صوت تلفزيوني متعدد القنوات

نظام الصوت التلفزيوني متعدد القنوات ( MTS ) هو طريقة لترميز ثلاث قنوات صوتية إضافية في إشارات صوتية تناظرية بتردد 4.5 ميجاهرتز على نظامي M و N. طُوّر هذا النظام من قِبل مجموعة صناعية تُعرف باسم لجنة أنظمة البث التلفزيوني (BTSC)، وهي هيئة موازية للجنة النظام التلفزيوني الوطني (NTSC ) الخاصة بالتلفزيون الملون . تمت الموافقة على النظام عام 1984، وانتشر استخدامه على نطاق واسع خلال العامين التاليين.

تعمل تقنية MTS عن طريق إضافة إشارات صوتية إضافية في أجزاء غير مستخدمة من إشارة التلفزيون، وتتيح ما يصل إلى أربع قنوات صوتية، اثنتان منها تُنتجان قناتي الاستريو اليمنى واليسرى. ويُستخدم برنامج صوتي ثانٍ (SAP) لبث لغات أخرى أو خدمات إذاعية، بما في ذلك إذاعة الطقس ، والتي يمكن للمستخدم الوصول إليها عادةً عبر زر في جهاز التحكم عن بُعد . أما القناة الرابعة، فهي قناة صوتية احترافية تُستخدم لأغراض داخلية من قِبل محطات البث، ولا يمكن فك تشفيرها باستخدام جهاز استقبال عادي.

كان نظام MTS يُعتبر نقلة نوعية في البث التلفزيوني. في عام 1986، بعد عامين من بدء بث برامج MTS، منحت أكاديمية فنون وعلوم التلفزيون خمس جوائز إيمي التقنية والهندسية لمخترعي هذه التقنية، ولشبكتي NBC و ABC اللتين بادرتا إلى تطبيقها بقوة. لسنوات، كانت البرامج التلفزيونية تعرض شعارًا في بداية كل برنامج يُشير إلى أنه "مُقدّم بتقنية ستيريو". لم يُستخدم نظام MTS، وهو معيار تناظري، منذ التحول إلى البث التلفزيوني الرقمي عام 2009 .

بدأ العمل الأولي على تصميم واختبار نظام صوتي ستيريو في عام 1975 عندما تواصلت شركة تيليسونيكس مع محطة التلفزيون العامة في شيكاغو WTTW . كانت WTTW تُنتج آنذاك برنامجًا موسيقيًا بعنوان "ساوندستيج" ، وكانت تبث مزيج الصوت الستيريو بالتزامن مع محطات FM المحلية . وقدّمت تيليسونيكس طريقةً لإرسال نفس الصوت الستيريو عبر إشارات التلفزيون الحالية، مما ألغى الحاجة إلى البث المتزامن عبر FM.

أقامت شركتا تيليسونيكس وWTTW علاقة عمل وبدأتا بتطوير نظام مشابه لتعديل FM ستيريو. وقد أضاف اثنا عشر مهندسًا من استوديوهات وأجهزة إرسال WTTW الخبرة اللازمة في مجال البث إلى هذه العلاقة. تم اختبار نظام تيليسونيكس وتحسينه باستخدام مرافق إرسال WTTW في برج سيرز .

في عام ١٩٧٩، قامت محطة WTTW بتركيب جهاز تحكم رئيسي ستيريو من نوع Grass Valley، وأضافت قناة صوتية ثانية إلى وصلة إرسال الاستوديو (STL) التي تعمل بالميكروويف . في ذلك الوقت، كان مهندسو WTTW قد طوروا تقنية الصوت الستيريو على مسجلات الفيديو في مصنعهم، باستخدام رؤوس تسجيل صوتية منفصلة مصنعة وفقًا لمواصفاتهم، وإلكترونيات تسجيل خارجية، وتقنية دولبي للحد من الضوضاء ، مما أتاح تسجيل برنامج Soundstage وتحريره إلكترونيًا. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام مسجل الصوت Ampex MM1100 ذي ٢٤ مسارًا لإنتاج الموسيقى ومزجها. أما محطات PBS الأعضاء التي رغبت في بث برنامج Soundstage بنظام ستيريو، فقد تم تزويدها بشريط صوتي رباعي المسارات (يسار، يمين، محرك رأسي، ورمز زمني ) يمكن مزامنته مع أجهزة الفيديو في تلك المدن.

