محول PCM

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

سوني PCM-1630

محول PCM هو جهاز يقوم بتشفير الصوت الرقمي كإشارة فيديو لتسجيله على مسجل أشرطة الفيديو . كما يتميز هذا المحول بقدرته على فك تشفير إشارة الفيديو وتحويلها إلى صوت رقمي لتشغيلها. وقد استُخدم نظام الصوت الرقمي هذا في إنتاج الأقراص المدمجة القديمة .

عملية

يتطلب الصوت عالي الجودة بتقنية تعديل رمز النبض (PCM) نطاقًا تردديًا أكبر بكثير من إشارة الصوت التناظرية العادية. على سبيل المثال، تتطلب إشارة PCM ذات 16 بت نطاقًا تردديًا تناظريًا يتراوح بين 1 و1.5 ميجاهرتز، مقارنةً بنطاق ترددي تناظري يتراوح بين 15 و20 كيلوهرتز لإشارة الصوت التناظرية. لا يستطيع مسجل الصوت التناظري القياسي تلبية هذا المطلب. وكان أحد الحلول التي طُرحت في أوائل ثمانينيات القرن الماضي هو استخدام مسجل أشرطة الفيديو، القادر على تسجيل الإشارات ذات النطاقات الترددية الأعلى.  

كان من الضروري إيجاد وسيلة لتحويل الصوت الرقمي إلى صيغة فيديو. يتضمن نظام تسجيل الصوت هذا جهازين: محول PCM، الذي يحول الصوت إلى صورة فيديو، وجهاز تسجيل الفيديو. يقوم محول PCM بتحويل الإشارة من تناظرية إلى رقمية، منتجًا سلسلة من الأرقام الثنائية، والتي بدورها تُشفّر وتُعدّل لتُصبح إشارة فيديو بالأبيض والأسود ، تظهر على شكل نمط رقعة الشطرنج المهتزة، والتي يمكن تسجيلها بعد ذلك كإشارة فيديو.

تسجل معظم محولات PCM القائمة على الفيديو الصوت بمعدل 14 أو 16 بت لكل عينة، بتردد أخذ عينات يبلغ 44.1  كيلوهرتز لنظام PAL أو NTSC أحادي اللون ، أو 44.056  كيلوهرتز لنظام NTSC الملون. بعض الطرازات القديمة، مثل Sony PCM-100، كانت تسجل 16 بت لكل عينة، ولكنها تستخدم 14 بت فقط للصوت، بينما تُستخدم البتتان المتبقيتان لتصحيح الأخطاء في حالة وجود انقطاعات أو تشوهات أخرى على شريط الفيديو.

تردد أخذ العينات

يُفسر استخدام الفيديو في محول PCM اختيار تردد أخذ العينات للقرص المضغوط، إذ أن عدد خطوط الفيديو ومعدل الإطارات وعدد البتات لكل خط هي التي تحدد تردد أخذ العينات الممكن تحقيقه. ولذلك، تم اعتماد تردد أخذ عينات يبلغ 44.1 كيلوهرتز للقرص المضغوط ، لأنه في ذلك الوقت لم تكن هناك طريقة عملية أخرى لتخزين الصوت الرقمي سوى استخدام محول PCM وجهاز تسجيل فيديو.

يكون الأمر أبسط عند استخدام نفس عدد الخطوط في كل حقل، والأهم من ذلك، تم اعتماد معدل أخذ عينات يمكن استخدامه على كل من أجهزة PAL وأجهزة NTSC أحادية اللون. بما أن معدل حقل NTSC أحادي اللون هو 60  هرتز، ومعدل حقل PAL هو 50 هرتز، فإن أصغر مضاعف مشترك  لهما هو 300 هرتز، ومع 3 عينات لكل خط، ينتج عن ذلك معدل أخذ عينات من مضاعفات 900 هرتز. بالنسبة لنظام NTSC أحادي اللون، يكون معدل أخذ العينات 5 م × 60 × 3، حيث يمثل 5 م عدد الخطوط النشطة لكل حقل، والذي يجب أن يكون من مضاعفات العدد 5 (ويُستخدم الباقي للمزامنة). أما بالنسبة لنظام PAL، فيكون معدل أخذ العينات 6 ن × 50 × 3، حيث يمثل 6 ن عدد الخطوط النشطة لكل حقل، والذي يجب أن يكون من مضاعفات العدد 6. وبالتالي، فإن معدلات أخذ العينات التي تُلبي هذه المتطلبات - 40 كيلوهرتز على الأقل (لترميز الأصوات حتى 20 كيلوهرتز)، و46.875 كيلوهرتز كحد أقصى (لا يتطلب أكثر من 3 عينات لكل سطر في نظام PAL)، ومضاعفات العدد 900 هرتز (للسماح بالترميز في كل من نظامي NTSC وPAL) - هي 40.5، و41.4، و42.3، و43.2، و44.1، و45، و45.9، و46.8 كيلوهرتز . تم استبعاد القيم المنخفضة بسبب مرشحات التمرير المنخفض التي تتطلب نطاق انتقال، بينما تم استبعاد القيم الأعلى بسبب الحاجة إلى بعض الخطوط لفترة التعتيم الرأسي؛ وكان معدل 44.1 كيلو هرتز هو المعدل الأعلى القابل للاستخدام، وتم اختياره في النهاية.        

