திண்ணை

முனைவர். கதிரவன் கிருஷ்ணமூர்த்தி.

ஒரு சைகை என்பது ஒரு இயக்கத்தை தோற்றவல்ல, தோற்றக் கூடிய நிகழ்ச்சி. குறிப்பாக, இக்கட்டுரையில், நம் கவனம், கேட்பொலி

சைகை பற்றிய ஒன்றாகும். ஒப்புமை (Analog), மற்றும் இலக்கமுறை (Digital) கேட்பொலிச் (Audio) சைகைகளை தெளிவாக விளக்க முயல்கிறோம்!

ஒப்புமை சைகை

இசை, பேச்சு போன்ற ஒலிச் சைகைகள் காற்றில் அழுத்த அலைத் தோரணியாகச் செலுத்தப் படுகின்றன. தொலைபேசியில் உள்ள நுண்பேசி (Microphone), காலம் தொட்டு மாறும் காற்று அழுத்ததுக்கு ஏற்ப ஒரு மின் அழுத்த மாற்றத்தைச் செய்கிறது. மின் அழுத்த அசைவுகள் கம்பியின் ஊடாகச் சென்று, பெருக்கப்பட்டு, ஏற்கும் தொலைபேசியின் ஒலியாக்கியுள் ( ‘Loudspeaker ‘) சென்றடைகிறது. ஏற்கும் ஒலியாக்கியிலிருந்து வெளிவரும் அசைவுத் தோரணி, ஒலியின் அசைவுக்கு ஒத்து அமையும். ஒரு பேசியிலிருந்து மற்றொரு தொலைபேசிக்குச் செலுத்தப்படும் மின் அழுத்த மாற்றங்கள் ஒலி அழுத்த அசைவுகளின்- வேறுபாடுகளின் ஒப்புமை (Analog) என்று கொள்ளலாம். ஒலியைக் குறிக்கும் மின் அழுத்தத் தோரணியை ஒரு ஒப்புமை சைகை என்று சொல்லலாம்.

வரைபடம் 1: ஒப்புமை சைகை விளக்கம்.

ஒப்புமை சைகையை எளிதில் உருவாக்கலாம். ஆனால், தோரணியின் ஒவ்வொரு விவரமும் நுணுக்கமாக அறியப்பட வேண்டும். இரைச்சல் மற்றும் சீர்குலைவால் தோரணியில் சிறிய மாறுபாடுகள் உண்டாகும். இதனால் ஏற்கும் அமைப்பின் வெளியீடு உள்ளீட்டிலிருந்து வேறுபட்டிருக்கும்.

இலக்கமுறை சைகை

டிஜிடல் என்ற சொல்லுக்கும் லத்தீன் மொழி ‘Digitalis ‘ என்ற சொல்லுக்கும் நேரடி தொடர்பு உள்ளது. ‘விரல் அல்லது விரல் சார்ந்த என்பது அரும்பொருள் ‘. ‘Digital ‘ என்ற சொல் இலக்க அல்லது பிரிநிலை வடிவில் உள்ள தரவுகளை முறைவழிப்படுத்தும் கணினியைக் குறிக்கும் போது, ‘digit ‘ என்பது மாந்தர் பத்து விரல்கள் கொண்டு விளங்கும் பொருண்மையிலிருந்து தருவிக்கப்பட்டுள்ளதைக் காண்க! பத்துக்கு கீழ் உள்ள ஒவ்வொரு எண்ணும் அரபிக் குறிமானத்தில் ஒரு விரலால் சொல்லப்பட்டது.

இலக்கமுறை சைகை (Digital Signal) தொடர்ச்சியற்ற படி எண்களால் ஒரு தொடர்நிலை தகவலைக் குறிக்கும் சைகை என்பது பொது விளக்கம். குறிப்பாக, கணினி புரிந்து கொள்ளும் வகையில், இரும (1,0) எண் தரவுகளாக (Binary Data) தகவலைக் குறிக்கும் சைகை. ஒவ்வொரு 1 அல்லது 0 நிலையும் ஒரு துண்மி (Bit). மூன்று துண்மிகள் கொண்டு இருமக் குறிமுறையில் எட்டு தொடர்ச்சியற்ற படிகளைக் குறிக்கலாம். எட்டு படிநிலைகள் பின்வருமாறு 000=0,001=1,010=2,011=3,100=4,101=5,110=6 & 111=7.

