هاتف هجين

في الاتصالات الهاتفية التناظرية، يُعدّ جهاز هجين الهاتف المكون الموجود في طرفي خط المشترك في شبكة الهاتف العامة (PSTN) الذي يحوّل بين مساري الصوت ثنائيي الاتجاه، أحدهما ثنائي الأسلاك والآخر رباعي الأسلاك. وعند استخدامه في مرافق البث لتمكين بث المكالمات الهاتفية، يُعرف جهاز هجين الهاتف ذو جودة البث باسم جهاز هجين الهاتف للبث أو وحدة موازنة الهاتف .

تنشأ الحاجة إلى الأنظمة الهجينة من طبيعة خدمة الهاتف التناظرية التقليدية (POTS) المستخدمة في المنازل أو الشركات الصغيرة، حيث يتم دمج اتجاهي الصوت في زوج واحد من الأسلاك. أما في شبكة الهاتف، فتكون دوائر التحويل والإرسال في الغالب رباعية الأسلاك ، مع فصل الإشارتين. وتتولى الأنظمة الهجينة عملية التحويل اللازمة. في الشبكات التناظرية القديمة، كان التحويل إلى نظام رباعي الأسلاك ضروريًا لإمكانية إدخال مضخمات إعادة الإرسال في وصلات المسافات الطويلة. أما في الأنظمة الرقمية الحديثة، فيجب معالجة كل اتجاه صوتي ونقله بشكل مستقل.

تتضمن بطاقات الخطوط في مقسم الهاتف المركزي المتصلة بالخطوط التناظرية بطاقات هجينة تعمل على تكييف شبكة الأسلاك الأربعة مع دوائر الأسلاك الثنائية التي تربط معظم المشتركين.

كان البحث عن أجهزة هجينة أفضل للهواتف وأجهزة إلغاء الصدى (وهي تقنية ذات صلة) دافعًا مهمًا لتطوير خوارزميات وأجهزة معالجة الإشارات الرقمية (DSP) في مختبرات بيل ، وشركة NEC ، ومواقع أخرى.

المبدأ الأساسي هو مطابقة المعاوقة . تُطبَّق الإشارة الواردة على كلٍّ من خط الهاتف و"شبكة موازنة" مصممة لتكون لها نفس معاوقة الخط. تُستخلص الإشارة الصادرة بطرح الإشارتين، ما يؤدي إلى إلغاء الإشارة الواردة من الإشارة الصادرة. ^{[ 1 ]} صُنعت المحولات الهجينة الأولى باستخدام محولات مُكوَّنة على شكل ملفات هجينة ، تحتوي على ملف إضافي يمكن توصيله خارج الطور. ويُشتق اسم "الهجين" من هذه المحولات الخاصة ذات الملفات المختلطة.

يتميز نظام هجين فعال بفقدان عالٍ في الإشارة عبر المنفذ الهجين، مما يعني أن جزءًا ضئيلاً نسبيًا من الصوت الوارد سيظهر على المنفذ الصادر. قد يؤدي التسريب المفرط إلى حدوث صدى عند وجود تأخير في مسار الإرسال، كما هو الحال في وصلات الأقمار الصناعية والهواتف المحمولة وتقنية الصوت عبر الإنترنت (VoIP). ينتج هذا عن انتقال صوت المتحدث إلى النظام الهجين البعيد وعودته إلى جهاز الاستقبال الخاص به مع توهين غير كافٍ. تصف توصية الاتحاد الدولي للاتصالات G.131 العلاقة بين تأخير الصدى وسعته ومدى إزعاج المستمع. عند 100 مللي ثانية،  يلزم فقدان عائد قدره 45 ديسيبل لكي يعبّر أقل من 1% من المشاركين في الاختبار عن عدم رضاهم.

يعتمد الإلغاء الجيد على امتلاك شبكة الموازنة لخاصية تردد مقابل معاوقة تتطابق بدقة مع الخط. ونظرًا لتغير معاوقات خطوط الهاتف تبعًا لعوامل عديدة، ولأن العلاقة ليست سلسة دائمًا، فإن الدوائر الهجينة التناظرية لا تستطيع تحقيق سوى بضعة ديسيبلات من العزل المضمون. لهذا السبب، تستخدم الدوائر الهجينة الحديثة معالجة الإشارات الرقمية لتطبيق مرشح المربعات الصغرى التكيفي الذي يكشف تلقائيًا معاوقة الخط عبر نطاق تردد الصوت ويضبط نفسه وفقًا لها. وقد تصل  خسائر هذه الدوائر الهجينة إلى أكثر من 30 ديسيبل، عند قياسها باستخدام الضوضاء البيضاء كإشارة إرسال.

