ژیتر Jitter

  ژیتر پدیده ناخواسته ای در صدای دیجیتال است که از عدم پایداری در مبنای زمانی نمونه برداری (Sampling Clock) حاصل می شود که نتیجه آن کاهش کیفیت صدا و پرسپکتیو، از دست رفتن جزییات صدا و عمق و اندازه صفحه مجازی (Sound Stage) خواهد بود.  

ژیترها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند :

 

۱- ژیتر نمونه برداری (Sampling Jitter) 2- ژیتر رابط دیجیتالی (Digital Interface Jitter)

  مبدل های آنالوگ به دیجیتال (Analog to Digital Converter) به این شکل کار می کنند که دامنه سیگنال آنالوگ ورودی در زمان های مساوی و دقیق (که توسط فرکانس نمونه برداری مشخص می شود) اندازه گیری شده و مقدار آن ثبت می شود که این مقدار معادل دیجیتال سیگنال در آن لحظه مشخص است.   در هنگام تبدیل مجدد این داده های دیجیتال به سیگنال آنالوگ، (برای مثال هنگام پخش توسط بلندگوها) داده ها باید در زمان صحیح به معادل آنالوگ تبدیل شوند. یک مبنای زمانی (Sampling Clock) دقیق ،زمان نمونه برداری اولیه و یا زمان تبدیل مجدد را مشخص می کند که توسط یک موج مربعی با فرکانس کاملا ثابت حاصل می شود. اگر این فرکانس کاملا ثابت نباشد (که نیست زیرا تولید موج مربعی با فرکانس کاملا ثابت بسیار مشکل است) نمونه برداری یا تبدیل مجدد، در زمان نادرست و با مقدار نادرست انجام خواهد شد. حاصل این عدم ثبات، ژیتر است.    

    در نمودار (۱) نمونه برداری از سیگنال ورودی توسط یک مبنای زمانی ژیتری انجام شده و در هنگام باز تولید توسط یک مبنای زمانی صحیح، سیگنال نادرستی حاصل خواهد شد. برای حصول صدای دیجیتال با کیفیت عالی، مبنای زمانی باید دقت و پایداری فرکانسی بسیار زیادی داشته باشد. هر پریود نمونه برداری با فرکانس  ۴۴/۱KHz  (برای CD) 7/22 میکروثانیه طول می کشد. تغییر زمان این پریود حتی به مقدار ۱۰ پیکو ثانیه  باعث افت کیفیت قابل تشخیص ( تشخیص بسته به کیفیت صدای اولیه و توانای سیستم پخش ) خواهد شد. تغییر در فرکانس نمونه برداری ممکن است اتقاقی (رفتار عادی مدارهای الکترونیک به دلیل تغییرات دما  و غیره) یا منظم (بر اثر تداخل یک سیگنال ناخواسته دیگر) باشد. تغییرات اتفاقی باعث تولید ژیتری می شود که  به صورت نویز ظاهر می گردد و در عمل تراز نویز زمینه را افزایش می دهد.   از آن جایی که با افزایش عمق بیت در یک سیستم دیجیتال از ۱۶ بیت به ۲۴ بیت، نسبت سیگنال به نویز افزایش و کاهش می یابد، ژیتری بودن مبنای زمانی این مزیت تراز نویز زمینه کم را از بین خواهد برد. همچنین با بالا رفتن فرکانس نمونه برداری، حساسیت به ژیتر افزایش خواهد یافت. بنابراین بدون یک مبنای زمانی بسیار پایدار و دقیق، ضبط ۲۴ بیتی ۹۶ کیلوهرتزی کیفیتی بهتر از یک ضبط خوب ۱۶ بیتی ۴۴ کیلوهرتزی نخواهد داشت. (نمودار ۲)    

    عدم پایداری در فرکانس مبنای زمانی می تواند به دلیل تداخل نیز صورت گیرد. در این حالت ژیتر، پریودیک خواهد بود مانند حالتی که تداخل در اثر نویز در سیگنال ورودی AES/EBU یا ناپایداری منبع تغذیه سیستم حاصل می شود. در حقیقت منبع تغذیه مبنای زمانی نیز باید نسبت سیگنال به نویزی معادل مدارصوتی داشته باشد. در غیر این صورت ژیتر حاصل، نسبت سیگنال به نویز مدار صوتی را کاهش خواهد داد. ساخت منابع تغذیه ترانسفورمر – دیودی عادی با این کیفیت بسیار مشکل است ولی منابع تغذیه سویچینگ را می توان با قفل کردن فرکانس سویچینگ به فرکانس نمونه برداری برای این منظور بهینه ساخت. نمودار (۳)    

