נגן הקלמנטינה: על פרי הדר והבדלים בין קבצי אודיו WAV / Flac

מנחם מספר על נגן האודיו למחשב Clementine ובדרך מספר על ההבדלים בין קבצי WAV / MP3 ו- Flac ועורך ניסוי האזנה במטרה לעמוד על הבדלי האיכות בינם.

השימוש במחשב כאמצעי לניגון מוסיקה הפך להיות גורם מכריע בהתנהגות הצרכנית של חובבי האודיו. כפשוטו: אנשים עושים שימוש במחשב כאמצעי נגינה ואחרים, המעיזים שביניהם, משתמשים בו כמקור למוסיקה וחלק ממערכת האודיו שלהם.

בנוסף למחשבים - ניידים ונייחים, גם הסמרטפונים והטאבלטים מצטרפים לשלל אמצעי האיחזור של מוסיקה, במתחם הפרטי (בבית) וגם במתחם הציבורי / מסחרי (בתי קפה, מועדונים וכו').

המרדף אחר האיכות

בכדי לעשות שימוש במחשב לצורך איחזור מוסיקה צריך לאחסן עליו את קבצי המוזיקה. חוזי העתידות חשבו כי באלף השלישי, עם התפתחות רשת האינטרנט וקצבי העברת הנתונים, לא נזדקק עוד לאמצעי האחסון במתחם הפרטי ונוכל להזרים קבצי מדיה מסוג אודיו וידאו באמצעות הרשת מבלי לאחסן אותם במחשבים שלנו. החזון הזה התגשם אבל באופן חלקי (ראו השקת שירות Google Drive) – ומצד שני ייצר טכנולוגיות לדחיסת אודיו (וגם וידאו שלגביהן לא נדון פה) על מנת לאפשר "משיכת" הקבצים על גבי רשת האינטרנט באופן יעיל וניגון שלהם במחשב הביתי.

מספר הפורמטים לדחיסת אודיו גדול מאוד כיום, ברם, כמו בכל שוק שבו יש היצע רחב חלק מפורמטי הדחיסה נדחקו לפינה וחלק אחר הפכו להיות מובילי שוק בשימוש נרחב על ידי הגולשים / משתמשים.

קבצי אודיו שונים
מקובל לחלק את קבצי האודיו לשלוש רמות דחיסה:

-    בלתי דחוסים.
-    דחוסים אבל ללא פגיעה באיכות של קובץ המקור.
-    דחוסים עם פגיעה מסויימת באיכות השמע. בעת הדחיסה הקובץ המקורי נפגם,תהליך האיחזור מנסה להתגבר על הפגיעה באיכות באמצעות הערמה על האוזן האנושית דרך מגבלותיה הטבעיים.

יהיה קשה עד בלתי אפשרי לסקור את כל פורמטי הדחיסה הקיימים, מה גם שרובם לא נמצאים בשימוש תדיר – ולכן נתייחס לשלושה נציגים, אחד מכל טכנולוגיית דחיסה.


קבצי WAV

פורמט ה WAV פותח במשותף על ידי IBM וחברת מיקרוסופט. הפורמט עצמו נטול זכויות יוצרים אולם התוכנות המיצרות אותו מוגנות בזכויות היוצרים של IBM ומיקרוספט. קבצי WAV  אינם "זהים למקור" אלא הם המקור עצמו. מאז 1991 פורמט WAV הפך לסטנדרט של תעשיית ההקלטה ומשמש ליצירת קבצי המקור מהם מיצרים את תקליטי השמע בפורמטים השונים שלהם. במקור, לקבצי WAV ישנה מגבלת גודל של ארבעה גיגה לקובץ, ברם: בשל הצורך להשתמש בהם כקבצי המקור של תעשיית ההקלטות חברת Sound Forge (בבעלות Sony) פיתחה הרחבה שמאפשרת להתגבר על מגבלת ארבעת הגיגות ובאופן תיאורטי גודל הקובץ הבודד תלוי במערכת ההפעלה עצמה ולמעשה בלתי מוגבל.

קבצי Flac

פורמט Flac הוא פורמט פתוח שחוסה תחת רישיון ה- GPL, הוא לא מוגן פטנטים וקוד המקור שלו חופשי לשימוש. Flac אינו קובץ מקור אלא אמצעי "לאריזה שלו" (בדרך כלל WAV) ללא פגיעה בקובץ המקורי - לא מבחינה סונית ולא מבחינת קוד המקור. הוא משתמש באיתור הרווחים שבין המידע הבינארי, ספירת כמות הנתונים הזהים בקובץ ושחזור שלהם בעת אחזור הקובץ.
הפורמט מיועד, בעיקר, לאריזה של קבצים על מנת לשלוח אותם על גבי רשת האינטרנט ומשמש כפורמט פופולרי של קבצי הי-רז להורדה מרשת האינטרנט. Flac מקטין את גודל הקובץ בכ- 50%-60% מגודלו המקורי.

