الضوضاء في مستقبل FM

يحتوي مُستقبل (FM) على دائرة مزيل تضمين مجسم مزودة بإشارة مجسمة مركبة يتم من خلالها إنتاج إشارات صوتية للقناة اليمنى واليسرى ودائرة قمع الضوضاء التي تتضمن زوجاً من دوائر البوابة المتصلة بزوج من مراحل النواتج لدائرة مزيل التضمين ودائرة لكشف إشارة الضوضاء متصلة بمرحلة ناتج لمميز (FM) ودائرة إنتاج إشارة تحكم مزودة بإشارة ضوضاء مشتقة من دائرة الكشف لإنتاج إشارة تحكم.

ما هو مستقبل FM؟

مُستقبل (FM Receiver): هو جهاز يستخدم لاتصالات راديو (FM) وهو موجود بشكل شائع في الوقت الحاضر في وحدات مثل (RDA5807 وtea5767) حيث تأتي وحدات مستقبل (FM) المصغرة في حزمة صغيرة مناسبة لاستخدام المتحكم الدقيق وبناء راديو (FM) بسيط من (Arduino).

ما هي الضوضاء الموجودة في مستقبل FM؟

يتم تحديد نسب الإشارة عند ناتج مستقبل (FM) كوظائف لإشارة الإدخال إلى نسبة الضوضاء ومستوى القطع وخصائص التردد البدائي ومرشح الصوت عندما تصاحب الضوضاء العشوائية أي التذبذب للإشارة التي يتم ملاحظتها حيث يتم فحص كل من النطاق الضيق والعريض (FM)، كما يتم إجراء حسابات خاصة لتشكيل التردد الجيبي ويشار إلى كيفية ارتباط بيانات هذا النوع البسيط من الإشارات بظاهرة الكلام الأكثر تعقيداً.

أُعيد تعريف مفهوم نسبة الإشارة إلى الضوضاء ليصف بشكل أكثر دقة استشعار إشارة في الضوضاء حيث تم إجراء مقارنات واسعة النطاق باستقبال التردد باستخدام مقوم خطي نصف موجي ووجد أنّه بالنسبة للإشارات المعتدلة والضعيفة التي تكون أقل من (3 ديسيبل) تتطلب قدرة إشارة داخلة أقل مقابل نفس الضوضاء الخلفية مما تتطلبه (FM) لتحقيق نفس الناتج المطلوب.

أمّا عندما تكون الإشارة قوية أكبر من (10 ديسيبل) تكون (FM) أعلى من (AM) وهنا يكون حاجة إلى نطاق عريض (FM) مع حدود ثقيلة جداً، كما أنّ النطاق الضيق (FM) في أفضل حالاته أو أدنى من (AM) يمكن مقارنته عند مستويات الإشارة العالية، كما ثبت التحديد أنّه ضار في تشغيل النطاق الضيق لجميع الحالات التي تنطوي على ضوضاء تذبذب، في حين أنّ التحديد الثقيل ضروري لنجاح أداء النطاق العريض، علاوة على ذلك يصبح شكل استجابة (F_i) مهماً في الأخير بينما لا يكون عليه في السابق، ويكون عدد كبير من المنحنيات التي توضح المتوسط ​​والمتوسط ​​للإشارة ومخرجات الضوضاء وتكون نسب الإشارة إلى الضوضاء لمختلف ظروف التشغيل مدرجة.

طريقة تقليل الضوضاء أثناء استقبال FM:

ويقوم المستقبل بتنفيذ هذه الطريقة حيث يتم تخفيف الإشارة الصوتية المكتشفة، وتُشتق إشارة التحكم في كتم الصوت الإرشادي لشدة المجال من إشارة (IF) التي تُستخدم للتحكم في توهين الإشارة الصوتية، وعندما تنخفض شدة المجال إلى ما دون مستوى عتبة معين، وذلك لمنع استجابات كتم الصوت الخاطئة من تشويه الإشارة الصوتية، يتم زيادة ثابت الوقت في إشارة التحكم في كتم الصوت مع الانحراف المتزايد للتردد اللحظي لإشارة (FM) المستقبلة من تردد الموجة الحاملة (FM) والعكس صحيح.

