زمن الاستجابة (الصوت)

يشير زمن الاستجابة إلى فترة تأخير قصيرة (تُقاس عادةً بالمللي ثانية ) بين لحظة دخول إشارة صوتية إلى النظام ولحظة خروجها منه. تشمل العوامل التي قد تُساهم في زمن الاستجابة في نظام الصوت: التحويل من تناظري إلى رقمي ، والتخزين المؤقت ، ومعالجة الإشارة الرقمية ، وزمن الإرسال ، والتحويل من رقمي إلى تناظري ، وسرعة الصوت في وسط الإرسال .

يُعدّ زمن الاستجابة معيارًا بالغ الأهمية في مجال الصوت الاحترافي ، بما في ذلك أنظمة تضخيم الصوت ، وأنظمة المراقبة الصوتية (خاصةً تلك التي تستخدم سماعات الأذن )، والبث الإذاعي والتلفزيوني المباشر . وقد يؤدي زمن الاستجابة الصوتي المفرط إلى تدهور جودة المكالمات في تطبيقات الاتصالات . كما يُعدّ انخفاض زمن الاستجابة الصوتي في أجهزة الكمبيوتر أمرًا بالغ الأهمية للتفاعل .

المكالمات الهاتفية

في جميع الأنظمة، يمكن القول أن زمن الاستجابة يتكون من ثلاثة عناصر: تأخير الترميز ، وتأخير التشغيل، وتأخير الشبكة.

يُشار أحيانًا إلى زمن الاستجابة في المكالمات الهاتفية باسمتأخير الصوت من الفم إلى الأذن ؛قطاع الاتصالاتأيضًا مصطلحجودة التجربة(QoE). تُقاس جودة الصوت وفقًاالاتحاد الدولي للاتصالات؛ حيث تتدهور جودة المكالمة القابلة للقياس بسرعة عندما يتجاوز تأخير الصوت من الفم إلى الأذن 200 مللي ثانية.متوسط ​​رأي المستخدم(MOS) يُقارن بشكل شبه خطي بمقياس جودة الاتحاد الدولي للاتصالات - المحدد في المعايير G.107 [ 1 ] و G.108 [ 2 ] وG.109 [ 3 ] - بمعامل جودةR يتراوح من 0 إلى 100. ويُشير متوسط ​​رأي المستخدم (MOS) بقيمة 4 ("جيد") إلىRتبلغ 80 أو أعلى؛ ولتحقيق قيمة R تبلغ 100، يتطلب الأمر متوسط ​​رأي مستخدم (MOS) يتجاوز 4.5.

يقوم الاتحاد الدولي للاتصالات و 3GPP بتصنيف خدمات المستخدم النهائي إلى فئات بناءً على حساسية زمن الوصول: [ 4 ]

شديد الحساسية للتأخير، أقل حساسية للتأخير
الصفوف الدراسية
  • فئة المحادثة (3GPP)
  • الفصل التفاعلي (ITU)
  • الفصل التفاعلي (3GPP)
  • فئة الاستجابة (الاتحاد الدولي للاتصالات)
  • فئة البث المباشر (3GPP)
  • الفصل الدراسي في الوقت المناسب (ITU)
  • فئة الخلفية (3GPP)
  • الفئة غير الحرجة (وحدة العناية المركزة)
خدماتمحادثة فيديو/صوت، فيديو في الوقت الفعليالرسائل الصوتيةبث الفيديو والصوتفاكس
بيانات في الوقت الفعليبيانات المعاملاتبيانات غير فوريةبيانات أساسية

وبالمثل، تشير توصية G.114 بشأن تأخير الصوت من الفم إلى الأذن إلى أن معظم المستخدمين "راضون جدًا" طالما أن زمن الاستجابة لا يتجاوز 200  مللي ثانية، مع قيمة R مقابلة تبلغ 90+. كما يلعب اختيار برنامج الترميز دورًا هامًا؛ فبرامج الترميز عالية الجودة (والتي تتمتع بأعلى عرض نطاق ترددي) مثل G.711 تُهيأ عادةً لتقليل زمن استجابة التشفير وفك التشفير إلى أدنى حد، وبالتالي يمكن تحقيق زمن استجابة أقل من 100 مللي ثانية على شبكة ذات إنتاجية كافية . ويُعد G.711 بمعدل بت 64 كيلوبت/ثانية طريقة التشفير الأكثر استخدامًا على شبكة الهاتف العامة .

