كبت الصدى وإلغاؤه

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

يُعدّ كبت الصدى وإلغاؤه من الأساليب المستخدمة في الاتصالات الهاتفية لتحسين جودة الصوت، وذلك بمنع حدوث الصدى أو إزالته بعد ظهوره. إضافةً إلى تحسين جودة الصوت، يزيد كبت الصدى من سعة الشبكة التي يتم الوصول إليها عبر كبت الصمت ، وذلك بمنع الصدى من الانتقال عبر شبكة الاتصالات . وقد طُوّرت أجهزة كبت الصدى في خمسينيات القرن الماضي استجابةً للاستخدام الأول للأقمار الصناعية في مجال الاتصالات.

تُعرف طرق كبح الصدى وإلغائه عادةً باسم كبح الصدى الصوتي ( AES ) وإلغاء الصدى الصوتي ( AEC )، ونادرًا ما يُطلق عليها إلغاء صدى الخط ( LEC ). في بعض الحالات، تكون هذه المصطلحات أكثر دقة، نظرًا لتعدد أنواع الصدى وأسبابه وخصائصه الفريدة، بما في ذلك الصدى الصوتي (أصوات من مكبر صوت تنعكس وتُسجل بواسطة ميكروفون، والتي قد تتغير بشكل كبير مع مرور الوقت) وصدى الخط (نبضات كهربائية ناتجة عن، على سبيل المثال، اقتران بين أسلاك الإرسال والاستقبال، وعدم تطابق المعاوقة، والانعكاسات الكهربائية، وما إلى ذلك، [ 1 ] والتي تتغير بدرجة أقل بكثير من الصدى الصوتي). عمليًا، تُستخدم التقنيات نفسها لمعالجة جميع أنواع الصدى، لذا يمكن لجهاز إلغاء الصدى الصوتي إلغاء صدى الخط بالإضافة إلى الصدى الصوتي. يُستخدم مصطلح AEC تحديدًا للإشارة إلى أجهزة إلغاء الصدى بشكل عام، بغض النظر عما إذا كانت مُصممة للصدى الصوتي أو صدى الخط أو كليهما.

على الرغم من أن أجهزة كبت الصدى وأجهزة إلغاء الصدى لها أهداف متشابهة - وهي منع الشخص المتحدث من سماع صدى صوته - إلا أن الطرق التي تستخدمها مختلفة:

  • تعمل أجهزة كتم الصدى عن طريق رصد إشارة صوتية متجهة في اتجاه واحد عبر الدائرة، ثم كتم أو تخفيف الإشارة في الاتجاه المعاكس. عادةً، يقوم جهاز كتم الصدى الموجود في الطرف البعيد من الدائرة بكتم الصوت عند رصده قادمًا من الطرف القريب. يمنع هذا الكتم المتحدث من سماع صوته عائدًا من الطرف البعيد.
  • تتضمن عملية إلغاء الصدى التعرف أولاً على الإشارة المرسلة أصلاً والتي تظهر مجدداً، بعد تأخير زمني، في الإشارة المرسلة أو المستقبلة. وبمجرد التعرف على الصدى، يمكن إزالته بطرحه من الإشارة المرسلة أو المستقبلة. تُنفذ هذه التقنية عادةً رقمياً باستخدام معالج إشارات رقمي أو برمجيات، مع إمكانية تنفيذها أيضاً في الدوائر التناظرية. [ 2 ]

يصف معيارا الاتحاد الدولي للاتصالات G.168 و P.340 المتطلبات والاختبارات الخاصة بأجهزة إلغاء الصدى في التطبيقات الرقمية وتطبيقات شبكة الهاتف العامة (PSTN) ، على التوالي.

تاريخ

في مجال الاتصالات الهاتفية ، يُعرف الصدى بأنه انعكاس صوت المتحدث الذي يُسمع بعد فترة. إذا كان التأخير ملحوظًا (أكثر من بضع مئات من المللي ثانية)، يُعتبر مزعجًا. أما إذا كان التأخير قصيرًا جدًا (عشرات المللي ثانية أو أقل [ 3 ] )، فتُسمى هذه الظاهرة بالنغمة الجانبية . وإذا كان التأخير أطول قليلًا، حوالي 50 مللي ثانية، لا يستطيع الإنسان سماع الصدى كصوت واضح، بل يسمع صدىً مصاحبًا . [ 3 ]

في بدايات الاتصالات، استُخدمت تقنية كبت الصدى للحد من تأثيره المزعج على المستخدمين. يتحدث أحد الطرفين بينما يستمع الآخر، ويتبادلان الحديث. يحاول جهاز كبت الصدى تحديد الاتجاه الرئيسي، ويسمح بمرور الصوت عبر القناة المعنية. أما في القناة المعاكسة، فيُطبق توهينًا لحجب أو كبت أي إشارة، بافتراض أنها صدى. ورغم فعالية هذه التقنية في التعامل مع الصدى، إلا أنها تُسبب عدة مشاكل قد تُزعج كلا الطرفين في المكالمة.

