قياسات نظام الصوت

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

يمكن لأجهزة تحليل الصوت، مثل جهاز APx525، قياس خصائص أداء نظام الصوت كمياً.

تُستخدم قياسات أنظمة الصوت لتقييم أدائها كميًا. وتُجرى هذه القياسات لأغراض متعددة؛ إذ يقوم المصممون بقياس أداء جهاز معين، بينما يقوم مهندسو الصيانة بقياسه للتأكد من استمرار عمل الجهاز وفقًا للمواصفات، أو للتأكد من أن العيوب التراكمية في مسار الصوت ضمن الحدود المقبولة. وغالبًا ما تُراعي قياسات أنظمة الصوت مبادئ علم النفس الصوتي لقياس النظام بطريقة تتوافق مع حاسة السمع البشرية .

الذاتية وترجيح التكرار

برزت الأساليب المعتمدة على التقييم الذاتي في مجال الصوتيات الاستهلاكية في المملكة المتحدة وأوروبا خلال سبعينيات القرن الماضي، عندما كشف ظهور أشرطة الكاسيت المدمجة وتقنيات تقليل الضوضاء مثل dbx و Dolby عن عدم كفاءة العديد من القياسات الهندسية الأساسية. وأصبح استخدام مواصفات ضوضاء CCIR-468 شبه الذروة الموزونة ، وتذبذب وارتعاش شبه الذروة الموزون، شائعًا على نطاق واسع، وبُذلت محاولات لإيجاد طرق أكثر دقة لقياس التشوه.

تستخدم القياسات القائمة على علم النفس الصوتي، مثل قياس الضوضاء ، غالبًا مرشح ترجيح . من المعروف أن حاسة السمع البشرية أكثر حساسية لبعض الترددات من غيرها، كما يتضح من منحنيات تساوي شدة الصوت ، ولكن لا يُدرك جيدًا أن هذه المنحنيات تختلف باختلاف نوع الصوت. على سبيل المثال، تختلف المنحنيات المقاسة للنغمات النقية عن تلك الخاصة بالضوضاء العشوائية. كما أن استجابة الأذن أقل دقة للنبضات القصيرة، التي تقل مدتها عن 100 إلى 200  مللي ثانية، مقارنةً بالأصوات المستمرة [ 1 ]، ولذلك وُجد أن كاشف شبه الذروة يُعطي نتائج أكثر تمثيلًا عندما تحتوي الضوضاء على نقرات أو نبضات، كما هو الحال غالبًا في الضوضاء في الأنظمة الرقمية. [ 2 ] لهذه الأسباب، تم ابتكار مجموعة من تقنيات القياس ذات الصلاحية الذاتية وإدراجها في معايير BS و IEC و EBU و ITU . تُستخدم هذه الطرق لقياس جودة الصوت من قبل مهندسي البث في معظم أنحاء العالم، وكذلك من قبل بعض المتخصصين في مجال الصوت، على الرغم من أن معيار الترجيح A الأقدم للنغمات المستمرة لا يزال شائع الاستخدام من قبل آخرين. [ 3 ]

لا يمكن لأي قياس منفرد تقييم جودة الصوت. بدلاً من ذلك، يستخدم المهندسون سلسلة من القياسات لتحليل مختلف أنواع التدهور التي قد تُقلل من دقة الصوت. لذا، عند اختبار جهاز تسجيل تناظري، من الضروري اختبار التذبذب والارتعاش وتغيرات سرعة الشريط على مدى فترات طويلة، بالإضافة إلى التشوه والضوضاء. عند اختبار نظام رقمي، يُعتبر اختبار تغيرات السرعة غير ضروري عادةً نظرًا لدقة الساعات في الدوائر الرقمية، ولكن اختبار التداخل والارتعاش الزمني غالبًا ما يكون مرغوبًا، حيث تسببا في تدهور مسموع في العديد من الأنظمة.

بمجرد إثبات صحة الطرق الموضوعية وتوافقها الجيد مع اختبارات الاستماع في ظل ظروف متنوعة، تُعتمد هذه الطرق عمومًا كطرق مفضلة. لا تكفي الطرق الهندسية القياسية دائمًا عند مقارنة المنتجات المتشابهة. على سبيل المثال، قد يُظهر مشغل أقراص مدمجة مستوى ضوضاء أعلى من مشغل آخر عند قياسه بطريقة RMS، أو حتى بطريقة RMS الموزونة A، ومع ذلك يبدو صوته أقل ومستوى الضوضاء فيه أقل عند استخدام ترجيح 468. قد يعود ذلك إلى ارتفاع مستوى الضوضاء عند الترددات العالية، أو حتى عند ترددات أعلى.20 كيلوهرتز  ، وكلاهما أقل أهمية لأن الأذن البشرية أقل حساسية لهما (انظر تشكيل الضوضاء ). هذا التأثير هو آلية عمل دولبي بي وسبب تقديمه. يمكن جعل ضوضاء الكاسيت، التي كانت في الغالب عالية التردد ولا يمكن تجنبها نظرًا لصغر حجم وسرعة المسار المسجل، أقل أهمية بشكل ملحوظ من الناحية الموضوعية. بدت الضوضاءأقل ضجيجًا بمقدار 10 ديسيبل  ، لكنه فشل في قياس أداء أفضل بكثير إلا إذا تم استخدام ترجيح 468 بدلاً من ترجيح A.

