עוצמת עבודה במערכות אנלוגיות ודיגיטליות

כתב: דני קוריטו

שמירה על עוצמת עבודה נכונה ממקור הצליל ועד למערכת ההקלטה הממוחשבת שלכם (DAW), או עד למוניטורים או למערכת ההגברה שלכם, היא מיומנות הכרחית להשגת איכות צליל אופטימלית. מספיק שבמקום כלשהו הצליל יעבור חלש מדי או חזק מדי וכל שאר המגברים שבדרך יגבירו רעש עבודה או ינמיכו צליל מעוות.

Headroom

בתקופה האנלוגית דאגנו להקליט חזק ככל הניתן בכדי לברוח מרצפת הרעש של הסרט המגנטי. כל המגברים מהמיקרופון דרך שולחן הבקרה ועד למכונת ההקלטה כוונו כך שהאות יעבור בטווח של 20dB הצמודים לאפס, המסמן את סף העיוות בשעון העוצמה, באזור שנקרא בשפה המקצועית ה Headroom.

מכונת ההקלטה האנלוגית סלחנית לאותות אשר מדי פעם עוברים את העוצמה המרבית וניתן היה אפילו למצוא טכנאים אשר נהגו להקליט תפקידי נגינה מסוימים כמו תופים ובס מראש בעוצמה גבוהה מדי, כלומר ברמת עיוות מבוקרת בכדי לקבל הרמוניות נוספות מסרט ההקלטה.

שעון העוצמה שבו השתמשנו נקרא VU:

זמן התגובה של השעון הזה הוא 300 מילישניות מרגע שנכנס אליו צליל ועד להצגת עוצמתו המלאה. מאחר וזמן התגובה איטי, השעון הזה לא מציג את רגעי השיא כמעט אף פעם. ניתן היה לחשוב כי השעון הזה חסר תועלת שכן הוא אינו מציג את העוצמה האמיתית, אולם הוא מתאים מאוד לאופן שבו האוזן האנושית מנתחת עוצמה ולכן אנחנו ממשיכים להשתמש בו עד היום.

אם נשמיע צליל רציף כמו גל סינוס ב 1KHz דרך שעון ה VU ונדאג שהמחוג יגיע לעוצמה 0, עוצמת היציאה תהיה שווה ל4dBu+ בציוד אולפני מקצועי או 10dBV- בציוד חצי מקצועי. מאחר ונקודות הייחוס של שתי העוצמות שציינתי שונות, יחס העוצמה ביניהן לאחר ההמרה ליחידת מדידה זהה יהיה 11.8dB ולצורך המאמר הזה נעגל את יחס העוצמה ל 12dB.

בעולם האנלוגי היו קיימים רק שני תקנים לעוצמה, מקצועי וחצי מקצועי בלבד. התקן המקצועי לרוב גם עשה שימוש בחיבורים מאוזנים ובתקן החצי מקצועי שיועד לציוד לאולפנים ביתיים נעשה לרוב שימוש בחיבורים שאינם מאוזנים. למה זה כל כך חשוב לנו אתם שואלים? כי ברגע שחיברנו מכשיר חצי מקצועי למערכת מקצועית נוצר הפרש עוצמה של 12dB ולכן היה קל מאוד לגרום למעבר צליל מעוות או רועש במידה ולא תיאמנו את עוצמות היציאה והכניסה של המכשירים בהתאם.

גם היום בכרטיסי קול רבים ניתן לקבוע שעוצמת היציאה היא 4dBu+ או 10dBV-.

תקני עוצמה במערכות דיגיטליות

בעידן הדיגיטלי הדברים קצת פחות פשוטים, שכן בהקלטה דיגיטלית מתערבבות מערכות אנלוגיות כמו: מגברי מיקרופון, מכשירי עיבוד צליל ושולחנות בקרה, עם מערכות דיגיטליות כמו כרטיסי קול או ממירים מאנלוג לדיגיטל, מחשבים ותוכנות הקלטה.

פעם התייחסנו לעוצמה אפס על גבי שעון ה VU כאל סף העיוות ושעוני העוצמה על גבי שולחן הבקרה ומכונת ההקלטה היו זהים, דבר שהקל מאוד על שמירת העוצמה לאורך שרשרת ההקלטה האנלוגית. אולם בעוד שכיום דבר לא השתנה במערכות האנלוגיות, הרי שציוד דיגיטלי מכויל ביחס לעוצמת ההקלטה הדיגיטלית המרבית, כלומר שעוני העוצמה הדיגיטליים של תוכנת המחשב שלכם מכוילים ביחס ל 0 dB Full Scale.