  • التداخل الصوتي : من الطبيعي في المحادثات أن يتحدث الطرفان في الوقت نفسه، ولو لفترة وجيزة. ولأن كل جهاز لكبح الصدى سيكتشف طاقة الصوت القادمة من الطرف البعيد للدائرة، فإن التأثير المعتاد هو إدخال فقد في كلا الاتجاهين في آن واحد، مما يحجب فعليًا كلا الطرفين. ولمنع ذلك، يمكن ضبط أجهزة كبح الصدى لاكتشاف نشاط الصوت من المتحدث القريب وعدم إدخال فقد (أو إدخال فقد أقل) عندما يتحدث كل من المتحدث القريب والمتحدث البعيد. وهذا، بالطبع، يُبطل مؤقتًا الفائدة الأساسية لوجود جهاز كبح الصدى.
  • التشويش: بما أن جهاز كبت الصدى يقوم بإدخال وإزالة الفقدان بالتناوب، فغالباً ما يكون هناك تأخير صغير عندما يبدأ متحدث جديد في الكلام مما يؤدي إلى قص المقطع الأول من كلام ذلك المتحدث.
  • في حالة انقطاع الاتصال: إذا كان الطرف البعيد في المكالمة موجودًا في بيئة صاخبة، فسيسمع المتحدث القريب ضوضاء الخلفية أثناء حديث الطرف البعيد، ولكن خاصية كتم الصدى ستخفي هذه الضوضاء عندما يبدأ المتحدث القريب بالتحدث. ويعطي الغياب المفاجئ لضوضاء الخلفية المستخدم القريب انطباعًا بانقطاع الخط.

استجابةً لذلك، طوّرت مختبرات بيل نظرية إلغاء الصدى في أوائل الستينيات، [ 4 ] [ 5 ] مما أدى إلى ظهور أجهزة إلغاء الصدى المخبرية في أواخر الستينيات، ثم الأجهزة التجارية في الثمانينيات. [ 6 ] يعمل جهاز إلغاء الصدى عن طريق توليد تقدير للصدى من إشارة المتحدث، ثم طرح هذا التقدير من مسار العودة. تتطلب هذه التقنية مرشحًا تكيفيًا لتوليد إشارة دقيقة بما يكفي لإلغاء الصدى بفعالية، حيث يمكن أن يختلف الصدى عن الإشارة الأصلية نتيجةً لأنواع مختلفة من التدهور على طول مساره. منذ ابتكارها في مختبرات بيل التابعة لشركة AT&T، [ 5 ] جرى تحسين خوارزميات إلغاء الصدى وتطويرها. وكما هو الحال في جميع عمليات إلغاء الصدى، صُممت هذه الخوارزميات الأولى لتوقع الإشارة التي ستعود حتمًا إلى مسار الإرسال، وإلغائها.

أتاحت التطورات السريعة في معالجة الإشارات الرقمية تصغير حجم أجهزة إلغاء الصدى وخفض تكلفتها. في تسعينيات القرن الماضي، تم دمج أجهزة إلغاء الصدى ضمن محولات الصوت لأول مرة (في جهاز Northern Telecom DMS-250 ) بدلاً من استخدامها كأجهزة مستقلة. وقد مكّن دمج خاصية إلغاء الصدى مباشرةً في المحول من تشغيل أو إيقاف هذه الأجهزة بشكل موثوق لكل مكالمة على حدة، مما ألغى الحاجة إلى مجموعات خطوط منفصلة للمكالمات الصوتية والبيانات. تستخدم تقنية الاتصالات الهاتفية الحديثة أجهزة إلغاء الصدى في أجهزة الاتصالات الصغيرة أو المحمولة عبر محرك صوتي برمجي ، والذي يوفر إلغاءً إما للصدى الصوتي أو الصدى المتبقي الناتج عن نظام بوابة PSTN البعيد؛ وعادةً ما تلغي هذه الأنظمة انعكاسات الصدى بتأخير يصل إلى 64 مللي ثانية.