أداء قابل للقياس

الكهرباء التناظرية

استجابة التردد
يُحدد هذا القياس نطاق التردد الذي يظل فيه مستوى خرج مُكوّن الصوت ثابتًا نسبيًا (إما ضمن نطاق ديسيبل مُحدد أو بالرجوع إلى السعة عند 1  كيلوهرتز). قد تحتوي مُضخّمات الصوت الأولية أيضًا على مُعادلات صوت، على سبيل المثال لتشغيل أسطوانات الفينيل التي تتطلب تصحيح استجابة التردد وفقًا لمعيار RIAA ، وفي هذه الحالة، قد تُحدد المواصفات مدى تطابق الاستجابة مع المعيار. من ناحية أخرى، يُستخدم مصطلح " نطاق التردد" أحيانًا لوصف مكبرات الصوت ومُحولات الطاقة الأخرى للإشارة إلى الترددات القابلة للاستخدام، دون تحديد نطاق ديسيبل بالضرورة. يرتبط عرض نطاق الطاقة أيضًا باستجابة التردد ، حيث يُشير إلى نطاق الترددات القابلة للاستخدام عند طاقة عالية. 
المكون ذو الاستجابة الترددية المسطحة يُعيد إنتاج المحتوى عند جميع الترددات ضمن نطاق التردد المحدد بنفس الشدة. يتراوح نطاق التردد المحدد عادةً لمكونات الصوت بينيتراوح نطاق الترددات بين 20  هرتز و20  كيلوهرتز، وهو ما يعكس بشكل عام نطاق السمع البشري . قد تتميز مضخمات الصوت ومشغلات الأقراص المدمجة المصممة جيدًا باستجابة ترددية لا تتجاوز 0.2  ديسيبل بين 20  هرتز و20  كيلوهرتز. [ 4 ] أما مكبرات الصوت، فتميل إلى امتلاك استجابات ترددية أقل استواءً بكثير من ذلك.
التشوه التوافقي الكلي (THD)
تحتوي المواد الموسيقية على نغمات مميزة، وتتضمن بعض أنواع التشويش نغمات دخيلة بترددات مضاعفة أو ثلاثة أضعاف ترددات تلك النغمات. يُطلق على هذا التشويش المرتبط بالتوافقيات اسم التشويش التوافقي. بالنسبة للصوت عالي الدقة ، يُتوقع عادةً أن يكون هذا التشويش أقل من 1% في الأجهزة الإلكترونية؛ أما العناصر الميكانيكية مثل مكبرات الصوت، فعادةً ما يكون لديها مستويات أعلى لا مفر منها. من السهل نسبيًا تحقيق تشويش منخفض في الإلكترونيات باستخدام التغذية الراجعة السالبة ، ولكن استخدام مستويات عالية من التغذية الراجعة بهذه الطريقة كان موضوع جدل بين عشاق الصوت . [ 5 ] في الأساس، تُنتج جميع مكبرات الصوت تشويشًا أكثر من الإلكترونيات، وليس من المستغرب أن يكون التشويش بنسبة 1-5% عند مستويات استماع متوسطة الارتفاع. الأذن البشرية أقل حساسية للتشويش في الترددات المنخفضة، ويُتوقع عادةً أن تكون المستويات أقل من 10% عند التشغيل بصوت عالٍ. يُعتبر التشويش الذي يُنتج توافقيات زوجية فقط لموجة جيبية مُدخلة أقل إزعاجًا في بعض الأحيان من التشويش ذي التوافقيات الفردية.
طاقة الخرج
يتم قياس طاقة الخرج للمضخمات بشكل مثالي ويتم ذكرها على أنها أقصى طاقة خرج جذر متوسط ​​المربع (RMS) لكل قناة، عند مستوى تشويه محدد عند حمل معين، والذي يعتبر، وفقًا للاتفاقية واللوائح الحكومية، المقياس الأكثر أهمية للطاقة المتاحة على الإشارات الموسيقية.
تتطلب مواصفات الطاقة تحديد مقاومة الحمل ، وفي بعض الحالات، سيتم إعطاء رقمين (على سبيل المثال، عادةً ما يتم قياس طاقة خرج مكبر الصوت لمكبرات الصوت عند 4 و 8 أوم ).
التشوه التوافقي (IMD)