المكالمات الهاتفية

يُدخل برنامج الترميز AMR ذو النطاق الضيق ، المستخدم في شبكات GSM و UMTS ، زمن استجابة في عمليات الترميز وفك الترميز.

مع قيام مشغلي شبكات الهاتف المحمول بتحديث شبكاتهم الحالية التي تعتمد على أفضل جهد لدعم أنواع متعددة من الخدمات المتزامنة عبر شبكات بروتوكول الإنترنت بالكامل، تسمح خدمات مثل جودة الخدمة الهرمية ( H-QoS ) بتطبيق سياسات جودة الخدمة لكل مستخدم ولكل خدمة لإعطاء الأولوية للبروتوكولات الحساسة للوقت مثل المكالمات الصوتية، وحركة مرور الشبكة اللاسلكية الأخرى. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

جانب آخر من جوانب زمن استجابة الهاتف المحمول هو عملية تسليم المكالمات بين الشبكات؛ فعندما يتصل عميل على الشبكة "أ" بعميل على الشبكة "ب"، يجب أن تمر المكالمة عبر شبكتي وصول لاسلكي منفصلتين ، وشبكتين أساسيتين، ومركز تحويل بوابة الهاتف المحمول (GMSC) الذي يقوم بالربط المادي بين مزودي الخدمة. [ 8 ]

مكالمات IP

مع إدارة جودة الخدمة الشاملة واتصالات معدل البيانات المضمون، يمكن تقليل زمن الاستجابة إلى مستويات شبكات الهاتف العامة (PSTN/POTS). في حالة الاتصال المستقر ذي النطاق الترددي الكافي وزمن الاستجابة الأدنى، تتميز أنظمة VoIP  عادةً بزمن استجابة لا يقل عن 20 مللي ثانية. أما في ظروف الشبكة الأقل مثالية  ، فيُسعى إلى ألا يتجاوز زمن الاستجابة 150 مللي ثانية للاستخدام العام. [ 9 ] [ 10 ] تعتمد العديد من أنظمة مؤتمرات الفيديو الشائعة على تخزين البيانات مؤقتًا وتكرارها للتعامل مع اضطراب الشبكة وفقدان الحزم. وقد أظهرت القياسات أن تأخير الصوت من الفم إلى الأذن يتراوح بين 160 و300  مللي ثانية على مسافة 500 ميل، في ظروف الشبكة الأمريكية المتوسطة. يصبح زمن الاستجابة عاملاً أكثر أهمية عند وجود صدى ، حيث يتعين على الأنظمة كبح الصدى وإلغائه . [ 11 ]

صوت الكمبيوتر

قد يُمثل زمن الاستجابة مشكلةً خاصةً في منصات الصوت على أجهزة الكمبيوتر. تعمل تحسينات واجهة المستخدم المدعومة على تقليل التأخير إلى فترات زمنية قصيرة جدًا بحيث لا تستطيع الأذن البشرية إدراكها. ويمكن تقليل زمن الاستجابة عن طريق تقليل أحجام المخزن المؤقت. [ 12 ] يُعدّ ASIO من Steinberg أحد حلول التحسين الشائعة ، حيث يتجاوز منصة الصوت ويربط إشارات الصوت مباشرةً بمكونات بطاقة الصوت. تستخدم العديد من تطبيقات الصوت الاحترافية وشبه الاحترافية برنامج تشغيل ASIO، مما يسمح للمستخدمين بالعمل مع الصوت في الوقت الفعلي. [ 13 ] يوفر Pro Tools HD نظامًا منخفض زمن الاستجابة مشابهًا لـ ASIO. كما يتوافق Pro Tools 10 و11 مع برامج تشغيل واجهة ASIO.