عملية

مُلغي صدى تكيفي لدائرة الهاتف. وظيفة المُحوّل الهجين H هي توجيه الكلام الوارد من الطرف البعيد xk إلى الهاتف المحلي، وتوجيه الكلام من الهاتف إلى الطرف البعيد. مع ذلك، لا يكون المُحوّل الهجين مثاليًا أبدًا، لذا يحتوي خرجه dk على كلٍ من الكلام المطلوب من الهاتف المحلي والكلام المُصفّى من الطرف البعيد. مُلغي الصدى هو المُرشّح التكيفي fk ، الذي يُحاول تقليل إشارة الخطأ εk عن طريق ترشيح الكلام الوارد من الطرف البعيد إلى نسخة yk منه تتسرب عبر المُحوّل الهجين. بمجرد اكتمال التكيف، تتكون إشارة الخطأ في الغالب من الكلام من الهاتف المحلي .

تتم عملية إلغاء الصدى على النحو التالي:

  1. يتم إرسال إشارة من الطرف البعيد إلى النظام.
  2. يتم إعادة إنتاج إشارة الطرف البعيد.
  3. يتم ترشيح إشارة الطرف البعيد وتأخيرها لتشبه إشارة الطرف القريب.
  4. يتم طرح إشارة الطرف البعيد المُصفاة من إشارة الطرف القريب.
  5. تمثل الإشارة الناتجة الأصوات الموجودة في الغرفة، باستثناء أي صوت مباشر أو صدى.

يتمثل التحدي الرئيسي لأنظمة إلغاء الصدى في تحديد خصائص استجابة المرشح المُطبق على الإشارة البعيدة بحيث تُحاكي صدى الطرف القريب الناتج. ويُمثل المرشح نموذجًا للسماعة والميكروفون والخصائص الصوتية للغرفة. ويجب أن تكون أنظمة إلغاء الصدى قابلة للتكيف لأن خصائص السماعة والميكروفون القريبين غير معروفة مسبقًا. كما أن الخصائص الصوتية للغرفة القريبة غير معروفة مسبقًا أيضًا، وقد تتغير (على سبيل المثال، إذا تم تحريك الميكروفون بالنسبة للسماعة، أو إذا تحرك الأفراد في الغرفة مما يُسبب تغيرات في الانعكاسات الصوتية). [ 2 ] [ 7 ] وباستخدام الإشارة البعيدة كمحفز، تستخدم الأنظمة الحديثة مرشحًا تكيفيًا، ويمكنها الانتقال من عدم وجود إلغاء إلى  إلغاء يصل إلى 55 ديسيبل في غضون 200  مللي ثانية تقريبًا.

قد لا يكون إلغاء الصدى وحده كافياً في العديد من التطبيقات. يمكن أن يعمل إلغاء الصدى وكبحه معاً لتحقيق أداء مقبول.

صدى الكم

يُقاس صدى الصوت على النحو التالي:فقدان صدى الصوت (ERL). وهو النسبة، مُقاسةبالديسيبل، بين الإشارة الأصلية وصدى صوتها. [ 8 ] تشير القيم العالية إلى ضعف الصدى، بينما تشير القيم المنخفضة إلى قوته. أما القيم السالبة فتدل على أن الصدى أقوى من الإشارة الأصلية، مما قد يُسبب، في حال عدم معالجته،تشويشًا صوتيًا.

يُقاس أداء مُلغي الصدى بتحسين فقدان عودة الصدى (ERLE)، [ 3 ] [ 9 ] وهو مقدار فقدان الإشارة الإضافي الذي يُحدثه مُلغي الصدى. تستطيع معظم مُلغيات الصدى تطبيق تحسين فقدان  عودة الصدى يتراوح بين 18 و35 ديسيبل.

يمثل إجمالي فقدان إشارة الصدى (ACOM) مجموع ERL و ERLE. [ 9 ] [ 10 ]

الاستخدامات الحالية

توجد مصادر الصدى في البيئة المحيطة اليومية، مثل:

  • أنظمة الهاتف للسيارة بدون استخدام اليدين
  • هاتف عادي أو هاتف محمول في وضع مكبر الصوت
  • مكبرات صوت مستقلة مخصصة
  • أنظمة غرف الاجتماعات المثبتة ، والتي تستخدم مكبرات صوت مثبتة في السقف وميكروفونات على الطاولة
  • الاقتران المادي حيث تنتقل اهتزازات مكبر الصوت إلى الميكروفون عبر غلاف سماعة الهاتف

في بعض هذه الحالات، يدخل الصوت الصادر من مكبر الصوت إلى الميكروفون دون تغيير يُذكر. وتكمن صعوبة إلغاء الصدى في تغيير الصوت الأصلي بفعل البيئة المحيطة. وتشمل هذه التغييرات امتصاص بعض الترددات بواسطة المفروشات الناعمة، وانعكاس ترددات مختلفة بدرجات متفاوتة.