التشوه الذي لا يرتبط توافقيًا بالإشارة المُضخّمة يُعرف بتشوه التشكيل البيني. وهو مقياس لمستوى الإشارات الطفيلية الناتجة عن دمج غير مرغوب فيه لإشارات دخل ذات ترددات مختلفة. وينتج هذا التأثير عن اللاخطية في النظام . ويمكن لمستويات عالية كافية من التغذية الراجعة السالبة أن تقلل من هذا التأثير في المُضخّم. [ أ ] يكون التشكيل البيني في مُشغّلات مكبرات الصوت، كما هو الحال مع التشوه التوافقي، أكبر دائمًا تقريبًا منه في معظم الأجهزة الإلكترونية. ويزداد التشكيل البيني مع حركة المخروط. ويؤدي تقليل عرض نطاق المُشغّل إلى تقليل التشكيل البيني بشكل مباشر. ويتحقق ذلك بتقسيم نطاق التردد المطلوب إلى نطاقات منفصلة باستخدام مُقسّم ترددات صوتي ، واستخدام مُشغّلات منفصلة لكل نطاق ترددات. [ ب ] يمكن تقليل تشوه التشكيل البيني في أنظمة مكبرات الصوت متعددة المُشغّلات بشكل كبير باستخدام مُقسّم ترددات نشط ، على الرغم من أنه يزيد بشكل ملحوظ من تكلفة النظام وتعقيده.
ضوضاء
مستوى الضوضاء غير المرغوب فيها التي يُنتجها النظام نفسه، أو التي تُضاف إلى الإشارة نتيجةً للتداخل من مصادر خارجية. يُشير مصطلح "الطنين " عادةً إلى الضوضاء التي تحدث فقط عند ترددات خطوط الطاقة (على عكس الضوضاء البيضاء واسعة النطاق مثلاً )، والتي تُضاف من خلال حث إشارات خطوط الطاقة في مداخل مراحل التضخيم، أو من مصادر طاقة غير مُنظمة بشكل كافٍ، أو من خلال ضعف تأريض المكونات.
التداخل
يُعرَّف التشويش المتبادل بأنه إدخال ضوضاء (من قناة إشارة أخرى) ناتجة عن تيارات أرضية، أو حثّ أو سعة طفيلية بين المكونات أو الخطوط. يُقلل التشويش المتبادل، أحيانًا بشكل ملحوظ، من الفصل بين القنوات (كما هو الحال في نظام ستيريو). يُعطي قياس التشويش المتبادل قيمة بالديسيبل نسبةً إلى المستوى الاسمي للإشارة في المسار الذي يستقبل التشويش. عادةً ما يُمثل التشويش المتبادل مشكلةً فقط في الأجهزة التي تُعالج قنوات صوتية متعددة في نفس الهيكل.
نسبة رفض الوضع المشترك (CMRR)
في أنظمة الصوت المتوازنة ، توجد إشارات متساوية ومتعاكسة في المدخلات، وأي تداخل يقع على كلا السلكين يُطرح، مما يلغي هذا التداخل. يُعدّ معدل رفض الوضع المشترك (CMRR) مقياسًا لقدرة النظام على تجاهل هذا التداخل، وخاصةً الطنين عند مدخله. وعادةً ما يكون هذا المعدل مهمًا فقط مع الأسلاك الطويلة على المدخل، أو عند وجود بعض مشاكل حلقة التأريض . أما المدخلات غير المتوازنة فلا تحتوي على مقاومة الوضع المشترك؛ لذا يظهر الضجيج المستحث على مدخلاتها مباشرةً كضجيج أو طنين.
النطاق الديناميكي ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR)
نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) هي النسبة بين أعلى مستوى يمكن أن يتحمله مكون ما ومستوى الضوضاء الذي ينتجه. لا تُحتسب ضوضاء الإدخال في هذا القياس. يشير النطاق الديناميكي إلى نسبة أعلى مستوى صوت إلى أدنى مستوى صوت في مصدر إشارة معين (مثل الموسيقى أو المواد الصوتية)، ويقيس هذا النطاق الديناميكي الأقصى الذي يمكن أن يحمله نظام الصوت. تُقاس هذه النسبة بالديسيبل بين مستوى الضوضاء الأساسي للجهاز وأعلى إشارة (عادةً موجة جيبية ) يمكن إخراجها عند مستوى تشويه منخفض محدد.
منذ أوائل التسعينيات، أوصت العديد من الجهات المختصة، بما في ذلك جمعية هندسة الصوت ، بإجراء قياسات النطاق الديناميكي مع وجود إشارة صوتية. وهذا يجنب القياسات المشكوك فيها التي تعتمد على استخدام وسائط فارغة أو دوائر كتم الصوت.
نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) هي النسبة بين مستوى الضوضاء الأساسي ومستوى مرجعي أو مستوى محاذاة محدد . في أجهزة التسجيل الاحترافية، يكون هذا المستوى المرجعي عادةً +4  ديسيبل فولت وفقًا لمعيار IEC 60268-17، بينما يكون أحيانًا 0  ديسيبل فولت في المملكة المتحدة وأوروبا، وهو مستوى المحاذاة القياسي لاتحاد البث الأوروبي (EBU). يختلف معنى كل من مستوى الاختبار ومستوى القياس ومستوى المحاذاة ، مما يؤدي غالبًا إلى الالتباس. أما في الأجهزة الاستهلاكية، فلا يوجد معيار رسمي، مع أن -10  ديسيبل فولت و-6  ديسيبل فولت شائعان.