تُعرف مُعالجات الإشارات الرقمية الهجينة أيضًا باسم " مُلغيات صدى الخط " (LECs). (يُعدّ مصطلح "مُلغي الصدى" في هذا السياق مُضللاً، إذ لا يوجد إلغاء للصدى بحد ذاته، بل يتمّ إلغاء التسريب من واجهة الخط التناظري مع تأخير زمني قصير جدًا، يُمكن وصفه بدقة أكبر بأنه إزاحة طورية. مع ذلك، فإن أي تسريب هجين غير مُلغى سيُسبب صدى عندما يكون مسار الإرسال المُصاحب له مُتأخرًا، وبالتالي فإن تأثيره على النظام هو تقليل الصدى).

تُستخدم أحيانًا أنظمة التهجين وأنظمة إلغاء الصدى مع أنظمة كبت الصدى . وتعتمد هذه الأنظمة على افتراض أن أحد طرفي المحادثة فقط هو من يتحدث في الوقت المحدد. يقوم نظام كبت الصدى بتحويل فقدان الإشارة إلى مسار الكلام غير النشط، مما يعزز تأثير إلغاء الصدى لنظام التهجين على حساب المحادثة الثنائية المتزامنة.

على الرغم من أن أنظمة VoIP تعتمد أساسًا على أربعة أسلاك، إلا أنها تتطلب محولات هجينة عند ربطها بخطوط ثنائية الأسلاك. فبوابة VoIP-to-Telco المستخدمة لربط مقسم VoIP PBX (مقسم فرعي خاص) بخطوط تناظرية، تحتوي على محولات هجينة لإجراء التحويل المطلوب. أما أنظمة VoIP الطرفية فلا تحتاج إلى محولات هجينة إلا عند الحاجة إلى تكييفها مع خط ثنائي الأسلاك.

في استوديوهات البث، أصبح مصطلح "الجزء الوظيفي" يُشير إلى النظام بأكمله ، وجهاز "الهاتف الهجين" هو الجهاز الذي يجمع جميع الوظائف اللازمة لتوصيل خطوط الهاتف بأنظمة الصوت في الاستوديو، موفرًا واجهة كهربائية ومادية بين خطوط الاتصالات ومعدات الاستوديو. غالبًا ما تتضمن هذه الأجهزة معالجةً بالإضافة إلى وظيفة التهجين، مثل التحكم الديناميكي ، والترشيح، ومعادلة الصوت (EQ). بعضها مزود بمعادلة صوت ديناميكية تُعدّل المعلمات تلقائيًا للحفاظ على اتساق الطيف الصوتي من مصادر صوتية متنوعة. ^{[ 2 ]} كما تتضمن بعضها خاصية إلغاء الصدى الصوتي للسماح بإعدادات ذات مسارات صوتية بين مكبرات الصوت التي تحمل صوت الهاتف والميكروفونات التي تُغذي خطوط الهاتف.

في تطبيقات الاستوديو، يحتاج نظام الصوت الهجين إلى عزل ممتاز بين الإرسال والاستقبال. عندما يظهر جزء كبير من صوت المضيف عند مخرج النظام الهجين، ستظهر عدة عيوب. قد ينتج تشوه صوت المضيف عن تغيير خط الهاتف لطور الصوت المرسل قبل عودته، مع اختلافات في الترددات. يتم مزج الصوت الأصلي والصوت المتسرب في وحدة التحكم، ويتداخلان في الطور وخارجه عند الترددات المختلفة. عند حدوث ذلك، يبدو صوت المضيف أجوفًا أو رقيقًا، حيث يؤثر إلغاء الطور على بعض الترددات أكثر من غيرها. قد ينتج صدى الصوت عن التداخل الصوتي الناتج عند استخدام مكبر الصوت. عند دمج الخطوط، ويكون كسب حلقة الأنظمة الهجينة المتعددة أكبر من واحد، سيُسمع صدى الصوت. إذا كان التسرب عاليًا جدًا، فلن يتمكن المشغلون من التحكم في المستويات النسبية لصوت المضيف والمتصل، لأن مُخفف صوت الهاتف في وحدة التحكم سيؤثر على كلتا الإشارتين.