نواة لينكس للوقت الحقيقي [ 14 ] هي نواة مُعدّلة تُغيّر تردد المؤقت القياسي الذي تستخدمه نواة لينكس، وتمنح جميع العمليات أو الخيوط إمكانية الحصول على أولوية في الوقت الحقيقي. هذا يعني أن عملية حساسة للوقت، مثل بث صوتي، يمكن أن تحصل على أولوية على عملية أخرى أقل حساسية، مثل نشاط الشبكة. كما يمكن ضبط هذه الخاصية لكل مستخدم على حدة (على سبيل المثال، يمكن أن تكون لعمليات المستخدم "tux" أولوية على عمليات المستخدم "nobody" أو على عمليات العديد من خدمات النظام ).

صوت التلفزيون الرقمي

تستخدم العديد من أجهزة استقبال التلفزيون الرقمي الحديثة ، وأجهزة فك التشفير، وأجهزة استقبال الصوت والفيديو ، معالجة صوتية متطورة ، مما قد يُحدث تأخيرًا بين لحظة استقبال الإشارة الصوتية ولحظة سماعها عبر مكبرات الصوت. ونظرًا لأن أجهزة التلفزيون تُدخل أيضًا تأخيرات في معالجة إشارة الفيديو، فقد يؤدي ذلك إلى تزامن الإشارتين بشكل كافٍ بحيث لا يلاحظه المشاهد. مع ذلك، إذا كان الفرق بين تأخير الصوت وتأخير الفيديو كبيرًا، فقد يكون التأثير مزعجًا. تحتوي بعض الأنظمة على إعداد لمزامنة الصوت مع الصورة يسمح بضبط تأخير الصوت ليتزامن مع الفيديو، وقد تحتوي أنظمة أخرى على إعدادات متقدمة تسمح بإيقاف بعض خطوات معالجة الصوت.

Audio lag is also a significant detriment in rhythm games, where precise timing is required to succeed. Most of these games have a lag calibration setting whereby the game will adjust the timing windows by a certain number of milliseconds to compensate. In these cases, the notes of a song will be sent to the speakers before the game even receives the required input from the player in order to maintain the illusion of rhythm. Games that rely upon musical improvisation, such as Rock Band drums or DJ Hero, can still suffer tremendously, as the game cannot predict what the player will hit in these cases, and excessive lag will still create a noticeable delay between hitting notes and hearing them play.

Broadcast audio

Audio latency can be experienced in broadcast systems where someone is contributing to a live broadcast over a satellite or similar link with high delay. The person in the main studio has to wait for the contributor at the other end of the link to react to questions. Latency in this context could be between several hundred milliseconds and a few seconds. Dealing with audio latencies as high as this takes special training in order to make the resulting combined audio output reasonably acceptable to the listeners. Wherever practical, it is important to try to keep live production audio latency low in order to keep the reactions and interchange of participants as natural as possible. A latency of 10 milliseconds or better is the target for audio circuits within professional production structures.[15]

Live performance audio

Latency in live performance occurs naturally from the speed of sound. It takes sound about 3 milliseconds to travel 1 meter. Small amounts of latency occur between performers, depending on how they are spaced from each other and from stage monitors if these are used. This creates a practical limit to how far apart the artists in a group can be from one another. Stage monitoring extends that limit, as sound in the form of an electrical signal travels close to the speed of light through the cables that connect stage monitors.

Performers, particularly in large spaces, will also hear reverberation, or echo of their music, as the sound that projects from the stage, bounces off of walls and structures, and returns with latency and distortion. A primary purpose of stage monitoring is to provide artists with more primary sound so that they are not confused by the latency of these reverberations.

Live signal processing

في حين أن معدات الصوت التناظرية ليس لها زمن استجابة ملحوظ، فإن معدات الصوت الرقمية لها زمن استجابة مرتبط بعمليتين عامتين: التحويل من تنسيق إلى آخر، ومهام معالجة الإشارات الرقمية (DSP) مثل معادلة الصوت والضغط والتوجيه.