يتطلب تطبيق تقنية تصحيح الأخطاء الصوتية خبرة هندسية ومعالجًا سريعًا، عادةً ما يكون معالج إشارات رقمية . قد تكون هذه التكلفة في قدرة المعالجة مرتفعة؛ ومع ذلك، فإن العديد من الأنظمة المدمجة مزودة بتقنية تصحيح الأخطاء الصوتية كاملة الوظائف.

تستخدم مكبرات الصوت الذكية وأنظمة الاستجابة الصوتية التفاعلية التي تقبل الكلام كمدخلات تقنية إلغاء الصدى الصوتي أثناء تشغيل المطالبات الصوتية لمنع نظام التعرف على الكلام الخاص به من التعرف بشكل خاطئ على المطالبات المكررة والمخرجات الأخرى.

المودم

تستخدم خطوط الهاتف العادية نفس زوج الأسلاك لإرسال واستقبال الصوت، مما ينتج عنه انعكاس جزء صغير من الإشارة الصادرة. يُعدّ هذا مفيدًا للمتحدثين عبر الهاتف، إذ يُرسل إشارةً إلى المُتحدث تُفيد بوصول صوته عبر النظام. مع ذلك، تُسبب هذه الإشارة المنعكسة مشاكل للمودم، الذي يعجز عن التمييز بين إشارة المودم البعيد وصدى إشارته.

لهذا السبب، كانت أجهزة المودم القديمة للاتصال الهاتفي تقسم ترددات الإشارة، بحيث تستخدم الأجهزة على كلا الطرفين نغمات مختلفة، مما يسمح لكل جهاز بتجاهل أي إشارات في نطاق التردد الذي يستخدمه للإرسال. ومع ذلك، فقد قلل هذا من عرض النطاق الترددي المتاح لكلا الطرفين.

ساهمت تقنية إلغاء الصدى في التخفيف من هذه المشكلة. خلال مرحلة إعداد المكالمة والتفاوض، يرسل كلا المودمين سلسلة من النغمات المميزة، ثم يستمعان لعودتها عبر نظام الهاتف. يقيسان إجمالي زمن التأخير، ثم يُهيئان خط تأخير لنفس الفترة. بمجرد اكتمال الاتصال، يرسلان إشاراتهما إلى خطوط الهاتف كالمعتاد، بالإضافة إلى خط التأخير. عند انعكاس الإشارة، تُخلط مع الإشارة المعكوسة من خط التأخير، مما يلغي الصدى. سمح هذا لكلا المودمين باستخدام كامل الطيف المتاح، مما ضاعف السرعة الممكنة.

تُطبّق العديد من شركات الاتصالات تقنية إلغاء الصدى على الخط نفسه، وقد تتسبب هذه التقنية في تلف البيانات بدلاً من تحسين الإشارة. تقوم بعض مقاسم الهاتف أو المحولات (مثل محولات الطرفيات التناظرية) بتعطيل خاصية كبح الصدى أو إلغائه عند اكتشاف نغمات الرد  بتردد 2100 أو 2225 هرتز المرتبطة بهذه المكالمات، وذلك وفقًا لتوصية الاتحاد الدولي للاتصالات G.164 أو G.165 .

تستخدم مودمات ISDN و DSL التي تعمل بترددات أعلى من نطاق الصوت عبر أسلاك الهاتف المجدولة القياسية تقنية إلغاء الصدى التلقائي لتمكين الاتصال ثنائي الاتجاه المتزامن للبيانات. يُلاحظ انخفاض كبير في التعقيد الحسابي لتنفيذ المرشح التكيفي مقارنةً بإلغاء صدى الصوت، لأن إشارة الإرسال عبارة عن سلسلة بتات رقمية. فبدلاً من إجراء عمليتي ضرب وجمع لكل نقطة في المرشح، يكفي إجراء عملية الجمع فقط. كما أن مخطط إلغاء الصدى القائم على جدول بحث في ذاكرة الوصول العشوائي [ 11 ] [ 12 ] يُلغي حتى عملية الجمع، وذلك ببساطة عن طريق الوصول إلى الذاكرة باستخدام سلسلة بتات إرسال مُقتطعة للحصول على تقدير الصدى. ويُنفذ إلغاء الصدى الآن بشكل شائع باستخدام تقنيات معالجة الإشارات الرقمية (DSP).