تتميز الوسائط المختلفة بمستويات ضوضاء ونطاق ديناميكي متفاوتة . ورغم اختلاف القيم بين الأجهزة، فإن شريط الكاسيت التناظري النموذجي قد يُعطي 60  ديسيبل، وأسطوانة الفينيل حوالي 70 ديسيبل، والقرص المضغوط ما يقارب 100 ديسيبل. [ 7 ] تتمتع معظم مكبرات الصوت الحديثة عالية الجودة بنطاق ديناميكي يزيد عن 110 ديسيبل، [ 8 ] وهو ما يقارب نطاق السمع البشري ، الذي يُعتبر عادةً حوالي 130 ديسيبل.    
تشوه الطور ، وتأخير المجموعة ، وتأخير الطور
يُحافظ مُكوّن الصوت المثالي على اتساق طور الإشارة عبر كامل نطاق الترددات. ويُعدّ تقليل أو إزالة تشوّه الطور أمرًا بالغ الصعوبة. فالأذن البشرية غير حساسة إلى حد كبير لتشوّه الطور، على الرغم من حساسيتها الفائقة للعلاقات الطورية النسبية ضمن الأصوات المسموعة. إنّ الطبيعة المُعقّدة لحساسيتنا لأخطاء الطور، إلى جانب عدم وجود اختبار مُناسب يُقدّم تقييمًا واضحًا للجودة، هي السبب في عدم إدراجها ضمن مواصفات الصوت التقليدية. وقد تُعاني أنظمة مكبرات الصوت متعددة المحركات من تشوّهات طورية مُعقّدة، ناتجة عن أو مُصحّحة بواسطة مُقسّمات التردد، وموضع المحرك، وسلوك طور المحرك المُحدّد.
استجابة عابرة
قد يتميز النظام بانخفاض التشوه في حالة الإشارة المستقرة، ولكنه لا يتميز بذلك في حالة الإشارات العابرة المفاجئة. في مكبرات الصوت، يُعزى هذا الخلل في بعض الأحيان إلى مصادر الطاقة، أو إلى ضعف أداء الترددات العالية، أو إلى التغذية الراجعة السلبية المفرطة. ومن القياسات ذات الصلة معدل التغير وزمن الصعود . يصعب قياس التشوه في الاستجابة العابرة، وقد وُجد أن العديد من تصميمات مكبرات الطاقة الجيدة تعاني من معدلات تغير غير كافية وفقًا للمعايير الحديثة. في مكبرات الصوت، يتأثر أداء الاستجابة العابرة بكتلة ورنين المحركات والصناديق، بالإضافة إلى تأخير المجموعة وتأخير الطور الناتج عن ترشيح الترددات المتقاطعة أو عدم محاذاة التوقيت لمحركات مكبر الصوت. تُنتج معظم مكبرات الصوت كميات كبيرة من التشوه العابر، على الرغم من أن بعض التصميمات أقل عرضة لذلك (مثل مكبرات الصوت الكهروستاتيكية ، ومكبرات الصوت ذات القوس البلازمي ، ومكبرات الصوت الشريطية ، وصناديق البوق ذات نقاط الدخول المتعددة ).
عامل التخميد
نسبة مقاومة خرج المضخم وكابلات التوصيل إلى مقاومة التيار المستمر لملف الصوت . يُعتقد عمومًا أن القيمة الأعلى أفضل. هذا مقياس لمدى كفاءة مضخم الطاقة في التحكم بالحركة غير المرغوب فيها لمكبر الصوت . يجب أن يكون المضخم قادرًا على كبح الرنين الناتج عن الحركة الميكانيكية (مثل القصور الذاتي ) لمخروط مكبر الصوت. هذا مهم بشكل خاص لمكبرات الصوت منخفضة التردد ذات الكتلة الأكبر. بالنسبة لمكبرات الصوت التقليدية، يتضمن هذا بشكل أساسي ضمان أن تكون مقاومة خرج المضخم قريبة من الصفر وأن تكون أسلاك مكبر الصوت قصيرة بما يكفي وذات قطر كبير بما يكفي. يُعتبر عامل التخميد 20 أو أكثر مناسبًا لأنظمة تعزيز الصوت المباشر ، حيث يكون مستوى ضغط الصوت الناتج عن حركة مكبر الصوت المرتبطة بالقصور الذاتي  أقل بمقدار 26 ديسيبل من مستوى الإشارة ولن يُسمع. [ 9 ] تعمل التغذية الراجعة السالبة في المضخم على خفض مقاومة الخرج الفعالة وبالتالي زيادة عامل التخميد. [ 10 ]