تُعالج تقنية معالجة الإشارات الرقمية المستخدمة في الأنظمة الهجينة الحديثة متطلبات العزل وتُنفذ وظائف إضافية. نظريًا، لا تحتاج اتصالات ISDN و VoIP إلى أنظمة هجينة. مع ذلك، عادةً ما تنتهي المكالمات التي تستخدم ISDN أو VoIP من جهة بخط تناظري من الجهة الأخرى، مما يُسبب صدىً ملحوظًا من كلٍّ من النظام الهجين على بطاقة الخط والهاتف نفسه. يُعد التداخل الصوتي، عند التقاط الميكروفون لإشارة سماعة الأذن، مصدرًا آخر محتملاً للصدى. كما يُعد التداخل الكهربائي بين الدوائر التناظرية (التشويش المتبادل) مصدرًا آخر. حتى مستويات الصدى المنخفضة قد تكون مسموعة عند وجود تأخير طويل، كما هو الحال عادةً مع VoIP.

عادةً ما تكون أجهزة الهاتف الهجينة المُخصصة لتطبيقات الاستوديو وحدات تُثبّت في رفوف ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 2 ]} ، مزودة بموصلات من نوع RJ لخط الهاتف، ومداخل/مخارج صوتية تناظرية متوازنة أو AES3 عبر موصلات XLR لتوصيل معدات الاستوديو. قد تحتوي الوحدة الواحدة على جهاز هجين واحد أو اثنين أو أكثر. وتتوفر منها أنواع مختلفة لتناسب خطوط الهاتف التقليدية (POTS) أو ISDN أو VoIP. بالإضافة إلى وظائف الصوت، يمكن أن تتضمن هذه الأجهزة الهجينة ميزات إضافية مثل الرد/قطع الاتصال التلقائي، واكتشاف/توليد نغمات DTMF ، واكتشاف هوية المتصل .

لاحظ أنه يجب تغذية أجهزة الهاتف الهجينة من وحدة التحكم في المزج بخاصية المزج الناقص لتجنب التغذية الراجعة.

توجد بعض المحولات الرخيصة التي تربط الهاتف بسماعته، وتحتوي على زر لتشغيل السماعة أو المحول. وهي أجهزة بسيطة غير فعالة تنقل الصوت من الهاتف دون معالجة.

وعلى الطرف الآخر من الطيف توجد أنظمة يمكنها التعامل مع خطوط متعددة والاتصال بجهاز كمبيوتر بحيث يمكن للمنتج متابعة من على أي خط، والتواصل مع المضيف، وإدارة ترتيب تلقي المكالمات.

تُستخدم الهواتف الهجينة أيضًا لربط أنظمة الاتصال الداخلي للإنتاج بشبكة الهاتف العامة (PSTN).

تُستخدم برامج الترميز الخاصة بخطوط الهاتف التقليدية (POTS ) وخطوط ISDN وبروتوكول الإنترنت (IP) للبث عن بُعد عندما يكون من الممكن توفير معدات متخصصة على طرفي الاتصال. تعمل برامج الترميز الخاصة بخطوط الهاتف التقليدية مع الخطوط التناظرية، وبرامج الترميز الخاصة بخطوط ISDN مع خطوط ISDN، وبرامج الترميز الخاصة ببروتوكول الإنترنت مع أي وصلة تدعم اتصال IP. وتعتمد هذه البرامج على ضغط وفك ضغط بيانات الصوت  في كل طرف. ويمكن تحقيق نطاقات تردد صوتية تصل إلى 20 كيلوهرتز بهذه الطريقة. وغالبًا ما يتم الضغط باستخدام ترميز MPEG- MP3 أو AAC .

أجهزة التوصيل التلقائي هي أجهزة هجينة للهواتف يستخدمها هواة الراديو لربط معداتهم اللاسلكية بخطوط الهاتف.

• إلغاء التغذية الراجعة التكيفية
• وحدة التقاط عن بعد

• توصيات الاتحاد الدولي للاتصالات - قطاع تقييس الاتصالات: السلسلة G
• نمذجة أنظمة الهاتف الهجينة كمصفوفات 2 × 2