خلال عملية موافقة لجنة الاتصالات الفيدرالية، تقدمت عدة شركات مصنعة بطلبات إلى اللجنة للنظر في طلباتها. وكان أبرزها تحالف الصناعات الإلكترونية (EIA) وتحالف الصناعات الإلكترونية الياباني، اللذان طلبا المشاركة لتمثيل أعضائهما في مراحل الاختبار والمواصفات ضمن عملية الموافقة. ساهم مهندسو WTTW في وضع معايير استجابة التردد ، والفصل، والاستخدامات الأخرى للطيف الترددي. كما قدموا المواد المصدرية للبرامج المستخدمة في الاختبار، وتولوا صيانة سلسلة البث. استُخدم مسجل صوت 3M ذو 24 مسارًا لاختيار 12 برنامجًا ستيريو مختلفًا للاختبار. استُخدم مصنع ومختبر ماتسوشيتا كوازار لتصنيع أجهزة التلفزيون، الواقع غرب شيكاغو، كمصدر لجميع اختبارات الأنظمة المتنافسة. بعد الاختبار، أُثيرت عدة تساؤلات حول صحة بعض الاختبارات، فبدأت جولة ثانية من الاختبارات.

قامت محطة WTTW بتركيب نموذج أولي لجهاز تعديل ستيريو من شركة Broadcast Electronics في أكتوبر 1983، وبدأت البث الإذاعي بنظام ستيريو على مدار الساعة باستخدام نظام Telesonics قبل أن تصدر لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) قواعدها الخاصة بنظام BTSC. وقد اعتمدت لجنة الاتصالات الفيدرالية نظام MTS رسميًا في 23 أبريل 1984. وبناءً على توصيات جمعية صناعة الطاقة (EIA) ولجنة الاتصالات الفيدرالية، تم تعديل جهاز تعديل BE ليتوافق مع مواصفات BTSC، وبحلول أغسطس 1984 كان قيد الاستخدام الكامل على محطة WTTW.

بدأ البث الشبكي المتقطع للصوت الستيريو على شبكة NBC في 26 يوليو 1984، مع برنامج The Tonight Show Starring Johnny Carson ، على الرغم من أن محطة WNBC ، المحطة الرئيسية للشبكة في مدينة نيويورك، كانت الوحيدة آنذاك التي تمتلك إمكانية البث الستيريو؛ ^{[ 1 ]} وبدأ البث الستيريو المنتظم لبرامج NBC خلال أوائل عام 1985. وحذت ABC وCBS حذوها في عامي 1986 و1987 على التوالي. وكانت FOX آخر شبكة تنضم في عام 1987، وبحلول أواخر عام 1994، كانت الشبكات الأربع تبث برامجها في أوقات الذروة بالكامل بتقنية الستيريو. وأطلقت شبكتا WB و UPN الموسم التالي ببث جميع برامجهما بتقنية الستيريو منذ البداية. وكان نظام RCA Dimensia ، الذي صدر عام 1984، من أوائل أنظمة استقبال التلفزيون التي تضمنت إمكانية BTSC. ^{[ 2 ]}

من عام 1985 إلى عام 2000، كانت الشبكات تعرض عبارة "بصوت ستيريو (حيثما كان ذلك متاحًا)" في بداية البرامج التي تُبث بنظام ستيريو، مستخدمةً أحيانًا شعارات تسويقية مثل "StereoSound" من CBS لوصف خدمة الستيريو التي تقدمها. أما الشبكات في كندا والمكسيك، التي كانت تستخدم أيضًا معيار الفيديو NTSC، فكانت تستخدم نظام الصوت MTS عند توفره.

وفرت معايير التلفزيون الأصلية في أمريكا الشمالية نطاقًا تردديًا كبيرًا لإشارة الصوت، بلغ 0.5  ميجاهرتز، على الرغم من أن إشارة الصوت نفسها كانت محددة لتمتد من 50  هرتز إلى 15000  هرتز. وكان هذا النطاق متمركزًا حول إشارة حامل الصوت التي تقع على بعد 4.5  ميجاهرتز أعلى من إشارة الفيديو، مع تخصيص 25  كيلوهرتز على جانبي الحامل، باستخدام 15  كيلوهرتز فقط من النطاق الترددي المتاح البالغ 500  كيلوهرتز. ^{[ 6 ]}

هذا يعني أن نطاقي التردد 0.2475 ميجاهرتز السفلي والعلوي  لقناة الصوت كانا غير مستخدمين. ونظرًا لطبيعة إشارات ألوان نظام NTSC التي أُضيفت في خمسينيات القرن الماضي، فقد اندفعت الأجزاء العليا من إشارة اللون إلى النطاق الجانبي السفلي للصوت . ومع تركيز إشارة الصوت ضمن قناة 0.5 ميجاهرتز، وتداخل إشارة الفيديو المتبقية جزئيًا مع نطاق  0.25 ميجاهرتز السفلي ، بقي نطاق 0.25 ميجاهرتز العلوي فارغًا إلى حد كبير. ^{[ 6 ]}  