העוצמה 0 dB Full Scale או בקיצור 0dBFS מתארת מצב שבו כל ערכי העוצמה האפשריים במערכת ההקלטה הדיגיטלית נמצאים בשימוש, כלומר ניסיון להקליט בעוצמה חזקה מ 0dBFS איננה אפשרית שכן לא קיימים ערכי עוצמה אפשריים לייצוג עוצמה חזקה יותר. בעוד שהקלטה חמה מדי על גבי סרט הקלטה אנלוגי עשויה להניב דווקא הרמוניות רצויות, הרי שמערכת דיגיטלית כלל אינה סלחנית לניסיון לעבור את העוצמה 0dBFS והתוצאה שתתקבל תהיה קליק דיגיטלי מעצבן.

שעון עוצמה כדוגמת ה VU לא יהיה שימושי עבורנו במערכת דיגיטלית, אנחנו חייבים לראות את שיאי העוצמה הנכנסים למערכת בזמן אמת כדי לוודא שאנחנו לא עוברים את העוצמה המירבית המותרת (0dBFS) ו לכן משתמשים בשעון עוצמה מסוג Peak:

בשעון ה Peak ניתן לראות את העוצמה המירבית הרגעית ובכדי שיהיה נח יותר להסתכל על השעון, קיימת השהיית מעבר של 300 מילישניות עד למלוא נפילת העוצמה הבאה.

ההחלטה לגבי טווח ה Headroom במערכת הקלטה דיגיטלית נקבע באופן דומה לעולם האנלוגי: רחוק ככל הניתן מרצפת הרעש וחלש מעוצמת העיוות, רק שכאן רצפת הרעש נקבעת בהתאם לסיביות המערכת ומאחר ולא ניתן לעבור את ה 0dBFS חייבים לשמור על טווח ביטחון.

אם אתם מקליטים בסיביות של 16 Bit תוכלו להשתמש בתחום דינמי של 12dB הקרובים לעוצמה המרבית 0dBFS, בכדי לקבל את האיכות הטובה ביותר מהמערכת שלכם. שימו לב כי זהו תחום דינמי צר מדי עבור כלי נגינה רבים.

אם אתם מקליטים לעומת זאת בסיביות של 24 Bit תוכלו להשתמש בתחום דינמי של 48dB הקרובים לעוצמה המרבית 0dBFS בכדי לקבל את האיכות הטובה ביותר מהמערכת שלכם ואפילו בעוד 12dB נוספים אם אתם מוכנים להתפשר על איכות הקלטה דומה לזו של 16 ביט כך שה Headroom שלכם יכול להגיע לטווח של 60dB. זהו תחום דינמי המאפשר לכם ביצוע הקלטה של כמעט כל מקור צליל ללא כל ביצוע של עיבוד אות או דחיסה של התחום הדינמי.

מגביל עוצמה / Limiter

מתוך רצון למנוע את תופעת הקליקים הדיגיטליים, יצרניות כרטיסי הקול ושולחנות הבקרה הדיגיטליים מוסיפות מגביל עוצמה, או בשפה המקצועית – לימיטר / Limiter, אשר תפקידו לוודא שמגברי הכניסה האנלוגיים לעולם לא יצליחו לעבור את העוצמה המרבית של 0dBFS לפני שלב ההמרה של הצליל לדיגיטל, כלומר לרצפים של מספרים. אנשי סאונד מקצועיים רבים אינם מודעים למגבילי העוצמה שכן הם ממילא מכוונים את מגברי הכניסה האנלוגיים לעוצמת עבודה מתאימה למערכת ולכן רק במצבים קיצוניים הם עשויים לחוות התערבות של הלימיטר.

כך נראה גל קול שהוקלט בעוצמה טובה:

למראית עין צורת הגל נראית חזקה ואיכותית יותר מצורת הגל הקודמת, אולם במקרה זה התצוגה הגראפית של גל הקול מתארת התערבות גסה בתחום הדינמי של האות המוקלט. שימו לב כיצד התקרבו נקודות השיא של גל הקול לעוצמה הממוצעת שלו, הלימיטר המובנה גרם להחלשה של רגעי השיא וכנגד הוגברה העוצמה הממוצעת, התוצאה היא תחום דינמי מוקטן ומעוות.