ميكانيكياً

يا للروعة !
تتعلق هذه القياسات بالحركة الفيزيائية في أحد المكونات، وتحديدًا آلية تشغيل الوسائط التناظرية ، مثل أسطوانات الفينيل والأشرطة المغناطيسية . يُعرف التذبذب (Wow ) بأنه تغير بطيء السرعة (بضع هرتزات) ناتج عن انحراف طويل الأمد في سرعة محرك التشغيل، بينما يُعرف الرفرفة (flutter ) بأنها تغيرات أسرع في السرعة (بضع عشرات من الهرتزات)، وعادةً ما تنتج عن عيوب ميكانيكية مثل عدم استدارة محور دوران آلية نقل الشريط. يُعطى القياس كنسبة مئوية، وكلما انخفضت النسبة كان ذلك أفضل.
ترعد
يقيس هذا المقياس مستوى الضوضاء منخفضة التردد (عشرات الهرتزات) التي يُصدرها قرص تشغيل الأسطوانات في نظام التشغيل التناظري. وتنتج هذه الضوضاء عن عيوب في المحامل، وعدم انتظام لفات المحرك، والاهتزازات في نطاقات التشغيل في بعض أقراص التشغيل، بالإضافة إلى اهتزازات الغرفة (مثل اهتزازات حركة المرور) التي تنتقل عبر قاعدة قرص التشغيل إلى خرطوشة الفونو.

رقمي

تجدر الإشارة إلى أن الأنظمة الرقمية لا تعاني من العديد من هذه التأثيرات التناظرية على مستوى الإشارة. فما دامت الرموز الرقمية سليمة بعد نقلها بين المكونات، ويمكن إعادة توليدها بدقة تامة (مثلاً، باستخدام تقنيات تشكيل النبضات )، فإن البيانات نفسها تبقى سليمة تماماً. تُخزَّن البيانات عادةً في ذاكرة مؤقتة، ويتم إرسالها بواسطة مذبذب بلوري دقيق للغاية . ولا تتدهور البيانات عادةً أثناء مرورها عبر مراحل متعددة، لأن كل مرحلة تُعيد توليد رموز جديدة للإرسال.

تُعاني الأنظمة الرقمية من مشاكلها الخاصة. تُضيف عملية التحويل الرقمي ضوضاء التكميم ، وهي قابلة للقياس وتعتمد على عمق بت الصوت في النظام، بغض النظر عن مشاكل الجودة الأخرى. وتؤدي أخطاء التوقيت في ساعات أخذ العينات ( الارتعاش ) إلى تشويه غير خطي (تعديل التردد) للإشارة. يرتبط أحد مقاييس جودة النظام الرقمي (معدل خطأ البت) باحتمالية حدوث خطأ في الإرسال أو الاستقبال. ويُحدد عرض النطاق الترددي بمعدل أخذ العينات . عمومًا، تُعد الأنظمة الرقمية أقل عرضةً للخطأ من الأنظمة التناظرية؛ ومع ذلك، تحتوي جميع الأنظمة الرقمية تقريبًا على مدخلات أو مخرجات تناظرية، وبالتأكيد جميع تلك التي تتفاعل مع العالم التناظري. قد تُعاني هذه المكونات التناظرية للنظام الرقمي من تأثيرات تناظرية، مما قد يُؤثر سلبًا على سلامة النظام الرقمي المصمم جيدًا.