وبالتالي، كانت ترددات أخذ العينات 44.1 و 44.056  كيلو هرتز نتيجة للحاجة إلى التوافق مع تنسيقات الفيديو بالأبيض والأسود ذات 25 إطارًا (دول PAL) و 30 إطارًا (دول NTSC) المستخدمة لتخزين الصوت في ذلك الوقت.

تنسيق الفيديو

تُسجّل عينات الصوت كما لو كانت على خطوط مسح ضوئي للفيديو، وذلك على النحو التالي: تمثل معايير الفيديو التناظري الفيديو بمعدل حقل 60  هرتز ( NTSC ، أمريكا الشمالية - أو 60/1.001  هرتز ≈ 59.94  هرتز لـ NTSC الملون) أو 50  هرتز ( PAL ، أوروبا)، وهو ما يُعادل معدل إطارات 30 إطارًا في الثانية أو 25 إطارًا في الثانية - كل حقل هو نصف خطوط الصورة المتداخلة (بالتناوب بين الخطوط الفردية والزوجية). يتكون كل حقل من هذه الحقول بدوره من خطوط - إطار من 625 خطًا لـ PAL و525 خطًا لـ NTSC، على الرغم من أن بعض الخطوط تُستخدم في الواقع لمزامنة الإشارة، ويتكون الحقل من نصف الخطوط المرئية في مسح رأسي واحد. تُشفّر عينات الصوت الرقمية على طول كل سطر، مما يسمح بإعادة استخدام دوائر التزامن الموجودة. أما في الفيديو، فتظهر الصور الناتجة على شكل خطوط من النقاط الثنائية بالأبيض والأسود (أو الرمادية) على طول كل خط مسح. كان تردد الخط (عدد الخطوط في الثانية) 15625  هرتز لنظام PAL (625 × 50/2)، و15750  هرتز لنظام NTSC (أحادي اللون) بتردد 60  هرتز (525 × 60/2)، و15750/1.001  هرتز (حوالي 15734.26  هرتز) لنظام NTSC (ملون) بتردد 59.94 هرتز. وبالتالي، لتسجيل الصوت بتردد يزيد عن 40  كيلوهرتز، كان من الضروري تشفير عينات متعددة لكل سطر، حيث تكفي 3 عينات لكل سطر، مما ينتج عنه ما يصل إلى 15625 × 3 = 46875 عينة لنظام PAL و15750 × 3 = 47250 عينة لنظام NTSC. من المستحسن تقليل عدد العينات في كل سطر، بحيث تُخصص مساحة أكبر لكل عينة، مما يُسهّل الحصول على عمق بت أعلى (16 بت، بدلاً من 14 أو 12 بت مثلاً) وتحسين تحمل الأخطاء. عملياً، كانت الإشارة ستيريو، مما يتطلب 3 × 2 = 6 عينات لكل سطر. مع ذلك، تُخصص بعض هذه الخطوط للمزامنة (الرأسية): تحديداً، لا يمكن استخدام الخطوط خلال فترة التعتيم الرأسي (VBI)، لذا يمكن استخدام 490 خطاً كحد أقصى لكل إطار (245 خطاً لكل حقل) في نظام NTSC، وحوالي 588 خطاً لكل إطار (294 خطاً لكل حقل) في نظام PAL (لاحظ أنه في الفيديو، يحتوي نظام PAL على 575 خطاً مرئياً كحد أقصى [ 1 ] بينما يحتوي نظام NTSC على 485 خطاً كحد أقصى).

