التركيز المسبق وإلغاء التركيز في FM

مع قدوم استريو (FM) في الخمسينيات من القرن الماضي، جلبت متطلبات الإرسال الإضافية لقناة (L – R) الحاملة الفرعية معها زيادة كبيرة في ضوضاء التردد العالي، ومن أجل التعويض تضمن النظام المعياري تركيزاً مسبقاً عالي التردد مع ثابت زمن قدره (75 دقيقة) في جهاز الإرسال الإذاعي وإلغاء التركيز التكميلي عند الطرف المستقبل.

ما هو التركيز المسبق في FM؟

التركيز المسبق: هي عملية تعمل على تقليل قدرة كبت الضوضاء في (FM) مع زيادة الترددات، وبالتالي فإنّ زيادة القوة النسبية أو السعة للمكونات عالية التردد لإشارة الرسالة قبل التضمين يسمى تأكيد مسبق.

إنّ في (FM) تكون للضوضاء تأثير أكبر على ترددات التعديل الأعلى، كما يمكن تقليل هذا التأثير عن طريق زيادة قيمة مؤشر التضمين (FM) لترددات التضمين الأعلى (FM) حيث يمكن القيام بذلك عن طريق زيادة الانحراف (Δf وf) عن طريق زيادة اتساع إشارة التضمين عند ترددات تعديل أعلى، وبالتالي إذا قمنا بتعزيز سعة إشارات تعديل التردد العالي بشكل مصطنع، فسيكون من الممكن تحسين مناعة الضوضاء عند ترددات تعديل أعلى ويُسمى التعزيز الاصطناعي لترددات التعديل الأعلى بالتركيز المسبق حيث يتم تحقيق تعزيز إشارة تعديل التردد العالي باستخدام دائرة التركيز المسبق.

يتم تمرير إشارة الضبط البؤري التلقائي المعدلة من خلال مرشح (RC) عالي التمرير، قبل تطبيقها على معدل (FM) ومع زيادة إشارة (FM) تنخفض مفاعلة (C) ويزداد تعديل الجهد المطبق على معدل (FM)، تم توحيد مقدار التركيز المسبق في إرسال (FM) ونقل الصوت في الولايات المتحدة في التلفاز بمعدل (75 ميكرو ثانية).

تُعد دائرة التركيز المسبق هي في الأساس مرشح تمرير عالي حيث يتم التركيز المسبق على جهاز الإرسال، ويبلغ تردد شبكة التمرير العالي (RC) تقريباً (2122 هرتز)، وبالتالي يتم استخدام دائرة التركيز المسبق في المرسل.

ما هو إزالة التركيز في FM؟

إزالة التركيز: هي العملية المستخدمة في طرف المستقبل لإبطال أو تعويض التعزيز الاصطناعي المعطى لترددات التعديل الأعلى في عملية التركيز المسبق، وهذا يعني أنّ الإشارات عالية التردد المعززة بشكل مصطنع يتم إحضارها إلى اتساعها الأصلي باستخدام دائرة إلغاء التركيز، كما تُعد دائرة إزالة التركيز (75 ميكرو ثانية) قياسية لإزالة التركيز في دائرة إلغاء التركيز، عن طريق تقليل مستوى اتساع إشارة التردد العالي المستقبلة بنفس المقدار مثل الزيادة في التركيز المسبق.

كما يتم استخدام مرشح تمرير منخفض (75 ميكرو ثانية) من إلغاء التركيز حيث يتوافق مع منحنى استجابة التردد الذي يقل بمقدار (3 ديسيبل) عند تردد ثابت وقت (75 ميكرو ثانية) أي يتم تطبيق (FM) المزالة التضمين على دائرة إزالة التركيز، ومع زيادة (FM) تستمر مفاعلة (C) في التناقص وسيقل ناتج دائرة إلغاء التركيز.

تتم عملية التركيز المسبق على جانب المرسل بينما تتم عملية إلغاء التركيز على جانب المستقبل، وهكذا يتم التأكيد على إشارة تعديل التردد العالي أو تعزيزها في الاتساع في المرسل قبل التضمين، وللتعويض عن هذا التعزيز يتم تخفيف الترددات العالية أو تقليل التركيز عليها في المستقبل بعد إجراء إزالة التضمين، ونظراً للتركيز المسبق وعدم التركيز يتم الحفاظ على نسبة (S / N) عند ناتج جهاز الاستقبال ثابتة.

