על Jitter, כרטיסי קול ועצבים… ומה שבינהם

מהו, Jitter? (ג'יטר)

לא מעט מוסיקאים, בבואם לרכוש כרטיס קול (ממשק אודיו) ועושים מעט מחקר, נתקלים במונח לא כל כך ברור – Jitter . בפרט כשמדובר בכרטיסי קול מהרמה הגבוהה. שם ישנה התיחסות לנתון "Jitter נמוך מאד" וש- "התחום הדינמי ,הגבוה ממילא, הוא לא היחיד שמספר את כל הסיפור".

מה הוא אם כן אותו מונח חמקמק הקרוי Jitter ?
בהגדרה המילונית, Jitter פירושו "עצבנוּת" , אי סדירות, או סטיה מטווח ידוע מראש.

אם ניקח דוגמה מהחיים: בואו נאמר שאתם ממתינים לרכבת האמורה להגיע לתחנה בשעה 10:00. לעיתים היא מגיעה ב 09:52 ולעיתים ב 10:15 וכמובן הדבר מתרחש בכל יום מחדש ובשעה אחרת בטווח הנתון… אז אפשר לומר שאלו מכם המשתמשים בשרותי רכבת ישראל כבר יודעים מה הוא Jitter…

איך כל זה קשור לאודיו ?
אותה "סטייה מהמצופה", במקרה שלנו, מתייחסת לסוג של רעד, או רטט בתהליך הדגימה של האות והפיכתו למידע דיגיטלי או ההיפך, בתהליך המרתו ממידע ספרתי לזרם אנלוגי. ע"פ עיקרון נייקוויסט יש לבצע דגימה בתדירות שתהיה לפחות כפולה מהתדר אותו אנו רוצים לדגום. היות וטווח השמיעה האנושי מסתיים בערך באיזור ה- 20Khz תדר הדגימה המינימלי ע"פ עקרון זה הוא 44.1kHz. וכך, בתהליך ההמרה אשר מתבצע ע"י הממיר שבכרטיס הקול ישנה חלוקה ברורה בכל שניה ללפחות 44,100 חלקיקי שניה.

החלוקה מתבצעת ע"י "השעון" הדיגיטלי המכתיב לממיר את קצב תדר הדגימה. כעת המשימה היא לבצע 44,100 פעמים בשניה דגימת אות ברמת דיוק מקסימלית.

כאשר קיימת סטייה במרחקים בין חלקקי השניה אז מתקבל המונח Jitter.
clock-jitter

sample-erorr

כאשר מידע דיגיטלי מומר למידע אנלוגי וההיפך, תזמון אות השעון (Clock) קריטי לגמרי לביצועים של תהליך הדגימה והשחזור של האות.
שגיאות תזמון מתורגמות ל Inharmonic Sidebands והופכות לאות  בעל מאפיינים שונים מהמקור – דיי דומה לעיוות לא ליניארי – Inter-modulation Distortion באנגלית – שמשמעותו עיוות שמאופיין בהופעתן של תדירויות המתווספות לאות המקורי במוצא של האות מהממיר.
תדירויות שהן קומבינציות ליניאריות של תדירויות היסוד (Fundamental). תדירויות אלו מתווספות אל כל ההרמוניות הקיימות באות הכניסה ויחדיו הן מייצרות את העיוות שהינו בעצם גל קול שאינו תואם את המקור. כאן חשוב להבין שאלו עיוותים המתבטאים בהרמוניות של תדרים גבוהים בד"כ. ולכן כרטיסי קול בעלי נתון Jitter  גבוה, תמיד יישמעו בהאזנה ראשונית מבריקים ועתירי תדרים גבוהים, כואבים כסכינים, וחשוב מכל תדרים שלא קיימים במציאות בקובץ המנוגן, וכך מתקבלת תמונת צליל לא אמינה ולא מדויקת!! נראה שאנו עוסקים בזוטות אך כדי שנבין את המימדים: די בסטיה של ננו שניה כדי ליצר בעיה שניתן ממש להבחין בה.

jitter_graphic
לחצו להגדיל

חשוב לדעת: אין כזה דבר "אין Jitter בכלל" (בדיוק כמו שהרכבת  - גם זו בשוויץ.. לעולם לא תגיע בדיוק בשעה – 10:00.00000).
Jitter הוא נתון מוּלד או תופעת לוואי אם תרצו של כל ממשק אודיו. בין אם היצרנים כותבים על כך, ובין אם לא, כאשר מידע עם אות שעון דיגיטלי (Clock Signal) מועבר ממכשיר אחד למשנהו, מעבר האות בכבל יטשטש את אותות השעון הדיגיטלי ויגדיל את מידת אי הדיוק, באשר למיקום המדויק של כל דגימה בודדת.

ההנחה שמידע המועבר בין שני מכשירים עם ממשק דיגיטלי פוטרת מסטיות, אינה מדוייקת לגמרי מאחר ולכבל עצמו גם יש משמעות בייצור Jitter. לדוגמא: כבל אופטי סובל מ Jitter  גדול לעומת כבל קואקסיאלי בפורמט AES . אולם זה, נתון להשפעות מגנטיות יותר מאשר כבל אופטי. כל זה נכון תיאורטית, אך יחד עם זאת Jitter , כתוצאה מהולכה בכבל דיגיטלי כמעט אינה משפיעה מאחר והמידע הדיגיטלי המועבר בכבלים אלו נושא עימו מידע רב אודות השעון בו הוקלט האות. כך שצריכה להיות הפרעה גדולה משמעותית נוספת על מנת ליצור בעיה שנחוש בה.

לסיכום כל המדובר לעיל – שגיאות תזמון, כתוצאה מ- Jitter גבוה ,גורמות לכך שהרזולוציה הכללית והפרטים בעוצמות חלשות, פוחתים בצורה דראסטית וקיימת פגיעה רצינית בהבנת הנעשה בתדרים גבוהים, בצלילות ותמונת הסטריאו.

קיימות שתי דרכים לייצור שעון דיגיטלי:
1. באמצעות גביש קריסטל הרוטט באמצעות זרם חשמלי הזורם בלולאה או מעגל אין סופי. מנגנון זה נקרא Phase-Locked Loop PLL
2. באמצעות סינתיסייזר דיגיטלי מבוסס DSP . כאן נעשה שימוש בגל מרובע שהמרווח בין המופעים (פאזות) שלו הוא מדד הזמן.

בכל אחת מהטכניקות הנ"ל ישנן מגרעות ויתרונות והיצרנים השונים משכללים אותן ורושמים פטנטים בתחום, בעיקר יצרני כרטיסי קול נחשבים וידועים ככאלו שהם בעלי איכויות קול גבוהות.

שנהיה רגועים…