تستخدم بعض أجهزة المودم ترددات منفصلة للإرسال والاستقبال، أو تخصص فترات زمنية منفصلة للإرسال والاستقبال، وذلك لتجنب الحاجة إلى إلغاء الصدى. وتعاني الترددات العالية التي تتجاوز حدود التصميم الأصلية لكابلات الهاتف من تشوه كبير في التوهين نتيجةً لوصلات الجسر وعدم تطابق المعاوقة بشكل كامل . وينتج عن ذلك غالبًا فجوات ترددية عميقة وضيقة لا يمكن معالجتها بإلغاء الصدى. ويتم اكتشاف هذه الفجوات وتحديد مواقعها أثناء عملية التفاوض على الاتصال.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "أوكتاسيك: تحسين جودة الصوت وإلغاء الصدى" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 21 أغسطس 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أبريل 2014 .
  2. 1 2 إينروث، بيتر (2001). إلغاء صدى الصوت المجسم: النظرية والتطبيق (ملف PDF) (أطروحة). جامعة لوند. ISBN 91-7874-110-6ISSN 1402-8662 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-06-2015 . 
  3. 1 2 3 "صدى الصوت في أنظمة الصوت عبر بروتوكول الإنترنت" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 يوليو 2014 .
  4. ↑ سوندى، مان موهان (مارس 1967). "جهاز إلغاء صدى تكيفي" (ملف PDF) . مجلة بيل سيستم التقنية . 46 (3): 497-511 . رمز Bibcode : 1967BSTJ...46..497S . doi : 10.1002/j.1538-7305.1967.tb04231.x . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 16 أبريل 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أبريل 2014 .
  5. 1 2 US 3500000 ، كيلي الابن ، جون ل. ، "ملغي الصدى ذاتي التكيف"، نُشر في 10-03-1970 ، مُخصص لمختبرات بيل للهاتف ، Inc. 
  6. ↑ مورانو، كازو؛ أوناغامي، شيغيوكي؛ أمانو، فوميو (يناير 1990). "إلغاء الصدى وتطبيقاته" (ملف PDF) . مجلة IEEE للاتصالات . 28 (1): 49-55 . Bibcode : 1990IComM..28a..49M . doi : 10.1109/35.46671 . ISSN 0163-6804 . S2CID 897792. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 15 أبريل 2014. تم الاطلاع عليه في 14 أبريل 2014 .  
  7. ↑ آهغرين، بير (نوفمبر 2005). "إلغاء الصدى الصوتي وكشف التداخل باستخدام استجابات نبضات مكبر الصوت المقدرة" (ملف PDF) . معاملات IEEE في معالجة الكلام والصوت . 13 (6): 1231-1237 . Bibcode : 2005ITSAP..13.1231A . CiteSeerX 10.1.1.530.4556 . doi : 10.1109/TSA.2005.851995 . S2CID 2575877 .  
  8. ↑ "ما هو فقدان صدى الصوت (ERL) وكيف يؤثر على جودة الصوت؟" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2015-06-26.
  9. 1 2 "تحليل الصدى للصوت عبر بروتوكول الإنترنت" . أنظمة سيسكو . تم الاطلاع عليه في 2 يوليو 2014 .
  10. ↑ كوسانوفيتش، بوغدان (11 أبريل 2002). "إلغاء الصدى - الجزء الأول: الأساسيات وإلغاء الصدى الصوتي" . إي إي تايمز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 يوليو 2014 .
  11. ↑ هولت، ن.؛ ستوفلوتن، س. (1981). "جهاز جديد لإلغاء الصدى الرقمي لخطوط المشتركين ثنائية الأسلاك". معاملات IEEE في الاتصالات . 29 (11): 1573-1581 . Bibcode : 1981ITCom..29.1573H . doi : 10.1109/TCOM.1981.1094923 . ISSN 1558-0857 . 
  12. ^ الولايات المتحدة 4237463 ، Bjor، Håkon E. & Raad، Bjørn H.، "قارنة التوصيل الاتجاهية"، نُشرت بتاريخ 02/12/1980، وتم تخصيصها لشركة Elektrisk Bureau A/S 
  • "إلغاء الصدى" . اتحاد الهندسة الدولي. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2007-03-08.
  • "دليل أساسيات Echo" . شبكات Ditech. مؤرشف من الأصل بتاريخ 10-07-2011.
  • "تقنية إلغاء الصدى الصوتي Q-Sys" (ملف PDF) . منتجات QSC الصوتية . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 15 يونيو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 يوليو 2016 .