இலக்கமுறை சொல்லில் அடங்கிய துண்மி, வலமிருந்து இடம் வர வலுக் கூடும். துண்மியின் இலக்க வலுவை (4,2,1) துண்மியின் நிலையோடு (1 அல்லது 0) பெருக்கி, பிறகு காணும் கூட்டுத்தொகையே இரும இலக்கமுறைச் சொல்லின் மதிப்பு. வரைபடம் 2 எடுத்துக் காட்டுகிறது.

வரைபடம் 2. இரும எண்ணின் மதிப்பு.

Quantization (சொட்டாக்கம்)

ஒரு தொடர்நிலை அல்லது ஒப்புமைச் சைகையை படி எண்களைக் கொண்டு குறிக்கும் முறை சொட்டாக்கம் (Quantization) என்று வழங்கப்படுகிறது. சைகையின் வீச்சை அளக்கக் குறிப்பிடும் படிகள், ‘சொட்டாக்கப் படிநிலைகள் (Quantization Levels) ‘ என்று சொல்லபடும். ‘சொட்டாக்கம் ‘ என்ற செயற்பாட்டை தொடர்நிலைச் சைகையை குறிக்க கையாளும் போது சைகையில் திரிபு ஏற்படுகிறது. இதை சொட்டாக்க இரைச்சல் (Quantization Noise) என்பர். சைகையில் ஏற்படும் வழு, தற்போக்கான இயல்பு உடையது. தொடர்நிலைச் சைகைக்கும், அக்கண நேரத்தில் குறிக்கப்படும் எண்ணுக்கும் உள்ள வேறுபாடு தற்போக்குத்தன்மை உள்ளதால் வழுவை இரைச்சலாக குறிப்பிடுகிறோம். சைகையின் வீச்சு t=1 நொடி கணத்தில் 1.2 V அழுத்தம் கொண்டதாக இருப்பின் , சொட்டாக்கி (Quantizer) சைகையின் வீச்சு 1V எனக் குறிப்பிடுமாயின், வழு 1.2 V-1.0 V=0.2 V. சொட்டாக்க வழுவைக் குறைக்க படிநிலைகளை

அதிகரிக்க வேண்டும். உதாரணமாக, குறுவட்டு இயக்கிகளில் மாதிரிகள் 16 துண்மி எண்களாக குறிக்கப்படுகின்றன. 64,000 க்கும்

மேற்பட்ட படிநிலைகள் கொண்டு சைகை சொட்டாக்கப்படுகிறது.

படம் 3: அ) தொடர்நிலைச் சைகையை தொடர்ச்சியற்ற படிநிலை கொண்டு குறிக்கும் சொட்டாக்கம். ஆ) இலக்கமுறைச் சைகை

வரைபடம் 3 இல் ஐந்து மாதிரிகளைப் பொருக்கி எடுத்து படிநிலை முறையில் தொடர்நிலைச் சைகையை குறித்துள்ளோம். ஒரு தொடர்நிலைச் சைகையை பிரிநிலைச் (discrete) சைகையாக மாற்றியபிறகு மூலச் சைகையில் பொதிந்த தகவலை மீளப் பெற முடியுமா ? அவ்வாறு தகவலை மீட்டெடுக்க எத்தனை மாதிரிகள் தேவை ? இந்தக் கேள்விகளுக்கு விடை ‘சாம்பிலிங் தேற்றம் ‘ சொல்கிறது.