كانت تقنية MTS تعمل عن طريق إضافة إشارات جديدة إلى الجزء الحر من  نطاق التردد العلوي المخصص البالغ 0.25 ميجاهرتز. بقيَت إشارة الصوت الأصلية كما هي، وبُثّت كالمعتاد. في نظام MTS، تُعرف هذه القناة بالقناة الرئيسية. تُنشأ الإشارة الفعلية في هذه القناة بجمع قناتي الاستريو معًا لإنتاج إشارة مطابقة إلى حد كبير لإشارات الصوت الأحادي الأصلية ، ويمكن استقبالها على أي جهاز تلفزيون يعمل بنظام NTSC حتى بدون دوائر الاستريو. ^{[ 6 ]}

ثم تُضاف قناة ثانية، وهي القناة الفرعية الاستريو، بتردد مركزي 31.468  كيلوهرتز، وتمتد 15  كيلوهرتز على كلا الجانبين. ينتج عن ذلك فجوة صغيرة بين الإشارتين الرئيسية والاستريو عند 15.734  كيلوهرتز. تُعرف هذه الإشارة التجريبية أيضًا باسم "H" أو "1H"، ويُختار ترددها ليكون توافقيًا لإشارة المسح الأفقي للفيديو، بحيث يمكن إعادة إنشائها بدقة من إشارة الفيديو باستخدام حلقة قفل الطور . إذا وُجدت أي إشارة بتردد 1H، فإن التلفزيون يتعرف على وجود نسخة استريو من الإشارة. ^{[ 6 ]}

تتكون القناة الفرعية الاستريو من إشارتي الصوت نفسيهما، اليسرى واليمنى، ولكنهما ممزوجتان خارج الطور لإنتاج إشارة "L–R"، أو "الفرق". تُرسل هذه الإشارة بسعة أعلى وتُشفّر باستخدام ضغط dbx لتقليل الضوضاء عالية التردد. ولتقليل متوسط ​​الطاقة الكلي، لا تُرسل الإشارة الحاملة (مما يعني عدم وجود إشارة دائمة عند هذا التردد). عند الاستقبال، يستخدم جهاز الاستقبال إشارة الفيديو لإنشاء الإشارة التجريبية، ثم يفحص هذا التردد لمعرفة ما إذا كانت هناك أي إشارة موجودة. إذا كانت موجودة، تُستخرج إشارة الفرق عن طريق ترشيح الإشارة بين 1H و3H في قناة منفصلة، ​​ويُعاد إنشاء الإشارة الحاملة بإضافة 2H إليها. ثم تُفك ضغط هذه الإشارة من تنسيق dbx الخاص بها، ثم تُغذى، مع الإشارة الرئيسية الأصلية، إلى وحدة فك تشفير الاستريو. ^{[ 6 ]} يعمل راديو FM الاستريو بنفس الطريقة، ويختلف بشكل أساسي في أن المكافئ لإشارة H هو 19  كيلوهرتز، وليس 15.734 كيلوهرتز.

في حال وجودها، تتمركز إشارة SAP عند التردد 5H، ولكنها تُشفّر إشارة أحادية بجودة صوتية وسعة أقل. ^{[ 6 ]} وبالمثل، تُشفّر إشارة PRO عند التردد 7H. ولا تتجاوز الإشارة التي تستخدم القنوات الأربع جميعها نصف عرض النطاق الترددي المتاح في النطاق الجانبي العلوي للصوت الأصلي.

في الظروف المثالية، يتفوق نظام MTS Stereo على نظام VHF FM Stereo القياسي من حيث الأداء. في كل من نظامي FM Stereo وMTS، يتم تعديل القناة الفرعية اليسرى واليمنى بتقنية AM ثنائية النطاق الجانبي. من المعروف أن تقنية AM عرضة للتداخل، لذا فإن تقليل الضوضاء في القناة الفرعية يُسهم في تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) مقارنةً ببث FM القياسي. يتم ترميز معلومات القناة الفرعية باستخدام dbx لتحسين جودة الصوت، حيث تتجاوز نسبة الإشارة إلى الضوضاء عادةً 50 ديسيبل. من خلال إضافة تقليل الضوضاء إلى القناة الفرعية فقط، تم الحفاظ على التوافق التام مع البث أحادي القناة. سيتمكن المشاهدون الذين يمتلكون أجهزة تلفزيون أحادية القناة من سماع الصوت بشكل طبيعي، ولكن بنطاق ترددي محدود يبلغ 15 كيلوهرتز.  