تشمل عمليات التحويل الرقمي محولات تناظرية إلى رقمية (ADC)، ومحولات رقمية إلى تناظرية (DAC)، بالإضافة إلى عمليات تحويل متنوعة من تنسيق رقمي إلى آخر، مثل AES3 الذي ينقل إشارات كهربائية منخفضة الجهد إلى ADAT ، وهو ناقل ضوئي. تستغرق أي من هذه العمليات وقتًا قصيرًا؛ حيث تتراوح فترات الكمون النموذجية بين 0.2 و1.5 مللي ثانية، وذلك تبعًا لمعدل أخذ العينات، وتصميم البرمجيات، وبنية الأجهزة. [ 16 ]

تعتمد عمليات معالجة الإشارات الصوتية المختلفة ، مثل مرشحات الاستجابة النبضية المحدودة (FIR) ومرشحات الاستجابة النبضية غير المحدودة (IIR)، على مناهج رياضية مختلفة لتحقيق نفس الغاية، وقد تختلف في زمن الاستجابة. إضافةً إلى ذلك، يُضيف تخزين عينات الإدخال والإخراج مؤقتًا تأخيرًا. يتراوح زمن الاستجابة النموذجي بين 0.5 و10 مللي ثانية، مع وجود بعض التصاميم التي يصل فيها التأخير إلى 30 مللي ثانية. [ 17 ]

يكون التأخير في أجهزة الصوت الرقمية أكثر وضوحًا عندما يُنقل صوت المغني عبر الميكروفون، مرورًا بعمليات المزج والمعالجة والتوجيه الرقمي، ثم يُرسل إلى أذنيه عبر سماعات الأذن. في هذه الحالة، ينتقل صوت المغني إلى أذنه عبر عظام الجمجمة، ثم عبر المسار الرقمي بعد بضعة أجزاء من الثانية. في إحدى الدراسات، وجد المستمعون أن التأخير الذي يزيد عن 15 مللي  ثانية ملحوظ. أما التأخير في الأنشطة الموسيقية الأخرى، مثل العزف على الغيتار، فلا يُشكل نفس القدر من الأهمية. فتأخير 10 مللي ثانية ليس ملحوظًا بنفس القدر للمستمع الذي لا يسمع صوته. [ 18 ]

مكبرات صوت متأخرة

في أنظمة الصوت المستخدمة في العروض الموسيقية أو الخطابية في القاعات الكبيرة، يُفضّل توفير مستوى صوت كافٍ في الجزء الخلفي من القاعة دون اللجوء إلى مستويات صوت عالية جدًا في الجزء الأمامي. إحدى طرق مهندسي الصوت لتحقيق ذلك هي استخدام مكبرات صوت إضافية موضوعة على مسافة من المسرح ولكن أقرب إلى الجزء الخلفي من الجمهور. ينتقل الصوت في الهواء بسرعة الصوت (حوالي 343 مترًا في الثانية ، اعتمادًا على درجة حرارة الهواء ورطوبته). من خلال قياس أو تقدير الفرق في زمن الاستجابة بين مكبرات الصوت القريبة من المسرح ومكبرات الصوت الأقرب إلى الجمهور، يستطيع مهندس الصوت إدخال تأخير مناسب في إشارة الصوت المتجهة إلى مكبرات الصوت الأخيرة، بحيث تصل موجات الصوت من مكبرات الصوت القريبة والبعيدة في الوقت نفسه. وبفضل تأثير هاس ، يمكن إضافة 15 مللي ثانية إلى زمن تأخير مكبرات الصوت الأقرب إلى الجمهور، بحيث تصل موجة الصوت القادمة من المسرح إليهم أولًا، ما يوجّه انتباه الجمهور إلى المسرح بدلًا من مكبر الصوت القريب . إن الصوت المتأخر قليلاً الصادر من مكبرات الصوت المتأخرة يزيد ببساطة من مستوى الصوت المسموع دون التأثير سلباً على تحديد الموقع. 