نماذج

محول سوني PCM-501ES EIAJ LPCM على جهاز تسجيل فيديو سوني SL-HF360

كان جهاز سوني PCM-1600 أول مسجل فيديو تجاري يعمل بتقنية 16 بت. استخدم جهاز 1600 (وإصداراته اللاحقة، 1610 و1630) أجهزة تسجيل فيديو خاصة بتنسيق U-matic ، والتي وفرتها سوني أيضًا لأجهزة النقل ، مثل BVU-200B (أول طراز من أجهزة تسجيل الفيديو مُحسَّن للعمل مع PCM-1600، والذي تم بيعه معه في عام 1979)، [ 2 ] وBVU-800DA، وVO-5630DA، وDMR-2000 وDMR-4000 اللاحقين، واللذين استندا إلى جهازي الفيديو الصناعيين VO-5850 والبث التلفزيوني BVU-800 على التوالي. كانت هذه الأجهزة في جوهرها نسخًا معدلة من مسجلات الفيديو سوني يو-ماتيك الموجودة، مُكيَّفة للاستخدام مع محولات سلسلة 1600 عن طريق تعطيل دوائر تعويض اللون والتشويش في مسجلات الفيديو، والتي كانت ستعيق التسجيل السليم لبيانات الصوت الرقمية أحادية اللون من محولات سلسلة 1600 في حال تفعيلها. كما تم تعديل جهاز BVU-200B المرفق مع PCM-1600 لنقل نقطة تبديل رأس الفيديو فيه إلى فاصل التعتيم الرأسي لإشارة الفيديو الرقمية الصوتية المُسجَّلة، وذلك لمنع حدوث أخطاء أو تداخل في بيانات الصوت الرقمية. وتمت عملية التحرير باستخدام محول سلسلة 1600 وجهازين أو أكثر من مسجلات الفيديو هذه مع وحدة تحكم التحرير DAE-1100 أو DAE-3000. كانت سلسلة 1600 هي الأنظمة الأولى المستخدمة في إتقان الأقراص الصوتية المدمجة في أوائل الثمانينيات من قبل العديد من شركات التسجيلات الكبرى، حيث تم إرسال أشرطة الصوت الرقمية النهائية بتنسيق U-matic 1600 إلى مصانع طباعة الأقراص المدمجة لتسجيلها على قرص رئيسي زجاجي يستخدم لصنع الأقراص المدمجة المنسوخة.

أصدرت شركة سوني أيضاً العديد من نماذج محولات PCM شبه الاحترافية/الاستهلاكية:

  • سوني PCM-1 (تم طرحه في عام 1977) [ 3 ]
  • سوني PCM-10 (1979)
  • سوني PCM-F1 (1982، أول نموذج تم تسويقه للمستهلكين والذي تم بيعه مع جهاز فيديو مصاحب بتنسيق Betamax ، وهو Sony SL-2000 أو SL-F1 أو SL-F1E، للتسجيل والتشغيل) [ 4 ]
  • سوني PCM-701ES (1983)
  • سوني PCM-501ES (1985)
  • Sony PCM-553ESD/PCM-601ESD (1985، يتضمن مدخل ومخرج الصوت الرقمي S/PDIF )

أنتجت شركة تكنكس أيضًا محول PCM محمولًا يعمل بالبطارية، وهو SV-100، ومحولًا لمكونات الصوت عالي الدقة، وهو SV-110، وإصدارًا مزودًا بمشغل أشرطة فيديو VHS مدمج ، وهو SV-P100. جميع محولات PCM من تكنكس (باناسونيك) محدودة بدقة 14 بت. ومن بين العلامات التجارية والموديلات الأخرى لمحولات PCM المتوفرة في السوق: ناكاميتشي DMP-100، وجيه في سي VP-100، وشارب RX-3، وسانسوي PC-X1، وهيتاشي PCM -V300. [ 5 ]

أنتجت شركة dbx أيضًا محول فيديو زائف، وهو الطراز 700. يختلف هذا الطراز عن الطرازات المذكورة أعلاه في أنه لا يستخدم تعديل PCM، بل تعديل دلتا-سيجما . ينتج عن ذلك تسجيل رقمي بجودة أعلى ونطاق ديناميكي أوسع مما يوفره تعديل PCM القياسي. وكما هو الحال في محول PCM القياسي، يستخدم الطراز 700 أيضًا جهاز تسجيل فيديو (VCR) كوسيلة نقل.