تضمن عملية إزالة التركيز إعادة الترددات العالية إلى مستواها النسبي الأصلي قبل التضخيم، وتكون دارة التركيز المسبق عبارة عن مرشح تمرير عالي أو أداة تفاضل تسمح بمرور الترددات العالية، في حين أنّ دارة إلغاء التركيز هي مرشح تمرير منخفض أو مكامل يسمح فقط بالمرور للترددات المنخفضة.

ما هي دائرة التركيز المسبق؟

 دائرة التركيز المسبق: تكون في جهاز الإرسال حيث يتم تمرير إشارة التعديل عبر شبكة بسيطة تضخّم التردد العالي والمكونات أكثر من المكونات منخفضة التردد، وأبسط شكل من أشكال هذه الدائرة هو مرشح تمرير عالي بسيط.

تحدد المواصفات ثابتاً زمنياً قدره (75 ميكروثانية) حيث (t = RC) أي مزيج من المقاوم والمكثف، ومثل هذه الدائرة لها تردد قطع (fco) يبلغ (2122 هرتز) وهذا يعني أنّ الترددات الأعلى من (2122 هرتز) ستتحسن خطياً بحيث يزداد اتساع الناتج مع التردد بمعدل (6 ديسيبل)، كما تزيد دائرة التركيز المسبق من محتوى الطاقة لإشارات التردد العالي بحيث تميل إلى أن تصبح أقوى من مكونات الضوضاء عالية التردد، وهذا يحسن الإشارة إلى نسبة الضوضاء ويزيد الوضوح والدقة.

تستخدم أنظمة (FM) تركيزاً مسبقاً للإشارات الصوتية، وهذا يعني أنّه يتم التأكيد على جميع ترددات الصوت فوق تردد الزاوية، وتكون ترددات الركن هي:

• يكون (fc) تقريباً (2.1221 كيلو هرتز) للمنطقة 2 أي الأمريكتان.
  
• يكون (fc) تقريباً (3.1831 كيلو هرتز) للمنطقة 1 أي أوروبا وآسيا.
  

يعطي التركيز المسبق بـ(100 ميكروثانية) دفعة ثلاثية أكثر من اللازم، وقد يتم زيادة قوة جهاز الإرسال، وعلى جانب المستقبِل يجب تطبيق إلغاء التركيز المقابل من أجل الحصول على استجابة ترددية ثابتة لجهاز الإرسال أي سلسلة المستقبل.

في اتصالات (FM) ثنائية الاتجاه ضيقة النطاق، يتبع التركيز المسبق (6 ديسيبل) لكل معدل أوكتاف، وهذا يعني أنّه مع تضاعف التردد يزيد السعة بمقدار (6 ديسيبل) ويتم ذلك عادةً بين (300 – 3000) دورة، ويكون هناك حاجة إلى التركيز المسبق في (FM) للحفاظ على نسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة حيث تصدر خصائص الصوت الشائعة ترددات منخفضة في الاتساع أعلى من الترددات العالية.

عادةً ما تكون دارات المحدد التي تقطع الصوت للسماح بالحماية من الانحراف الزائد غير حساسة للتردد وتكون ثابتة في المستوى، لذا فإنّها ستقطع أو تحد من المستويات المنخفضة قبل الارتفاعات ممّا ينتج عن هذا تشويه إضافي بسبب المستويات المنخفضة التي تتجاوز المحدد، كما يتم استخدام التركيز المسبق لتشكيل الإشارات الصوتية لإنشاء سعة متساوية أكثر للانخفاضات والارتفاعات قبل تطبيقها على المحدد.

والنتيجة هي أنّ الإشارة المستقبلة يُنظر إليها على أنّها أعلى صوتاً بسبب المزيد من القطع المتساوي للإشارة أو الحد منها، ولكن ربما يكون الأهم هو زيادة مستوى الترددات الأعلى التي يتم تطبيقها على المغير ممّا يؤدي إلى إرسال إشارة صوتية أفضل إلى نسبة الضوضاء بسبب الارتفاعات لأنّها تكون أعلى من الضوضاء بقدر أو أكثر من المستويات المنخفضة.