كتم الضوضاء في مستقبل FM:

يتضمن ضبط جهاز استقبال معدل التردد (FM) على تردد محطة راديو (FM) الكثير من ضجيج أي الهسهسة بين المحطات، وهو أمر مزعج جداً للمشغل وبالتالي غير مرغوب فيه إلّا أنّ أجهزة استقبال (FM) الرقمية خالية من هذه المشكلة لأنّه يتم قطع النواتج فيها تلقائياً أثناء الفجوات خارج المحطة، ومع ذلك فإنّ مستقبلات (FM) الرقمية أكثر تكلفة نسبياً من الأجهزة التماثلية.

تُستخدم أجهزة استقبال (FM) التماثلية نظام ضبط (LC) الذي يولد ضوضاء أي صفيرة عند الناتج، والتي تظل غير مكشوفة أثناء الضبط خارج المحطة، ومع ذلك عندما يكون مستوى الإشارة المستقبلة مناسباً أي عندما يكون تردد المستقبل قريباً جداً من تردد محطة إرسال (FM)، فإنّ دائرة المحدد التي تسبق دارة كاشف النسبة في مستقبل (FM) التماثلي سوف تقطع أو تحدد أي ضوضاء تستقبل الموجة الحاملة (FM).

دائرة مستقبل (FM) لكتم الضوضاء البسيطة تزيل ضوضاء الهسهسة من ناتج دائرة مستقبل (FM) التماثلية عندما لا يتردد صداها مع أي تردد لمحطة إرسال (FM) أي تقوم هذه الدائرة بكتم الصوت الناتج من مستقبل (FM) التماثلي عندما تجتاح دارة الموالف الخاصة بها بين محطات (FM).

ما هي خوارزمية الحد من ضوضاء مستقبل FM؟

الهدف من خوارزميات الحد من الضوضاء (NR) في أجهزة السمع الرقمية هو تقليل ضوضاء الخلفية مع الحفاظ على أكبر قدر ممكن من الإشارة الأصلية، وقد تزيد هذه الخوارزميات من نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) في حالة مثالية، لكنّها تفشل في تحسين وضوح الكلام ومع ذلك نظراً للطبيعة المعقدة للكلام فأصبح من الصعب فصل التأثيرات العديدة منخفضة وعالية المستوى للـ(NR) التي قد تكمن وراء الافتقار إلى فوائد إدراك الكلام.

كان الهدف من هذه الدراسة هو فهم سبب عدم تحسين خوارزميات (NR) لوضوح الكلام بشكل أفضل من خلال التحقيق في تأثيرات (NR) على القدرة على التمييز بين ميزتين صوتيتين أساسيتين وهما تضمين السعة (AM) وإشارات تضمين التردد (FM)، والمعروف أنّها حاسمة لتحديد الكلام في الهدوء والضوضاء حيث تم قياس التمييز بين أنماط (AM وFM) المعقدة وغير اللغوية لمستمعي السمع العاديين الذين يستخدمون نفس القناة، كما تم إنشاء المحفزات عن طريق تعديل نغمات نقية 1 كيلو هرتز إما عن طريق مُعدِّل (AM أو FM) ثنائي المكون مع تغيير الأنماط عن طريق معالجة مراحل المكون.

تركزت معدلات التحوير على (3 هرتز) حيث تم قياس التمييز بين أنماط (AM وFM) بهدوء وفي ظل وجود ضوضاء بيضاء تم تمريرها عبر مرشح جاماتون متمركز على (1 كيلو هرتز)، كما تم تقديم الضوضاء عند (SNRs) التي تتراوح من (-6 إلى +12 ديسيبل) حيث تم ترك المحفزات على هذا النحو أو معالجتها عبر خوارزمية (NR) بناءً على طريقة الطرح الطيفي، وتم العثور على (NR) لإحداث تحسينات صغيرة ولكن منهجية في التمييز لظروف (AM في SNR) مواتية ولكن كان لها تأثير ضئيل على تمييز (FM).