קבצי MP3

MP3 הוא הפורמט דה-פקטו של הפצת קבצי אודיו ברשת האינטרנט. אלוגריתם הדחיסה שלו פוגע בקוד המקור של קובץ האודיו ובעת האיחזור עושה שימוש במגבלות האוזן האנושית על מנת לאחזר את המידע כך שישמע קרוב לקובץ המקור. השימוש בקבצי MP3 הוא חופשי אולם יצירת קבצי MP3 באמצעות תוכנת מחשב מוגנת פטנט ברוב מדינות העולם. הפטנטים על אלגוריתם הדחיסה פגו בחלק ממדינות העולם ב- 2007, בשנת 2015 הם יפוגו בארה"ב וב- 2017 יפוגו כליל. אף על פי שאלגוריתם הדחיסה מוגן פטנט האוחזים בפטנט התרשלו להגן על כל קוד המקור של תוכנת הדחיסה שנכתבה בשפת המחשב C ולכן תוכנות דחיסה שנכתבו תחת רישיון ה GPL (קוד פתוח) מותרות לשימוש לשם יצירת קבצי MP3 ללא תשלום עבור זכויות היוצרים לבעלי הפטנטים.

קלף לי קלמנטינה

על מנת לאחזר את קובץ האודיו מן המחשב ולהשמיע אותו, יש צורך בתוכנה יעודית שתעשה את העבודה. עבור מערכות ההפעלה הקיימות בשוק ישנו מגוון של תוכנות לאחזור קבצי האודיו. כהעדפה אישית וגם על מנת שלא להפר זכויות יוצרים, תמיד אחפש תוכנות,כאלה אבל גם אחרות אשר קוד המקור שלהם פתוח ושהן חוסות תחת רישיון ה GPL. קלמנטינה היא אחת מהן.

Clementine
קלמנטינה (https://www.clementine-player.org/) נכתבה על ידי קהילת קוד פתוח והיא מיועדת למערכות ההפעלה: חלונות (לגרסותיה), אפל (לגרסותיה) ולינוקס (לגרסותיה). התוכנה מגיעה עם ממשק גם לניגון קבצי אודיו בשלל פורמטים, לרבות MP3, גם לניהול סיפריות המוסיקה במחשב וגם להמרת קבצים למספר פורמטים כולם אינם מוגני פטנט.

בנוסף לניגון קבצי אודיו התוכנה יודעת גם להתקשר עם תחנות רדיו אינטרנט ולנגן את השידורים שלהם וכן מקושרת למאגרי המידע שבהם תגיות המידע לגבי אלבומי אודיו.

התוכנה מאפשרת ניהול קבצי אודיו במגוון המכשירים של חברת אפל (אייפון, אייפד וכו') וכן מאפשרת העברת קבצים דחוסים ולא דחוסים למכשירי אודיו ניידים – כאלו אשר מכונים בשפת העם "נגני MP3".


איך זה נשמע?

התקנתי את הקלמנטינה על אורקה. אורקה הוא מחשב נייד תוצרת DELL מסדרת STUDIO  אשר מריץ לינוקס אובונטו 10.04 64 ביט. למחשב יש 3 ג'יגה זיכרון ראם ודיסק קשיח עם 250 ג'יגה. את הקלמנטינה התקנתי ממאגרי התוכנה הרשמיים של אובנטו מקובץ בינארי (לא בוצע קימפול). על אורקה רצה תוכנה לאיחזור קבצי אודיו בשם Rythembox Music player שזהה בתכונותיה לקלמנטינה והיא תוכנת ברירת המחדל של מערכת ההפעלה לניגון ואיחזור קבצי אודיו.

כרטיס הקול הוא האלפא של לקסיקון (שנסקר כאן בעבר) ואמצעי השמע הוא צורב DVD נייד של LG מדגם GP10.

צרבתי על מדיית DVD כמה וכמה קבצים כל אחד מהם בשלושת הפורמטים (Wav, Flac ו- MP3).

לפני שניגש לתיאור מבחן השמע כמה מילים על ציוד האיחזור. האלפא של לקיסקון היא כרטיס קול שקוף לחלוטין וכל אמצעי אחזור שיוחבר אליו האופי הסוני שלו ישוקף על ידי כרטיס הקול מבלי להתערב ו/או להשפיע – לא לטובה ולא לרעה. צורב ה- LG, לעומת זאת, מתאפיין בבמה מאוד רחבה ומפתיעה לטובה, אבל באופי סוני מאוד כהה עם נטייה לאלימות ופירוט יתר במידים ובגבוהים ובאס מעט ביישן שגם הוא בעל אופי כהה מאוד. הכהות של נגן ה- LG בעוצמות גבוהות הופכת אותו לקצת צרחן אם כי הוא עדיין אינו מאבד את הפירוט או האיזון הסוני בין התדרים.