غضب
قياس التباين في الفترة الزمنية والتوقيت المطلق بين الساعة المقاسة والساعة المثالية. يمكن أن يؤدي الارتعاش إلى زيادة مستوى الضوضاء في محولات الإشارة التناظرية إلى الرقمية ومحولات الإشارة الرقمية إلى التناظرية، وعندما يكون شديدًا، فإنه يُدخل مكونات طيفية شاذة، تُعرف باسم " التشويش" .
معدل أخذ العينات
يُحدد معدل أخذ العينات للإشارة التناظرية، ويُقاس هذا المعدل بالعينات في الثانية ( هرتز ). يسمح معدل أخذ العينات الأعلى بعرض نطاق ترددي إجمالي أكبر أو استجابة ترددية أكبر في نطاق التمرير، كما يسمح باستخدام مرشحات مضادة للتشويه أقل حدة في نطاق الإيقاف، مما يُحسّن بدوره خطية الطور الكلية في نطاق التمرير.
عمق البت
في الصوت المُضمَّن برمز النبضة ، يُعرَّف عمق البت بأنه عدد بتات المعلومات في كل عينة . وتُحدث عملية التكميم ، المستخدمة في أخذ عينات الصوت الرقمي، خطأً في الإشارة المُعاد بناؤها . وتعتمد نسبة الإشارة إلى ضوضاء التكميم على عمق البت.
تستخدم الأقراص الصوتية المضغوطة عمق بت 16 بت، بينما تستخدم أقراص DVD-Video و Blu-ray صوتًا بعمق بت 24 بت. يبلغ الحد الأقصى للنطاق الديناميكي لنظام 16 بت حوالي 96  ديسيبل، [ 11 ] بينما يبلغ حوالي 144  ديسيبل لنظام 24 بت.
لحساب أقصى نطاق ديناميكي نظري لنظام رقمي ( نسبة الإشارة إلى الضوضاء الكمية ، SQNR)، استخدم الخوارزمية التالية لعمق البت Q:
SسؤالشمالR=20سجل10⁡(2سؤال)≈6.02⋅سؤال دب{\displaystyle \mathrm {SQNR} =20\log _{10}(2^{Q})\approx 6.02\cdot Q\ \mathrm {dB} \,\!}
مثال: يحتوي نظام 16 بت على 2^ 16 احتمالًا مختلفًا، من 0  إلى 65535. أصغر إشارة هي 1، لذا فإن عدد المستويات المختلفة أقل بواحد، أي 2^ 16  - 1. لذلك، بالنسبة لنظام رقمي 16 بت، فإن النطاق الديناميكي هو 20 × log(2^ 16  - 1)  ≈ 96  ديسيبل.
يمكن استخدام تقنية التمويه في معالجة الصوت لزيادة عشوائية خطأ التكميم ، وتستخدم بعض أنظمة التمويه تقنية تشكيل الضوضاء لنقل ضوضاء التكميم إلى مناطق أقل وضوحًا في طيف الترددات الصوتية. ويمكن أن يؤدي استخدام التمويه المُشكَّل إلى زيادة النطاق الديناميكي الفعال للصوت ذي 16 بت إلى حوالي 120  ديسيبل. [ 12 ]
دقة العينة/التزامن
ليست هذه مواصفة بقدر ما هي قدرة. بما أن كل جهاز صوت رقمي مستقل يعمل بمذبذب بلوري خاص به ، ولا يوجد بلورتان متطابقتان تمامًا، فسيكون معدل أخذ العينات مختلفًا بعض الشيء. سيؤدي هذا إلى تباعد الأجهزة بمرور الوقت. وتختلف آثار ذلك. فإذا استُخدم جهاز رقمي لمراقبة جهاز رقمي آخر، فسيؤدي ذلك إلى انقطاعات أو تشويش في الصوت، حيث سينتج أحد الجهازين بيانات أكثر أو أقل من الآخر في وحدة الزمن. وإذا سجل جهازان مستقلان في الوقت نفسه، فسيتأخر أحدهما عن الآخر تدريجيًا. يمكن تجاوز هذا التأثير بمزامنة ساعة الكلمات . كما يمكن تصحيحه رقميًا باستخدام خوارزمية تصحيح الانحراف. تقارن هذه الخوارزمية المعدلات النسبية لجهازين أو أكثر، وتحذف أو تضيف عينات من تدفقات أي جهاز ينحرف كثيرًا عن الجهاز الرئيسي. سيتغير معدل أخذ العينات أيضًا بشكل طفيف بمرور الوقت، مع تغير درجة حرارة البلورات، وما إلى ذلك. انظر أيضًا استعادة الساعة
الخطية
اللاخطية التفاضلية واللاخطية التكاملية هما مقياسان لدقة محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية . وهما يقيسان بشكل أساسي مدى قرب مستويات العتبة لكل بت من المستويات النظرية المتساوية التباعد.

اختبار التسلسل الآلي

يستخدم اختبار التسلسل سلسلة محددة من إشارات الاختبار، لقياس استجابة التردد والضوضاء والتشويه، وما إلى ذلك، يتم توليدها وقياسها تلقائيًا لإجراء فحص جودة شامل على جهاز أو مسار إشارة. وقد اعتمد اتحاد البث الأوروبي (EBU) في عام 1985 تسلسلًا واحدًا مدته 32 ثانية، يتضمن 13 نغمة (من 40  هرتز إلى 15  كيلوهرتز عند -12  ديسيبل) لقياس استجابة التردد، ونغمتين لقياس التشويه (1024  هرتز/60  هرتز عند +9  ديسيبل)، بالإضافة إلى اختبارات التداخل والضغط. هذا التسلسل، الذي بدأ بإشارة FSK بسرعة 110 باود لأغراض المزامنة، أصبح أيضًا معيار CCITT O.33 في عام 1985. [ 13 ]

قامت شركة ليندوس للإلكترونيات بتوسيع المفهوم، مع الحفاظ على مفهوم FSK، وابتكرت اختبار التسلسل المُجزأ، الذي يفصل كل اختبار إلى "مقطع" يبدأ بحرف تعريفي يُرسل كإشارة FSK بسرعة 110 باود، بحيث يمكن اعتبار هذه المقاطع "لبنات بناء" لاختبار كامل مُناسب لحالة مُعينة. وبغض النظر عن المزيج المُختار، يوفر FSK كلاً من التعريف والمزامنة لكل مقطع، بحيث تستجيب أجهزة القياس تلقائيًا لاختبارات التسلسل المُرسلة عبر الشبكات وحتى وصلات الأقمار الصناعية. وهكذا، يُمثل TUND تسلسلًا مُكونًا من أربعة مقاطع تختبر مستوى المحاذاة ، واستجابة التردد ، والضوضاء ، والتشويه في أقل من دقيقة، مع توفر العديد من الاختبارات الأخرى، مثل التذبذب والارتعاش ، ونطاق التردد ، والتداخل، في مقاطع بالإضافة إلى الاختبار الكامل.