அலைவரிசைகளின் பட்டை அகலம் (Band-width)

ஒப்புமைக் குரல் சைகை ஒரு தனிப்பட்ட அதிர்வெண் கொண்டு திகழ்வதில்லை. தொடர்பாடும் தடத்தில் உள்ள குரல் சைகை பலவேறுபட்ட அதிர்வெண் கொண்ட அலைவடிவங்களால் ஆனது. அதிர்வெண்களின் ஒரு குறிப்பிட்ட கூட்டுக் கலவைதான் ஒருவருடைய குரலை நிர்ணயிக்கிறது. இயற்கையின் பல படைப்புகளும், நிகழ்வுகளும் பலதரப்பட்ட அதிர்வெண்களின் கூட்டுக்கலவைகளாக வெளிப்படுகின்றன. வானவில்லின் வண்ணங்கள் பல்வேறு ஒளிஅதிர்வெண்களின் சேர்க்கையே!. இசையொலியும் பல்வேறு கேட்பொலி அதிர்வெண்களாலானது. சைகைகளில் உள்ள அதிர்வெண்களின் அளவெல்லையைக் குறிப்பிடுவது தொடர்பாடல் களத்தில் உள்ள வழக்கம். இதை அலைபட்டை அகலம் என்ற வழங்குவர் (Bandwidth). அலைப்பட்டை அகலம்=f1-f2; f1-அதியுயர் அதிர்வெண்; f2-தாழ் அதிர்வெண். உதாரணமாக, தொலைபேசிகளில் பேச்சுச் சைகை 200 Hz லிருந்து 3500 Hz வரை, அலைப்பட்டை வரைபடுத்தப்படுகின்றது.

தடத்தில் செலுத்தப்படும் பேச்சுச் சைகைகளை மிகத் துல்லியமாக மீட்டுருவாக்கத் தேவையில்லை!. ஏனென்றால், மனித செவிக்கு அதிர்வெண் வேறுபாடுகளை மிகவும் கூர்மையாக உணரமுடியாது. மேலும் மூளைக்கு பெரும் பகுத்தறி திறன் உள்ளதால் பேச்சில் உள்ள அறிய வேண்டிய செய்தியை மீட்டுருவாக்கும். அதிர்வெண்களை வரைபடுத்தினாலும், 98% பேச்சின் ஆற்றலும், 85% செய்தியும் செலுத்ததில் உள்ளது. இருப்பினும், தொலைபேசிக் கம்பியினூடாகத் செலுத்தப்பட்ட குரல் வித்தியாசமாக ஒலிப்பதற்கு ‘வரைபடுத்தப்பட்ட தடம் ‘ தான் காரணம்.

வரைபடம் 3 குரல்-தரத் தடம் (Voice Grade Channel) 4000 Hz பட்டையாக வரையறுக்கப்படுவதை விளக்குகிறது. இதன் அர்த்தம் ‘குரல்-தடம் ‘ 0-4000 Hz வரை உள்ள அதிர்வெண்கள் கொண்டதாகும். தடத்தில் பேச்சுச் சைகைகளின் அலைவரிசை வரம்பெல்லைகள், 200 Hz லிருந்து 3500 Hz வரை. பட்டை அகலம் என்பது தொடர்பாடலில் ஒரு முதன்மை கருத்தாக விளங்குகிறது. தொலைபேசித் தடத்தின் அலைவரிசைப் பட்டை அகலம், 3 kHz லிருந்து 20 kHz அதிகரித்தால், குரலின் முழுப் பண்பியல்புகளையும் தடத்தினூடாக எடுத்துச் செல்ல முடியும். உயர்தர இசையமைப்பு முறைமைகளில் பட்டை அகலம் 20 kHz வரை தேவைப்படுகிறது.

வரைபடம் 4. தொலைபேசித் தடத்தில் குரல் அலைவரிசையின் பட்டை.

சாம்பிலிங் தேற்றம்

அலைப்பட்டை அகலம் வரைப்படுத்தப்பட்ட சமிக்ஞையில் உள்ள தகவலை முற்றிலும் புலப்படுத்த, குறிப்பிட்ட எண்ணிக்கையுடைய, சமிக்ஞையிலிருந்து பொருக்கி எடுக்கப்பட்ட மாதிரிகளே போதும். செய்திச் சமிக்ஞையின் அதிர்வெண் பட்டை fm ஹெர்ட்ஸ் (Hz) வரையறுக்கப் பட்டிருப்பின், (1/2fm) வினாடிக்கு உள்பட்ட கால இடைவெளி அளவுகளில் எடுக்கப்பட்ட மாதிரிகளை வைத்துக்கொண்டு சமிக்ஞையை முற்றிலுமாகத் திரும்ப வடிக்கலாம்.