הקבצים שנצרבו בכונן ה- DVD היו כאלו שאני מכיר שנים רבות וכללו מוסיקת רוק כבד, רוק מתקדם, מוסיקה קלאסית סימפונית וקלאסית קמארית. הקבצים נצרבו בשלשות כלומר: קובץ אחד בפורמט WAV, הרצועה אחריו בפורמט Flac והרצועה הבאה בפורמט MP3 ונוגנו באותו הסדר.

שימוש בנגני מוסיקה שונים
על מנת לבצע את ההשואה הקבצים נטענו לשלוש תוכנות לאחזור אודיו שרצות על אורקה:
-    בקלמנטינה.
-     Rythembox Music player.
-    VLC (שגם לה גרסה לחלונות).

אורקה מחוברת לארבע שרתים שמסנכרנים את השעון של המחשב. הדיוק של שעון המחשב הוא בפלוס מינוס ארבע מילישניות מהשעה הנתונה. בעזרת השעון של המחשב סינכנתי את שלושת התוכנות כך שבכל רגע נתון ינגנו בסינכרון מלא את קבצי האודיו כאשר הקלמנטינה ניגנה את קבצי ה- WAV, ה-  Rythembox Music player ניגן את קבצי ה- Flac וה- VLC את קבצי ה MP3. בעזרת העכבר וניתוב האות על ידי כלי ניהול האודיו של לינוקס העברתי את השמע בין התוכנות כך שבאותו הרגע יכולתי לשמוע פעם את קובץ ה- WAV, פעם את קובץ ה- Flac ופעם את קובץ ה- MP3 ולבדוק האם בעזרת המעברים בין התוכנות ובין הפורמטים, ניתן להבחין בהבדלים סונים בין הקבצים.

בכדי לנטרל השפעה, באם קיימת, של תוכנת האיחזור, הניסוי חזר על עצמו שלוש פעמים. בפעם הראשונה בסדר שציינתי קודם, בפעם השנייה הקלמנטינה ניגנה קבצי Flac, ה- Rythembox Music player ניגן קבצי WAV וה- VLC נשאר עם ה- MP3. בפעם השלישית הקלמנטינה ניגנה קבצי MP3, ה-  Rythembox Music player נישאר עם קבצי flac ואילו VLC ניגנה את קבצי ה- WAV.

כל קבצי ה MP3 נצרבו בקצב דגימה של 192 מ"ב - קצב הדגימה שהוא הפורמט דה - פקטו ברשת האינטרנט.

הבדלים

בין קבצי ה- WAV וקבצי ה- Flac לא הצלחתי להבחין בשנוי כלשהו, לא שינוי בעוצמת הקול, לא שינוי בבמה, לא שינוי בדינאמיות ולא שינוי באיזון הטונאלי. שני הפורמטים שיקפו את מאפייני המכשיר הנייד שמהם אוחזרו כפי שציינתי קודם לכן. לעומת זאת, בקבצי ה- MP3 שמעתי הבדלים ניכרים בעוצמת השמע, בפירוט של הבמה, בדינאמיות של הסאונד וגם באיזון הטונאלי של הקבצים בעיקר בתחום הבאס והמיד באס (כלומר בין 20 ל 250 הרץ).

מסקנות

שלל התכונות שיש בקלמנטינה והעובדה שהיא ניתנת לשינוע בין מערכות ההפעלה השונות,כמו גם העובדה שבמבחן שביצעתי לא הבחנתי בהשפעה של התוכנה על האיכות הסונית של הקבצים אני ממליץ על שימוש בה כתוכנה לאיחזור אודיו לרבות במתחם האודיופילי.

מראש, לא ציפיתי להרגיש או להבחין שאיזה שהוא הבדל בין הקבצים בפורמט WAV לאלה שבפורמט Flac וזאת משום ש- Flac מבצעת כאמור "אריזה" של הקובץ מבלי לגעת בקוד המקור שלו ובאיכות הסונית שלו. החיסרון היחידי הפוטנציאלי של Flac הוא שפתיחת הקובץ מאריזתו דורשת עיבוד ב- CPU אולם מדובר ברצף פקודות קטן מאוד ולא אמורה להיות בעיה להשתמש בפורמט הזה גם במחשבים דלי זיכרון ודלי כוח עיבוד.

כאמור, בקבצי ה- MP3 כן הורגשו שינויים, חלקם מהותיים באופי הסוני ובהצגה של האודיו אולם,זה המקום לציין, כי את ההבדלים האלה ניתן לחוש רק אם יש את קובץ המקור להשוואה. במידה ונופל לידכם קובץ MP3 שאינכם מכירים או שאין לכם את הקובץ המקורי להשוות אליו, אזי המגבלות של האוזן האנושית לא יחשפו את השינויים – מה גם שבאין בסיס להשוואה לא ניתן להשוות. נאיר כאן: לא פעם קבצי ה- MP3 מומרים ישירות מתוכנת האולפן ומופצים ברשת ולכן, למרות מגבלות הפורמט, קשה עד בלתי אפשרי להבחין בבעיות סוניות, כאמור, כי אין את המקור להשוות אליו.