أصبح نظام اختبار تسلسل Lindos الآن معيارًا "فعليًا" في البث والعديد من المجالات الأخرى لاختبار الصوت، حيث يتم التعرف على أكثر من 25 مقطعًا مختلفًا بواسطة مجموعات اختبار Lindos، ولم يعد معيار EBU مستخدمًا.

غير قابل للقياس الكمي؟

تُختبر العديد من مكونات الصوت من حيث الأداء باستخدام قياسات موضوعية وقابلة للقياس الكمي، مثل التشوه التوافقي الكلي (THD) والنطاق الديناميكي واستجابة التردد. ويرى البعض أن القياسات الموضوعية مفيدة، وغالبًا ما ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالأداء الذاتي، أي جودة الصوت كما يختبرها المستمع. [ 14 ] وقد قيّم فلويد تول مكبرات الصوت على نطاق واسع في أبحاث الهندسة الصوتية . [ 15 ] [ 16 ] وفي مجلة علمية محكمة ، عرض تول نتائج تشير إلى أن لدى المشاركين نطاقًا واسعًا من القدرات على التمييز بين مكبرات الصوت الجيدة والرديئة، وأن اختبارات الاستماع العمياء أكثر موثوقية من الاختبارات التي تُجرى مع المبصرين. ووجد أن المشاركين يستطيعون إدراك الاختلافات في جودة مكبر الصوت بدقة أكبر أثناء التشغيل أحادي القناة من خلال مكبر صوت واحد، في حين أن الإدراك الذاتي للصوت المجسم يتأثر بشكل أكبر بتأثيرات الغرفة. [ 17 ] وأظهرت إحدى أوراق تول البحثية أن القياسات الموضوعية لأداء مكبرات الصوت تتطابق مع التقييمات الذاتية في اختبارات الاستماع. [ 18 ]

يرى البعض أنه نظرًا لعدم فهمنا الكامل لحاسة السمع والإدراك البشريين، ينبغي إعطاء الأولوية لتجربة المستمع على كل شيء آخر. وهذا ما نلاحظه غالبًا في منشورات الصوتيات المنزلية . [ 19 ] وتُثار تساؤلات حول جدوى اختبارات الاستماع العمياء ومقاييس الأداء الموضوعية الشائعة، مثل نسبة التشوه التوافقي الكلي (THD). [ 20 ] فعلى سبيل المثال، يكون تشوه التقاطع عند قيمة معينة لنسبة التشوه التوافقي الكلي أكثر وضوحًا من تشوه القطع عند نفس القيمة، لأن التوافقيات الناتجة تكون عند ترددات أعلى. وهذا لا يعني أن العيب غير قابل للقياس أو التحديد الكمي، بل يعني فقط أن قيمة واحدة لنسبة التشوه التوافقي الكلي غير كافية لتحديده بدقة، ويجب تفسيرها بحذر. إن قياس نسبة التشوه التوافقي الكلي عند مستويات إخراج مختلفة من شأنه أن يكشف ما إذا كان التشوه ناتجًا عن القطع (الذي يزداد مع ارتفاع مستوى الصوت) أو عن التقاطع (الذي ينخفض ​​مع ارتفاع مستوى الصوت).

بغض النظر عن وجهة النظر، فقد حظيت بعض المقاييس تاريخيًا بتفضيل. على سبيل المثال، يمثل التشوه التوافقي الكلي (THD) متوسط ​​عدد من التوافقيات ذات الأوزان المتساوية، على الرغم من أن الأبحاث تشير إلى أن التوافقيات ذات الرتب المنخفضة يصعب سماعها عند نفس مستوى الصوت، مقارنةً بالتوافقيات ذات الرتب الأعلى. إضافةً إلى ذلك، يُقال إن التوافقيات ذات الرتب الزوجية أصعب سماعًا بشكل عام من التوافقيات ذات الرتب الفردية. وقد نُشرت عدة معادلات تحاول ربط التشوه التوافقي الكلي (THD) بالسمع الفعلي، إلا أن أيًا منها لم يُستخدم على نطاق واسع.