سبب استخدام التركيز المسبق وعدم التركيز في FM:

تستخدم صناعة البث (FM) تقنيات التشديد المسبق وإزالة التركيز لتحسين نسب الإشارة إلى الضوضاء، ولقد تمت الإشارة بشكل صحيح إلى أنّ الترددات الصوتية الموجودة أسفل نقطة التوقف يتم نقلها بشكل مسطح، كما يتم إرسال الترددات الصوتية فوق نقطة التوقف بشكل مسبق.

لكن هذا ليس هو السبب الأصلي لاستخدام التركيز المسبق وعدم التركيز في الراديو ضيق النطاق حيث كانت أجهزة الإرسال الأولى عبارة عن (PM) وليس (FM)، لذلك كان لديهم تركيزاً مسبقاً 6 ديسيبل أوكتاف كما أصبحت (PM) طريقة التعديل القياسية، أمّا عندما ظهرت أجهزة إرسال (FM) كان لا بد من التأكيد المسبق على صوتها عن قصد للحفاظ على التوافق مع أجهزة إرسال (PM) الموجودة بالفعل في الخدمة.

تتطلب أجهزة الإرسال التي تستخدم مُعدِّل (FM) حقيقياً دائرة تركيز مسبق قبل أن يقوم مُعدِّل (FM) الحقيقي تلقائياً بالتركيز على الصوت مثل جهاز الإرسال الذي يستخدم مُعدِّل الطور، وتكون الدائرة المنفصلة ليست ضرورية للتشديد المسبق في المرسل الذي يحتوي على مُعدِّل طور لأنّ مُعدِّل الطور يطبق تأكيداً على الصوت المرسل كدالة لمُعدِّل الطور.

تأخذ دارة التركيز للمستقبلات الصوت غير الطبيعي الذي تم التأكيد عليه مسبقاً وتعيده إلى استجابته الأصلية، ومع ذلك فإنّ الصوت (المميز) الذي تم التأكيد عليه مسبقاً متاح مباشرة من دارة إزالة التشكيل الصوتي، وفي أنظمة الربط يختار الكثير إلغاء دائرة التركيز للسماح بتمثيل أفضل للإشارات المعاد إرسالها، نوظراً لأنّ الإشارة قد تم التأكيد عليها مسبقاً من قبل المستخدم الذي يقوم بالإرسال، وبما أنّ جهاز الاستقبال الذي تستمع إليه يعتني بالاهتمام فلا يلزم القيام بذلك مراراً وتكراراً.

يوجد بعض فقدان الجودة، ولكن يتم الحفاظ على الجودة بشكل أفضل من خلال نظام مسطح ونظام الاستجابة الصوتية المسطحة هو نظام له انحراف إخراج متساوٍ لنفس انحراف الإدخال بغض النظر عن تردد الصوت المطبق في حدود المعقول، وستكون استجابة التردد الصوتي المعقولة من (50 دورة إلى حوالي 3500 إلى 5000 دورة) وفي النظام لا يقوم بتصفية (PL)، وستكون الاستجابة الصوتية في نظام الترشيح (PL) حوالي (250 إلى حوالي 3500 إلى 5000 دورة)، كما سيتم تحديد تردد القطع الأعلى بشكل أساسي على الاستخدام المقبول لعرض النطاق المتاح.

يُعد حقن صوت المُميِّز مرة أخرى في مُعدِّل (FM) بدون أي تقييد أو ترشيح تمرير منخفض أمراً سيئاً وبسيطاً، أمّا في (UHF) ربما تكون قادراً على التخلص منه دون إزعاج أي من جيرانك في القناة المجاورة بشكل مفرط، ولكن على مسافة (2 متر) خاصةً مع تباعد (15 كيلو هرتز).

من الواضح أن هذا هو السيناريو الأسوأ، ولكن تظل الحقيقة أنّه يجب أن يكون لديك جدار من الطوب محدد عند (5 كيلو هرتز) أي أقل قليلاً عند تباعد قناة (15 كيلو هرتز) وتصفية تمرير منخفضة عند (3 كيلو هرتز) أي أعلى قليلاً إذا كنت تريد قنوات (25 كيلو هرتز ).