לערבב אנלוג עם דיגיטל

בכדי שנוכל לקבוע את עוצמת ההקלטה האופטימלית או את עוצמת הכניסה הנכונה אל שולחן הבקרה הדיגיטלי שלכם, נשאר לנו רק לתאם בין העוצמה הדיגיטלית ועוצמת מקור הצליל האנלוגית. כששעון ה VU שלכם מראה עוצמה של 0 VU והמערכת שלכם מתואמת כולה לתקן מקצועי של 4dBu+ כלומר כל המכשירים בשרשרת ההקלטה שלכם פועלים באותו התקן, העוצמה 0 VU תהיה שווה ל 18dB FS– אצל רוב היצרנים.

הקלטה בעוצמה ממוצעת של 18dB FS– מבטיחה לכם תחום דינאמי רחב ולא פחות חשוב תיאום מושלם עם העולם האנלוגי החיצוני וגם עם העולם האנלוגי הפנימי בתוכנת המחשב שלכם. אתם עושים שימוש בהרבה מאוד תוספי תוכנה המדמים מעבדי צליל אנלוגיים, היוצרים של רוב תוספי התוכנה הללו מדמים גם את ההתנהגות של המכשירים בהתאם לעוצמת הכניסה האנלוגית שלהם, כך שאם תיכנסו אליהם בעוצמה גבוהה מדי או חלשה מדי תקבלו את אותה התגובה שהייתם מקבלים במכשיר האמיתי, כלומר עיוות או הגבר של רעש מיותר.

מבולבלים? הגיע הזמן לסכם:

כל כיווני העוצמה לפני שלב ההמרה הדיגיטלית צריכים לאפשר למקור הצליל לעבור בשרשרת ההקלטה באזור העליון של ה Headroom.

מגבר המיקרופון הוא המגבר האיכותי ביותר בשרשרת ההקלטה, זה גם המגבר שעשוי להעניק לכם הרמוניות נוספות לגוון המיקרופון המחובר. במקרים רבים עוצמת מקור הצליל עשויה לעבור מדי פעם את נקודת האפס של שעון העוצמה, זה מצב עבודה תקין לגמרי, נסו שלא לעבור את העוצמה 3dB+ בשעון ה VU של המגבר, למעט במצבים שבהם אתם מעוניינים לקבל תוספת עיוות מבוקרת ממגבר המיקרופון שלכם ואז רצוי לקבוע את עוצמת המגבר לטעמכם.

עליכם להקפיד שכל המכשירים בשרשרת ההקלטה יחוברו ביניהם בתקן זהה כלומר ב 10dBV– או ב 4dBu+ עד לכניסה של כרטיס הקול שלכם. רוב כרטיסי הקול המקצועיים מאפשרים כיול לכניסות ויציאות הכרטיס לאחד משני התקנים הללו, ברוב המקרים הכיול מתבצע בדרייבר או בתוכנת עזר המצורפת לכרטיס הקול.

בתוכנת ההקלטה יש להגדיר את הפרויקט למצב עבודה בסיביות של 24Bit לקבלת Headroom דיגיטלי של 48dB.

לסיום, בכדי לתאם את העוצמה בין שרשרת ההקלטה האנלוגית לממירים הדיגיטליים שבכרטיס הקול, עליכם לוודא כי בעוצמת יציאה בגובה 0VU אתם נכנסים לערוץ בתוכנת ההקלטה בעוצמה ממוצעת של 18dBFS-.

כרטיסי קול עם מגברי מיקרופון מובנים

אם ברשותכם כרטיס קול עם מגבר מיקרופון מובנה אתם עדיין צריכים לעקוב אחר ההנחיות לכיוון עוצמת ההקלטה. שימו לב שלא לבצע הגבר חזק מדי שעלול לגרום לעיוות או להפעלה של יחידת הגבלת העוצמה המובנת. כמו כן שימו לב כי עוצמת ההקלטה הממוצעת שלכם בתוכנה נמצאת באזור של ה 18dBFS-.

 

---

דני קוריטו

נדבק בחיידק הסאונד בגיל 13 כשהוריו רכשו עבורו סינתיסייזר ראשון, בוגר המחזור השני של בית ספר ״סאונד״, שירת במחלקה הטכנית של גלי צה״ל, שימש כמנהל טכני של ״רדיו ללא הפסקה״ ו״רדיו קול רגע״ מחבר הספרים ״המדריך השלם לקיובס״ ״אומנות הרעש״ ו״סודות הבישול״, ערך את תוכנית הלימודים למסלולי הנדסאי קול עבור מה״ט והכשיר מאות תלמידים שחלקם הפכו לעמודי התווך של קהילת הסאונד בישראל.

עוסק בהקלטה, מיקס, מאסטרינג, הוראה וייעוץ לארגונים שונים בפיתוח פרוייקטים והקמתם בתחום האודיו והמולטימדיה.