تم تطوير نموذج حسابي للمعالجة السمعية المبكرة لتحديد دقة الإرسال (AM وFM)، كما استحوذ النموذج على التحسن في أداء التمييز لمنبهات (AM) عند نسبة (SNR) عالية مع (NR)، ومع ذلك تنبأ النموذج بتأثير ضار صغير نسبياً لـ(NR لمحفزات FM) على عكس متوسط ​​البيانات النفسية الفيزيائية، كما تشير هذه النتائج إلى أنّ عدم وجود فوائد (NR) على وضوح الكلام ناتج جزئياً عن التأثير المحدود لـ(NR) على إرسال إشارات تعديل الكلام ضيقة النطاق.

إنّ خوارزميات تقليل الضوضاء (NR) المستخدمة في أجهزة السمع الرقمية الحديثة لا تحقق هدفها من معالجة الكلام في وجود ضوضاء في الخلفية بواسطة هذه الخوارزميات حيث قام ((Hu and Loizou (2007) بالتحقيق في فعالية ثمانية خوارزميات (NR) باستخدام مجموعة كبيرة من 40 مستمعاً طبيعياً (NH) حيث تم قياس درجات وضوح الجملة لكل من خوارزميات (NR) الثمانية باستخدام أربعة أنواع من أدوات حجب الضوضاء المقدمة بنسبين للإشارة إلى الضوضاء (SNRs).

أظهرت النتائج التي تم الوصول إليّها أنّه في جميع الحالات الـ 64 باستثناء حالة واحدة أي خوارزمية واحدة بنوع واحد من الضوضاء عند إشارة ضوئية واحدة لم تحسن خوارزميات (NR) التعرف على الجملة، أمّا عام 2009م ظهر أنّ خوارزميات (NR) القائمة على الطرح الطيفي ممثلة للتكنولوجيا الحالية حتى أنّها قللت بشكل طفيف من التعرف على الكلمات بجمل ذات سياق عال.

تعتمد خوارزميات الطرح الطيفية على افتراض الضوضاء المضافة حيث يتم تقدير الطيف الأصلي لإشارة الكلام بطرح تقدير طيف الضوضاء من طيف الكلام الصاخب، وإنّ خوارزميات (NR) الطيفية قد تُحسن إرسال إشارات تعديل سعة الكلام الأصلية الضيقة (AM) في الضوضاء عن طريق زيادة قوتها، كما قد تحد عدة عوامل من قدرة المستمعين على الاستفادة من إشارات التشكيل هذه بعد معالجة (NR) للإشارة.

إنّ (NR) لا تقلل من التأثير الضار لتقلبات (AM) العشوائية للضوضاء أو لتفاعلات الطور العرضي بين الكلام والضوضاء أي تلف إشارات تعديل تردد الكلام (FM)، كما يمكن أن تقدم خوارزميات الطرح تقديراً سيئاً لضوضاء الخلفية لسببين:

• استخدام نظام ميكروفون واحد حيث يجب فصل تقدير الضوضاء عن مزيج إشارة بالإضافة إلى الضوضاء.
  
• استخدام التمثيل الطيفي للضوضاء الذي يكون خشناً جداً بحيث لا يمكن التقاط الميزات ذات الصلة.
  

إذا تم تقدير الضوضاء بشكل سيئ، فيمكن إنتاج قيم سالبة في غلاف الإشارة عند طرح مستوى ضوضاء ثابت من غلاف الإشارة أي عندما يكون غلاف الإشارة أقل من مستوى الضوضاء طويل الأجل، كما تعين المعالجة اللاحقة للمغلف هذه القيم السالبة على صفر وينتج عن هذا بدوره تشوهات في مجالات الصوت والتشكيل وكلاهما يحمل معلومات مهمة للتعرف على الكلام في الهدوء والضوضاء.