முழு சமிக்ஞையை எல்லாக் காலமும் ஒப்புமை வடிவில் ஒலிபரப்புவதற்கு பதிலாக குறிப்பிட்டளவு எண்ணிக்கை உடைய மாதிரிகளை ஒலிபரப்பினாலே போதும். உதாரணமாக, தொலைபேசிகளில், குரல் சைகைகளை இலக்கப்படுத்த, அதிகபட்சம் ஒவ்வொரு (1/2×3500) வினாடியாவது ஒரு மாதிரி எடுக்க வேண்டும். குறைந்தது 7000 மாதிரிகள் ஒரு வினாடிக்கு தேவை!

ஒரு வினாடிக்கு எத்தனை மாதிரிகள் (Samples) என்று சொல்வது தான் மாதிரி எடுக்கும் வீதம் (Sampling Rate). குறுவட்டு (CD) கேட்பொலி அமைப்பில், ஒரு வினாடிக்கு 44,100 மாதிரிகள் எடுக்கப்படுகின்றன. அதாவது மாதிரி எடுக்கும் வீதம் 44.1 kHz. DAT (Digital Audio Tape) எனப்படும் இலக்க கேட்பொலிப்பேழையில் மாதிரி எடுக்கும் வீதம் 32,44.1 அல்லது 48,000.

வரைபடம் 5. சாம்பிலிங் தேற்றம். மாதிரி எடுக்கும் விகிதம் பற்றிய அடிப்படை கொள்கை!.

ஒப்புமை, இலக்கமுறை கேட்பொலிச் சைகைகள்: ஒரு ஒப்பீடு

ஒரு ஒப்புமை கேட்பொலி அமைப்பில், மின்னழுத்தம் ஒலியழுத்தைக் குறிக்கும். நுண்பேசியிலிருந்து வெளிவரும் சைகைகள் மில்லிவோல்டு அளவிலிருந்து (1/1000 வோல்டு (V)) 1000 மடங்கு பெருக்கப்படுகின்றன. அழுத்தவலுவைப் பெருக்கி, ஒலியாக்கியுள் செலுத்த, கேட்பொலிச் சைகைக்கு பதிலீடான அதிர்வுகளால் ஒலியலைகள் காற்றில் உருவாக்கப்படுகின்றன.

இலக்கமுறை கேட்பொலியில், கேட்பொலி குறிக்கப்படும் விதத்தில் சைகை, ஒலியலைக்கு நேரடி ஒப்புமை என்று சொல்ல முடியாது. சீரான கால இடைவெளிகளில் ஒப்புமை-இலக்க மாற்றியால் பொருக்கி எடுக்கப்பட்டு, இலக்க எண்களாக சைகையின் மதிப்பு குறிக்கப்படுகிறது. இந்த இலக்க எண்களின் ஓட்டம் கேட்பொலியைக் குறிக்கிறது. இலக்க எண்கள் கணினியில் கோப்பு வடிவில் சேமிக்கலாம், அல்லது வலையமைப்பின் ஊடாகச் செலுத்தலாம்.

இலக்க கேட்பொலிச் சைகையை கேட்பதற்கு முன் அது ஒப்புமை வடிவுக்கு இலக்க-ஒப்புமை மாற்றியால் கொண்டுவரப்படுகிறது. இல்லங்களில் இருக்கும் பெரும்பாலான ஸ்டாரியோ அமைப்புகளில், இலக்க-ஒப்புமை மாற்றம் குறுவட்டு இயக்கியுள் நடைபெறுகின்றது. கணினி ஒலி-அட்டைகளிலும் (Sound Card) குறுவட்டு பதிப்பான்களிலும் A/D (பதிவு செய்ய) மற்றும் D/A (மீளியக்க) பயன்படுத்தப்படுகிறது. வீட்டில் பயன்படுத்தும் கேட்பொலி அமைப்புகள் ஒப்புமை மற்றும் இலக்கமுறைக் கூறுகளின் ஒன்றிணைப்பே! (வரைபடம் 6)