انظر أيضاً

مراجع

  1. "G.107  : النموذج الإلكتروني: نموذج حسابي يُستخدم في تخطيط الإرسال" (ملف PDF) . الاتحاد الدولي للاتصالات . 7 يونيو 2000. تاريخ الاسترجاع: 14 يناير 2013 .
  2. "G.108 : تطبيق النموذج الإلكتروني: دليل تخطيط" (ملف PDF) . الاتحاد الدولي للاتصالات . 28-07-2000 . تاريخ الاسترجاع: 14-01-2013 . 
  3. "G.109 : تعريف فئات جودة نقل الكلام - الاتحاد الدولي للاتصالات" (ملف PDF) . الاتحاد الدولي للاتصالات . 11 مايو 2000. تاريخ الاطلاع: 14 يناير 2013 . 
  4. شبكات O3b وسوفريكوم. "لماذا يُعدّ زمن الاستجابة مهمًا لشبكات النقل الخلفية للهواتف المحمولة - شبكات O3b" (ملف PDF) . شبكات O3b . تاريخ الاسترجاع: 11 يناير 2013 .{{cite web}}: صيانة CS1: الأسماء الرقمية: قائمة المؤلفين ( رابط )
  5. نير، هالاتشمي؛ شبكات O3b وسوفريكوم (17-06-2011). "حل HQoS" . Telco.com . تم الاسترجاع في 11-01-2013 .{{cite web}}: صيانة CS1: الأسماء الرقمية: قائمة المؤلفين ( رابط )
  6. سيسكو. "الاعتبارات المعمارية لربط شبكات الجيل الثاني/الثالث وشبكات التطور طويل الأمد" . ورقة بيضاء من سيسكو . سيسكو . تم الاطلاع عليها بتاريخ 11 يناير 2013 .
  7. "ورقة بيضاء: تأثير زمن الاستجابة على أداء التطبيقات" (ملف PDF) . نوكيا سيمنز نتووركس . 2009. مؤرشفة من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2013-08-01.
  8. "بنية شبكة GSM" . GSM للمبتدئين . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 يناير 2013 .
  9. "G.114 : زمن الإرسال أحادي الاتجاه" . www.itu.int . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16-11-2019 . 
  10. "متطلبات جودة الخدمة للصوت والفيديو والبيانات > تطبيق جودة الخدمة عبر شبكات سيسكو MPLS VPN" . www.ciscopress.com . تاريخ الاسترجاع: 16 نوفمبر 2019 .
  11. مايكل دوش وستيف تشيرش. "تقنية الصوت عبر الإنترنت في استوديوهات البث" . أكسيا أوديو. مؤرشف من الأصل بتاريخ 7 أكتوبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يونيو 2011 .
  12. هوبر، ديفيد م.، وروبرت إي. رونستين. "زمن الكمون". تقنيات التسجيل الحديثة. الطبعة السابعة. نيويورك ولندن: فوكال، 2013. 252. مطبوع.
  13. "جيه دي مارس. من الأفضل أن يكون الصوت متأخرًا على ألا يكون أبدًا: نقاش طال انتظاره حول مشكلات زمن استجابة الصوت " . مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 مارس 2008 .
  14. ويكي لينكس في الوقت الحقيقي
  15. مقدمة إلى برنامج Livewire (ملف PDF) ، أكسيا أوديو، أبريل 2007، مؤرشفة من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 7 أكتوبر 2011 ، تم الاطلاع عليها بتاريخ 21 يونيو 2011
  16. فونسيكا، نونو؛ مونتيرو، إدموندو (مايو 2005)، مشكلات زمن الاستجابة في شبكات الصوت ، جمعية هندسة الصوت
  17. ProSoundWeb. ديفيد ماكنيل. نقل الصوت عبر الشبكة: نظرة على الأساليب والعوامل. مؤرشف في 21 مارس 2008 على موقع Wayback Machine .
  18. دوامة. هل نفتح صندوق باندورا؟ كلمة "L" - زمن الاستجابة وأنظمة الصوت الرقمية