، در مقابل ایرادات کوچک‌تر خود را نشان دادند که بخش اعظمی از آن‌ها هم مرتفع شدند. برای نمونه فیلترهای anti-aliasing به کار رفته در برخی از پلیرهایی که اوایل وارد بازار شدند بیش از اندازه ضعیف بودند و همین مسئله باعث پایین آمدن کیفیت صدای آن‌ها می‌شد. فیلترهایی که در پلیرهای فیلیپس مورد استفاده قرار می‌گرفت از نوع Oversampling شده بودند و طولی نکشید که دیگر کمپانی‌های دست‌اندرکار در این حوزه نیز به این نتیجه رسیدند که باید چنین روندی را در پیش بگیرند.
در اواخر دهه 1980 میلادی jitter به عنوان منشأ ایراد تشخیص داده شد، اما این روزها به ندرت پیش می‌آید که این موضوع مسئله‌ساز شود. مشکل “Alias-Intermodulation Distortion” که برای اولین بار توسط Richard Black در سال 1998 میلادی تعریف شد، دست کم در تعدادی از پلیرها و تبدیل‌کننده‌های دیجیتال به آنالوگ برطرف شد. در هر حال، از سوی دیگر مهندسین صدا یاد گرفتند که چگونه ظرفیت ابزارهای ضبط صدای دیجیتال را به بالاترین میزان آن برسانند.
با این همه، محدودیت پهنای باند، یکی از نگرانی‌های عمده در این حوزه محسوب می‌شد و زمانی افزایش نرخ سمپلینگ ضبط صدا محقق شد که علاقمندان به این فناوری کم نبودند. در روزهای نخستین، سیستم‌های حرفه‌ای از نرخ‌های نمونه مشابه همچون خود CD استفاده کردند، با این وجود ضبط صدای دیجیتال با نرخ 24 بیت و 96 کیلوهرتز از دهه 1990 میلادی آغاز شد و به محض آنکه طرفداران موسیقی از وجود چنین فناوری باخبر شدند، تمایل خود را نسبت به آن اعلام کردند. در همان دوران بود که سیستم جدید‌تری وارد بازار شد. تولیدکنندگان مدارهای مجتمع که برای تبدیل سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گرفتند به این نتیجه رسیدند که رمزنگاری یا اصطلاحا encode کردن داده‌ها با نرخ‌ سمپلینگ بسیار بالا و بیت‌های کم (حداکثر یک بیت) مزایای بی‌شماری دارد، علاوه بر این اطلاعاتی که در مورد یک موج ارائه می‌دهد به همان اندازه‌ای است که در روش encode کردن چند بیتی محقق می‌شود. Encoding و decoding تک بیتی به سرعت به محبوبیت دست یافتند و بسیاری از تحلیل‌گران به این نتیجه رسیدند که امکان ضبط داده‌های تک‌بیتی اصلاح نشده هم وجود دارد و این روش هم از نظر واکنش بسامد و هم از لحاظ پردازش دیجیتال مزایایی بسیاری دارد. این فناوری بعدها با عنوان استریم دیجیتالی مستقیم (DSD) شناخته شد و از سوی کمپانی سونی به عنوان سیستم برگزیده برای Super Audio Compact Disc یا همان SACDهای این شرکت مورد استفاده قرار گرفت.
متأسفانه دیگر تولیدکنندگان نظرشان بر آن بود که انواع مختلف DVDهای جدید از جمله DVD-Audio باید از نوع 24 بیتی 96 کیلوهرتزی باشند و همین مسئله جنگ فرمت‌ را میان تولیدکنندگان مختلف لوح‌های فشرده به راه انداخت. اگر بگوییم که DVDهای صوتی هیچ‌گاه به محبوبیت نرسیدند اغراق نکرده‌ایم، با این همه واضح بود که هر دوی این‌ها از نظر عملکرد تکنیکی به مراتب بالاتر از انواع CD قرار داشتند. در مقابل دقیقا مشخص نبود که کیفیت صدای این سیستم‌ها تا چه اندازه بهتر است. در آن زمان نظرات متفاوتی در رابطه با این دو سیستم وجود داشت؛ از سویی بسیاری DVD-Aها را از نظر تکنیکی بهتر می‌دانستند و به اعتقاد برخی دیگر انواع SACD هنری‌تر بودند. DVD-A و لوح‌های SACD هر دو جزء جدیدترین فناوری‌های ارائه شده به بازار بودند، با این حال ظهور یک تازه‌ وارد جدید در بازار تهدیدی جدی علیه فناوری ضبط صدای دیجیتال محسوب می‌شد. ظاهرا ایده فشرده‌سازی داده یا Data Compression (که اگر دقیق‌تر بخواهیم بگوییم کاهش داده یا Data reduction) برای رمزنگاری یا اصطلاحا encode کردن صدا آن هم با استفاده از کمتر از یک بیت به سال‌ها قبل یعنی حدود 1970 میلادی باز می‌گردد.