التقادم

في عام ١٩٨٧، بعد سنوات قليلة من طرح محول PCM، قدمت سوني تنسيقًا جديدًا لتسجيل الصوت الرقمي يعتمد على الكاسيت، أطلق عليه اسم شريط الصوت الرقمي (DAT). ولأن DAT لم يعتمد على مسجل فيديو منفصل، فقد كان أكثر سهولة في الحمل وأقل تعقيدًا من نظام PCM. احتوت مسجلات DAT على آلية نقل مدمجة خاصة بها، تستخدم كاسيت صغيرًا فريدًا من نوعه. استخدم DAT شريطًا بعرض ٤ مليمترات (٠.١٦ بوصة) يُحمّل في كاسيت بأبعاد ٧٣ × ٥٤ × ١٠.٥ مليمترات (٢.٨٧ × ٢.١٢ × ٠.٤١ بوصة). تم تسجيل البيانات الصوتية على الشريط باستخدام تقنية التسجيل الحلزوني ، بنفس طريقة تسجيل الفيديو عند توصيله بمحول PCM. باختصار، كان DAT نسخة مُطوّرة ومتكاملة ومصغّرة من نظام PCM.    

مثل محول PCM، كان بإمكان DAT تسجيل مسارين صوتيين فقط في المرة الواحدة، ولكن صغر حجم المعدات والوسائط، بالإضافة إلى القدرة على قبول معدلات أخذ عينات متعددة ومرونة أخرى، [ أ ] أعطى DAT العديد من المزايا مقارنة بالأنظمة القائمة على محول PCM.

أصبحت مسجلات الصوت الرقمية القادرة على التسجيل متعدد المسارات [ ب ] ، مثل تنسيق ProDigi من ميتسوبيشي وتنسيق DASH من سوني ، متاحة في سوق الصوت الاحترافي في نفس وقت طرح محولات PCM تقريبًا. وتغلبت أنظمة تسجيل الصوت الرقمية الأخرى القائمة على الأشرطة على المشكلات التي جعلت مسجلات الصوت التناظرية التقليدية غير قادرة على تلبية متطلبات عرض النطاق الترددي للتسجيل الرقمي، وذلك من خلال الجمع بين سرعات الشريط العالية، وفجوات الرأس الأضيق المستخدمة مع الأشرطة ذات التركيبة المعدنية، وتوزيع البيانات على مسارات متوازية متعددة.

على الرغم من التقادم، لا يزال بإمكان الهواة استخدام أقراص DVD أو Blu-ray الحديثة كوسيلة نقل لترميز الفيديو لتدفقات الصوت الرقمية.

ملحوظات

  1. تم دعم الترددات 44.1 كيلوهرتز و48 كيلوهرتز و32 كيلوهرتز، جميعها بمعدل 16 بت لكل عينة. كما تم توفير وضع تسجيل LP  خاصباستخدام 12 بت لكل عينة عند تردد 32كيلوهرتز، مما أتاح وقت تسجيل أطول. 
  2. ↑ على عكس مسارين فقط للصوت الاستريو يمكن لمحول PCM أو DAT تسجيلهما.

مراجع

  1. ↑ ITU-R BT.470-6
  2. ↑ نيد سوزمان (13 يناير 2012). "سحر مادي" . تكنولوجيا التلفزيون . تم الاسترجاع في 12 ديسمبر 2018 .
  3. ↑ "الصوت الاحترافي من سوني" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2024-06-03 .
  4. ↑ فريدريك ج. باشور (مايو 2000). "معالج التسجيل الرقمي سوني PCM-F1" . مراجعة الصوت الاحترافي . مؤرشف من الأصل في 8 فبراير 2008.
  5. ↑ هيتارو ناكاجيما (1983). تقنية الصوت الرقمي . تاب بوكس. ص 268. 
  • واتكينسون، جون. فن الصوت الرقمي . أكسفورد: فوكال برس. ISBN 978-0-08-049936-9. OCLC 171287847 .