تروج مجلة "ستيريو فايل" الموجهة لجمهور واسع لادعاء مفاده أن عشاق الصوت المنزلي يفضلون الاختبارات التي تُجرى بالعين المجردة على الاختبارات التي تُجرى دون رؤية. [ 21 ] [ 22 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ يعتقد الكثيرونأنه من الأفضل تصميم الإلكترونيات بطريقة تقلل من مستويات التغذية الراجعة، على الرغم من صعوبة تحقيق ذلك مع تلبية متطلبات الدقة العالية الأخرى.
  2. ↑ تُعدّ مرشحات التقاطع ذات الميل الحاد الأكثر فعالية في تقليل التشوه البيني، ولكن قد يكون تنفيذها مكلفًا للغاية باستخدام مكونات ذات تيار عالٍ، وقد تُسبب تشوهًا رنينيًا. [ 6 ]

مراجع

  1. ↑ مور، برايان سي جيه، مقدمة في علم نفس السمع ، 2004، الطبعة الخامسة، ص 137، دار النشر إلسيفير
  2. ↑ تقرير بحثي لهيئة الإذاعة البريطانية EL17، تقييم الضوضاء في دوائر الترددات الصوتية ، 1968.
  3. ↑ "مسرد مركز الخبراء" . مؤرشف من الأصل في 20 مارس 2006.
  4. ↑ ميتزلر، بوب، "دليل قياس الصوت"، مؤرشف في 21 يونيو 2009 على موقع Wayback Machine ، الطبعة الثانية بصيغة PDF. الصفحتان 86 و138. شركة Audio Precision، الولايات المتحدة الأمريكية. تم الاطلاع عليه في 9 مارس 2008.
  5. ↑ نيلسون باس. "تشويه الصوت والتغذية الراجعة" . مختبرات باس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 فبراير 2025 .
  6. ↑ الجيوفيزياء الزائدة. ترشيح الترددات عمليًا
  7. ↑ ماكجوان، بول. "عندما يكون الأقل هو الأكثر" . بي إس أوديو . تم الاسترجاع في 18 يونيو 2026 .
  8. ↑ فيلدر، لويس د. (1 مايو 1995). "مشكلات النطاق الديناميكي في بيئة الصوت الرقمي الحديثة" . zainea.com . مختبرات دولبي، سان فرانسيسكو، كاليفورنيا 91403، الولايات المتحدة الأمريكية. مؤرشف من الأصل في 26 يونيو 2016. تم الاطلاع عليه في 7 مارس 2016 .
  9. ↑ ماكجريجور، تشاك (31 يناير 2014). "ما هو تخميد مكبر الصوت وعامل التخميد (DF)؟" .
  10. ↑ أيكن، راندال. "ما هي التغذية الراجعة السلبية؟" . www.aikenamps.com . مؤرشف من الأصل في 16 أكتوبر 2008.
  11. ↑ ميدلتون، كريس؛ زوك، ألين (2003). الدليل الكامل للصوت الرقمي: مقدمة شاملة للصوت الرقمي وصناعة الموسيقى . سينجايج ليرنينج. ص 54. ISBN  978-1592001026.
  12. ↑ http://xiph.org/~xiphmont/demo/neil-young.html مؤرشف في 2 فبراير 2015 على موقع Wayback Machine "باستخدام تقنية التمويه المُشكَّل... يصل النطاق الديناميكي الفعال للصوت ذي 16 بت إلى 120 ديسيبل عمليًا"
  13. ↑ توصية ITU-T. "مواصفات معدات القياس - المعدات الأوتوماتيكية لقياس أزواج الصوت المجسم والصوت أحادي الصوت بسرعة - دوائر البرنامج والروابط والوصلات" .
  14. ↑ أكسل، بيتر، "ناقد صوتي" ، مؤرشف في 28 سبتمبر 2007 على موقع Wayback Machine ، العدد 29 ، عمود "أحذية الورك الأخيرة" ، الصفحات 5-6، صيف 2003
  15. ↑ "فلويد تول" . 26 أكتوبر 2008.
  16. ↑ "فلويد تول، مستشار لشركة هارمان الدولية، الولايات المتحدة الأمريكية: إعادة إنتاج الصوت - الفن والعلم / الآراء والحقائق - CIRMMT" .
  17. ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . www.almainternational.org . مؤرشفة من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 17 يوليو 2016. تم الاطلاع عليها بتاريخ 12 يناير 2022 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  18. ↑ تول، فلويد، "الصوت - العلم في خدمة الفن" ، شركة هارمان إنترناشونال إندستريز، 24 أكتوبر 2004
  19. ↑ بلاك، ريتشارد (ديسمبر 1988). "كاتب من أنصار الذاتية... مسألة توقيت: الدفاع عن الذاتية". مجلة أخبار ومراجعة التسجيلات الصوتية عالية الدقة . ص 33. 
  20. ↑ هارلي، روبرت، "هل كانت تلك الآذان ذهبية جدًا؟ DCC و PASC" مؤرشف في 22 يناير 2009 في Wayback Machine ، Stereophile ، كما نراه ، أبريل 1991.
  21. ↑ هارلي، روبرت، "معاني أعمق" ، ستيريو فايل ، كما نراه ، يوليو 1990.
  22. ↑ أتكينسون، جون، "الاختبارات العمياء ومحطات الحافلات" ، مجلة ستيريو فايل ، كما نراها ، يوليو 2005.
  • كتاب مرجعي لمهندس الصوت ، الطبعة الثانية 1999، تحرير مايكل تالبوت سميث، دار فوكال للنشر