در دهه 80 مهندسین و دست‌اندرکاران ضبط صدا بر پایه این اصل که گوش انسان قابلیت درک تمامی جزئیات موجود در یک فایل صوتی را ندارد و می‌توان آن را فریب داد، عمل کدگذاری ترک‌های موسیقی را انجام می‌دادند. در عین حال ساختار نسبتا نظام‌مند موسیقی، این امکان را فراهم می‌کند تا بدون فقدان محسوس داده، آن‌ها را فشرده‌سازی نمود. مهندسین توانستند با ترکیب نمودن این فاکتورها به سیستم‌هایی دست یابند که تا 90 درصد حجم فضای مورد نیاز برای ذخیره‌سازی موسیقی را کاهش داده و در عین حال کیفیت خوبی نیز داشته باشند.
نخستین و مهم‌ترین سیستم طراحی شده MP3 نام دارد و پس از آن AAC قرار داشته که چندی است در انحصار اپل درآمده و با سرعت بسیار بالایی در حال رسیدن به جایگاه نخست می‌باشد. هر دوی این سیستم‌ها ماهیت غیرفیزیکی ذخیره‌سازی موسیقی را نشان دادند؛ کامپیوتر خانگی، پلیر قابل حمل و فضای Cloud یا ابر همگی از جمله مواردی هستند که می‌توانند برای ذخیره‌سازی این فایل‌های صوتی مورد استفاده قرار گیرند. در واقع می‌توان گفت که موسیقی دیجیتال همان بیت است و فرقی ندارد که در کجا ذخیره شده باشد.
با افزایش سرعت اینترنت و ارزان شدن مداوم هزینه ذخیره‌سازی اطلاعات، دیگر نیازی به فشرده‌سازی داده‌ها برای ذخیره‌سازی non-local آن‌ها نخواهد بود. صدای فشرده‌سازی شده به همراه تمام جزئیات آن که کیفیتی برابر با CD و حتی بالاتر از آن دارد به آسانی و با سرعت بسیار بالا از طریق اتصال پهن‌باند قابل دریافت می‌باشد. به تازگی امکانی فراهم شده تا کاربران بتوانند فایل‌های موسیقی مورد نظر خود را با بالاترین وضوح (hi-res) دانلود کنند و انتظار می‌رود که این امکان به زودی در بازارهای انبوه هم فراهم شود. یک قرن تاریخچه صدای دیجیتال نشان می‌دهد که این روند همچنان ادامه دارد و صدای DAC هم از این قاعده مستثنی نیست.

تنها راه حل، امید به آینده است!
چندی است که ذخیره‌سازی موسیقی دیجیتال به فرمت فیزیکی خاصی وابسته نیست، به همین دلیل بدون آنکه نیازی به خرید نسل تازه‌ پلیرها برای پخش آن فرمت جدید باشد، می‌توان کیفیت این فایل‌های موسیقی را بهبود بخشید. در مقابل می‌توان با اعمال تنظیمات جدید در میان‌افزار کامپیوتر خود و یا استفاده از Codec جدید، از صدای دیجیتال باکیفیت‌تری بهر‌ه‌مند شد. اگر صدای دیجیتال از طریق MP3 به کامپیوترها راه نمی‌یافت، هیچ‌گاه فایل‌های صوتی 24 بیتی 96 کیلوهرتزی FLAC هم وجود نداشت.
بنابراین بهتر است منتظر بمانیم و چشم به راه آینده‌ای درخشان برای صدای دیجیتال باشیم، اما اینکه صدای دیجیتال از آنالوگ بهتر است یا خیر داستان دیگری است که باید در جایی دیگر به آن پرداخته شود.