    ژیتر پریودیک وابسته به سیگنال است و به صورت افزایش دیستورشن دامنه و فاز و Inter Modulation و تولید فرکانس های باند جانبی (Sideband) تظاهر خواهد کرد و باعث پوشانیده شدن و حذف جزییات در صدا خواهد شد. ژیتر وابسته به سیگنال، نویز زمینه در حضور سیگنال را افزایش می دهد. روش اندازه گیری معمول نسبت سیگنال به نویز به این صورت است که ابتدا دامنه حداکثر سیگنال را اندازه گیری کرده و این تراز را در حضور سیگنال نیز ثابت فرض می نمایند در صورتی که ژیتر وابسته به سیگنال”تراز نویز زمینه در حضور سیگنال” را افزایش می دهد ولی بدون حضور سیگنال اصلا ظاهر نخواهد شد.     مبنای زمانی در مبدل های آنالوگ – دیجیتال می تواند داخلی یا خارجی باشد. مبنای داخلی را می توان توسط یک نوسانگر کریستالی تامین کرد که دارای ژیتر کمی بوده و بسیار دقیق می باشد. در بسیاری از موارد سیستم صدای دیجیتالی از چند دستگاه مجزا (میکسر، دیجیتال، ضبط کننده دیجیتال و پردازشگر افکت دیجیتال) تشکیل شده که این دستگاهها باید باهم همزمان (Synchrone) شوند. در این حالت یکی از دستگاه ها به عنوان مبنای زمانی انتخاب شده و دستگاه های دیگر به آن قفل می شوند و باید از مبنای زمانی خارجی استفاده کنند. این مبنای زمانی خارجی ممکن است بسیار ژیتری باشد و باید توسط هر دستگاه قبل از استفاده تصحیح شود. این تصحیح توسط مداری به نام” حلقه قفل شده فاز” PLL (Phase Locked Loop) انجام می شود.   PLL در واقع یک مدار معدل گیر فرکانس ورودی است که تغییرات گذاری فرکانس ورودی را حذف کرده و در خروجی میانگین فرکانس ورودی را به دست می دهد و در نتیجه ژیتر ورودی را فیلتر می کند. در این کاربرد خاص باید از یک PLL بسیار دقیق تر از حالت عادی استفاده شود و حتی در برخی موارد از دو مدار PLL سری استفاده می شود تا PLL دوم، خروجی مدار اول را بیشتر تصحیح کرده و خروجیپایدارتری تولید کند. به هر حال دقت یک PLL هیچگاه به اندازه یک نوسانگر کریستالی( همزمانی داخلی) نخواهد بود. سیگنال همزمانی خارجی توسط رابط های متفاوتی قابل تامین است. مهمترین نوع رابط برای این منظور Wordclock است که توسط یک اتصال BNC و یک کابل ویدیو ۷۵ اهمی تامین می شود و ژیتر کمی دارد. روش دیگر استفاده از رابط AES/EBU و یا S/PDIF است که همزمان هم داده های دیجیتال و هم مبنای زمانی را منتقل می کنند و مستعد تولید ژیتر وابسته به سیگنال هستند. به هر حال AES/EBU به دلیل استفاده از کابل بالانس، بهتر از S/PDIF است. دو نوع جدید رابط های دیجیتالی، اتصالات Firewire و MLNA هستند که هر دو بسیار ژیتری می باشند و بهتر است که به عنوان حامل مبنای زمانی استفاده نشده و فقط داده ها را منتقل کنند. (و مبنای زمانی توسط Wordclock تامین شود.)         باید توجه داشت که داده های روی دیسک سخت ژیتری نیستند و فقط هنگام پخش توسط یک مبنای غیر دقیق، صرفا کیفیت پخش افت خواهد کرد (به دلیل ژیتر در مبنای زمانی مبدل D/A) و در صورت پخش توسط یک سیستم با مبنای زمانی دقیق، کیفیت اصلی باز یافت خواهد شد. همچنین اغلب پردازشگرهای صوتی دیجیتال از قبیل پردازشگرهای افکت، ریورب، کمپرسورها و اکوآلایزرهای دیجیتال نسبت به ژیتر حساسیت نخواهد داشت. این دستگاه ها از نظر سیستم های دیجیتال در واقع State Machine هستند و صرفا با داده های ورودی کار می کنند و مبنای زمانی در عملکرد آن ها بی اثر است. ولی پردازشگرهایی که State Machine نیستند و به ازای ورودی های یکسان هر بار خروجی متفاوتی تولید می کنند (مانند مبدل های فرکانسی نمونه برداری غیر همزمان Asynchronous Sample-Rate Converters) به ژیتر حساس می باشند. در نهایت ملاحظه می شود که حساس ترین بخش هر سیستم صوتی دیجیتال مبدل های آنالوگ – دیجیتال می باشند. خطای حاصل از ژیتر در مبدل آنالوگ – دیجیتال (A/D) دایمی است و قابل تصحیح مجدد نمی باشد، در صورتی که ژیتر در مبدل دیجیتال به آنالوگ (D/A) دایمی نیست و فقط به هر پخش خاص مربوط و با استفاده از یک مبنای زمانی کاملا دقیق می توان یک پخش بسیار کم ژیتر را حاصل کرد. مبدل های آنالوگ – دیجیتال حداقل تاثیر از ژیتر را به هنگام استفاده از مبنای زمانی داخلی خود (عموما نوسانگر کریستالی) خواهد داشت و به خصوص مبدل های آنالوگ به دیجیتال (A/D) بهتر است Internal همزمان شوند. کپی دیجیتال با استفاده از رابط های دیجیتالی (مثل AES/EBU، S/PDIF، Wordclock و Firewire و مانند آن ها) نسبت به ژیتر حساس نیستند زیرا در این حالت داده ها به سیستم دوم منتقل شده و هنگام پخش مجدد، دوباره توسط مبنای زمانی دیگری راه اندازی می شوند و مبنای زمانی ژیتری هنگام کپی اساسا حذف خواهد شد.         نویسنده : آقای ارد انزابی پور