இசையைப் பதிவு செய்யும் முறை மற்றும் மீளியக்கும் விதம் ஆகிய இரு கண்ணோட்டத்திலிருந்து ஒப்புமை மற்றும் இலக்கச் சைகைகளையும் ஒப்புநோக்கலாம். ‘ஒப்புமை ‘ என்று ஒலியைக் குறிக்கும் போது, சைகையை மின்னியல் வடிவுக்கு கொண்டுவந்தாலும் இயற்பியல் ஒப்புமை குலையாமல் குறிப்பதாகும். ஒப்புமை வடிவில் பதிவு செய்யப்பட்ட ஒலித் தகட்டிலுள்ள (LP) வரிப்பள்ளத்தில், புடைப்புகளை, மீளியக்கப்படும் ஒலியலையோடு தொடர்பு படுத்தலாம். புடைப்புகளின் உயரம் ஒலியின் வலுவைக் (loudness-volume) குறிக்கும். புடைப்புகளுக்கிடை உள்ள தொலைவு, அதிர்வெண்ணைக் (frequency-pitch) குறிக்கும்.

இசைப்பெட்டியின் ஊசி (முள்) ஒரு கணத்தில், ஒரு இடத்தில் தான் இருக்க முடியும். டிஜிடல் இசையைப் புரிந்து கொள்ள, அந்த இடத்தில், நம் மனதளவில் ஊசியை நிலைநிறுத்திப் பார்க்க வேண்டும்! ஊசியின் அக்கண செங்குத்து நிலைக்கு 0 (சுழி) லிருந்து 64,000 க்குள் ஒரு மதிப்பு நாம் நிர்ணயிக்கலாம். ஊசியின் நிலையை பதினாறு துண்மி எண்ணால் (உதாரணமாக: 1000 1111 0101 1010 ) கணினி புரிந்து கொள்ளும் வண்ணம் பதிவு செய்யலாம். இசைப்பெட்டியின் முள்ளை நகர்த்த நகர்த்த, LP யில் உள்ள ஒலியின் தோராயம் நமக்கு கிட்டுகிறது. ‘முள் ‘ கடக்கும் நிலையை வினாடிக்கு 44,100 முறை குறுவட்டியக்கி அறிகிறது.

குறுவட்டு பதிப்பான் 64,000 நிலைகளை பயன்படுத்துகிறது. 44,100 ஒலியின் மாதிரிகளை வினாடிக்கு எடுத்து பதிவு செய்கிறது. கணினியில் தேக்கிவைக்கப்படும் குறுவட்டு கேட்பொலி கோப்புகள், 10 மெகா பைட் (10,000,000) தேக்கக இடம் ஒரு நிமிடம் ஒலிக்கு எடுக்கிறது.

குறிப்பு: ஒரு நிமிடம் ஒலியை குறுவட்டில் பதிவு செய்ய, தேக்கக அளவு=16 துண்மிகள் x 44,100 (மாதிரி வீதம்) x 60 (வினாடிகள்)x 2 (ஸ்டாரியோவில் இரு தடங்கள்; வலம் மற்றும் இடம்) =84672000 துண்மிகள்; 8 துண்மிகள்= 1 பைட்; ஆகையால் தேக்கக அளவு=84672000/8~10,000,000 பைட்=10×10000 பைட்=>10 மெகா பைட்.

வரைபடம் 6. இலக்கமுறையில் ஒலிப்பதிவும் (recording), மீளியக்கமும் (playback).

மூல ஆவணங்கள்

1. http://www.st-andrews.ac.uk/~www_pa/Scots_Guide/info/signals/analog/analog.htm.

2. What is the difference between Analog and Digital Signals ? http://www.answerbag.com.

3. F.G. Stremler, ‘Introduction to Communication Systems ‘, Addison Wesley, Dec 1982.

4. http://www.teamcombooks.com/mp3handbook/11.htm.

5. H. Nakajima and H. Ogawa, ‘Compact Disc Technology ‘, Ohmsha Publications, 1992.

இந்நூலை ஜப்பானிய மொழியிலிருந்து, ஆங்கிலத்துக்கு மொழியாக்கியவர், Charles Aschmann.