نصّت المواصفات الأصلية على استخدام مرشح بيضاوي الشكل ذي حافة حادة في كل قناة صوتية قبل التشفير. وكان تردد القطع لهذا المرشح 15  كيلوهرتز لمنع أي تداخل تزامن أفقي (15.734  كيلوهرتز) من التشفير في الصوت. مع ذلك، استخدم مصنّعو المُعدِّلات مرشحات ذات تردد قطع أقل حسب الحاجة، مما خفّض تكلفة مرشحات الصوت. عادةً ما اختاروا 14  كيلوهرتز، على الرغم من أن البعض استخدم مرشحات بترددات منخفضة تصل إلى 12.5  كيلوهرتز. تم اختيار المرشح البيضاوي لامتلاكه أكبر عرض نطاق ترددي مع أقل تشويه طوري عند تردد القطع. بالمقارنة، تقوم مُعدِّلات FM القياسية بترشيح الصوت عند ترددات أعلى قليلاً، ولكنها لا تزال بحاجة إلى حماية  إشارة الدليل 19 كيلوهرتز. كان للمرشح المستخدم خلال اختبارات EIA/FCC خاصية -60  ديسيبل عند 15.5  كيلوهرتز. نظراً لأن اقتران الصوت بالمحولات كان شائعاً في ذلك الوقت، فقد تم ضبط الحد الأدنى للتردد على 50  هرتز على الرغم من أن أجهزة التعديل بدون مدخلات محولات كانت مسطحة حتى 20  هرتز على الأقل.

كان الفصل النموذجي أفضل من 35 ديسيبل. ومع ذلك، كان تطابق مستوى الصوت بين القنوات ضروريًا لتحقيق هذه المواصفات. كان من الضروري مطابقة مستويات الصوت اليسرى واليمنى في حدود أقل من 0.1 ديسيبل لتحقيق الفصل المذكور.

يُعدّ الحفاظ على استقرار طور التزامن الأفقي أمرًا بالغ الأهمية للحصول على صوت جيد أثناء عملية فك التشفير. أثناء الإرسال، قد يتغير طور التزامن الأفقي تبعًا لمستويات الصورة واللون. يجب أن يكون تعديل طور الموجة الحاملة العرضي (ICPM)، وهو مقياس لاستقرار الطور المُرسَل، أقل من 4.5% للحصول على أفضل فك تشفير لقنوات الصوت الفرعية. كانت هذه مشكلة أكبر مع أجهزة إرسال UHF في ذلك الوقت، حيث كانت مُضخّمات الترددات اللاسلكية متعددة التجاويف من نوع كليسترون آنذاك تحتوي عادةً على ICPM أعلى من 7%. هذا الأمر جعل إرسال ستيريو MTS عبر UHF مستحيلاً. لاحقًا، حسّنت تصميمات أجهزة إرسال UHF أداء ICPM، مما سمح بإرسال ستيريو MTS.

بسبب استخدام تقنية ضغط وتوسيع الإشارة من dbx ، كان كل جهاز تلفزيون يقوم بفك تشفير نظام MTS يتطلب في الأصل دفع رسوم ترخيص - أولاً لشركة dbx، ثم لشركة THAT التي انفصلت عن dbx في عام 1989 واستحوذت على براءات اختراع MTS الخاصة بها في عام 1994؛ ومع ذلك، انتهت صلاحية هذه البراءات عالميًا في عام 2004. ^{[ 7 ]} على الرغم من أن THAT تمتلك الآن بعض براءات الاختراع المتعلقة بالتطبيقات الرقمية لنظام MTS، إلا أن رسالة من THAT إلى الإدارة الوطنية للاتصالات والمعلومات في عام 2007 تؤكد أنه لا يلزم الحصول على ترخيص من THAT لجميع التطبيقات التناظرية وبعض التطبيقات الرقمية لنظام MTS. ^{[ 4 ]}

اعتمدت عدة دول خارج أمريكا الشمالية، تستخدم معيار NTSC، تنسيق MTS لأنظمتها التناظرية، بما في ذلك تشيلي وكولومبيا وتايوان والفلبين . كما اعتمدت اليابان معيار EIAJ MTS الخاص بها ، ضمن نسختها المحلية من NTSC . واستخدمت دولتان، البرازيل والأرجنتين ، معيار MTS مع معايير PAL بديلة .

• نيكام
• زويكانالتون
• EIAJ MTS