تشويه

في معالجة الإشارات ، يُعرَّف التشوه بأنه تغيير في الشكل الأصلي (أو أي خاصية أخرى) للإشارة . وفي مجال الاتصالات والإلكترونيات ، يعني ذلك تغيير شكل الموجة لإشارة تحمل معلومات ، مثل إشارة صوتية تمثل الصوت أو إشارة فيديو تمثل الصور، في جهاز إلكتروني أو قناة اتصال .

عادةً ما يكون التشويش غير مرغوب فيه، لذا يسعى المهندسون جاهدين للتخلص منه أو تقليله إلى أدنى حد. مع ذلك، قد يكون التشويش مرغوبًا في بعض الحالات. على سبيل المثال، في أنظمة تقليل الضوضاء مثل نظام دولبي ، يتم تشويه الإشارة الصوتية عمدًا بطرق تُبرز جوانب الإشارة المعرضة للضوضاء الكهربائية ، ثم تُعاد صياغتها بشكل متناظر بعد مرورها عبر قناة اتصال مشوشة، مما يقلل الضوضاء في الإشارة المستقبلة. يُستخدم التشويش أيضًا كتأثير موسيقي ، خاصةً مع الغيتارات الكهربائية .

لا يُعتبر إضافة الضوضاء أو الإشارات الخارجية الأخرى ( مثل الطنين والتداخل ) تشويهاً، على الرغم من أن تأثيرات تشويه التكميم تُدرج أحياناً ضمن الضوضاء. تشمل مقاييس الجودة التي تعكس كلاً من الضوضاء والتشويه نسبة الإشارة إلى الضوضاء والتشويه (SINAD) ومجموع التشوه التوافقي بالإضافة إلى الضوضاء (THD+N).

في مجال الاتصالات ومعالجة الإشارات ، يمكن وصف نظام خالٍ من الضوضاء بواسطة دالة نقل ، بحيث يكون الناتج${\displaystyle y(t)}$يمكن كتابتها كدالة للمدخلات${\displaystyle x}$مثل

${\displaystyle y(t)=F(x(t))}$

عندما تتكون دالة النقل فقط من ثابت كسب مثالي A وتأخير مثالي T

${\displaystyle y(t)=A\cdot x(tT)}$

يكون الخرج غير مشوه. يحدث التشوه عندما تكون دالة النقل F أكثر تعقيدًا من ذلك. إذا كانت F دالة خطية ، على سبيل المثال مرشح يتغير كسبه و/أو تأخيره مع التردد، فإن الإشارة تعاني من تشوه خطي. لا يُضيف التشوه الخطي مكونات ترددية جديدة إلى الإشارة، ولكنه يُغير توازن المكونات الموجودة.

يوضح هذا الرسم التخطيطي سلوك الإشارة (المكونة من موجة مربعة متبوعة بموجة جيبية ) أثناء مرورها عبر وظائف تشويه مختلفة.

1. يُظهر الرسم البياني الأول (باللون الأسود) المدخلات. كما يُظهر أيضًا المخرجات من دالة نقل غير مشوهة (خط مستقيم).
2. يُشوّه مرشح الترددات العالية (الخط الأخضر) شكل الموجة المربعة عن طريق تقليل مكوناتها منخفضة التردد. وهذا هو سبب "الهبوط" الملحوظ في قمة النبضات. قد يكون هذا "التشويه النبضي" كبيرًا جدًا عندما يتعين على سلسلة من النبضات المرور عبر مُضخّم مُقترن بتيار متردد (مُرشّح بمرشح ترددات عالية). ولأن الموجة الجيبية تحتوي على تردد واحد فقط، فإن شكلها لا يتغير.
3. يقوم مرشح الترددات المنخفضة (الخط الأزرق) بتقريب النبضات عن طريق إزالة مكونات الترددات العالية. جميع الأنظمة تُعتبر مرشحات ترددات منخفضة إلى حد ما. لاحظ أن طور الموجة الجيبية يختلف بين حالتي مرشح الترددات المنخفضة ومرشح الترددات العالية، وذلك بسبب تشوه الطور الناتج عن المرشحات.
4. دالة نقل غير خطية قليلاً (باللون الأرجواني)، تعمل هذه الدالة على ضغط قمم الموجة الجيبية برفق، كما هو معتاد في مضخمات الصوت الأنبوبية . ينتج عن ذلك كميات صغيرة من التوافقيات منخفضة الرتبة.
5. تُنتج دالة النقل ذات القطع الحاد (باللون الأحمر) توافقيات عالية الرتبة. وتكون أجزاء من دالة النقل مسطحة، مما يشير إلى فقدان جميع المعلومات المتعلقة بإشارة الإدخال في هذه المنطقة.

إن دالة نقل المضخم المثالي، ذي الكسب والتأخير المثاليين، ليست سوى تقريب. فالسلوك الحقيقي للنظام عادةً ما يكون مختلفًا. تُعدّ اللاخطية في دالة نقل الأجهزة النشطة (مثل الصمامات المفرغة ، والترانزستورات ، ومضخمات العمليات ) مصدرًا شائعًا للتشويه اللاخطي؛ أما في المكونات السلبية (مثل الكابل المحوري أو الألياف الضوئية )، فقد ينتج التشوه الخطي عن عدم التجانس، والانعكاسات ، وما إلى ذلك في مسار الانتشار .

بما أن خرج النظام معطى بواسطة y(t) = F(x(t))، فإذا أمكن إيجاد الدالة العكسية F ⁻¹ ، واستخدامها عمداً لتشويه إما مدخلات النظام أو مخرجاته، فسيتم تصحيح التشوه.

ومن الأمثلة على التصحيح المماثل هو عندما يتم التأكيد المسبق عن عمد لتسجيلات LP/ الفينيل أو عمليات الإرسال الصوتي FM بواسطة مرشح خطي ، يقوم نظام إعادة الإنتاج بتطبيق مرشح عكسي لجعل النظام الكلي غير مشوه.

لا يمكن إجراء التصحيح إذا لم يكن للدالة العكسية وجود، كما في حالة وجود مناطق مسطحة في دالة النقل (حيث تربط الدالة العكسية نقاط إدخال متعددة بنقطة إخراج واحدة). ينتج عن ذلك فقدان غير قابل للتصحيح للمعلومات. قد يحدث هذا عند زيادة تحميل المُضخِّم، مما يُسبب تشويهاً في معدل التغير أو قص الإشارة، حيث تُحدد خصائص المُضخِّم وحدها، وليس إشارة الإدخال، الإخراج للحظة.

في الإشارات الثنائية مثل FSK ، يُعرف التشوه بأنه انزياح اللحظات المهمة لنبضات الإشارة عن مواقعها الصحيحة بالنسبة لبداية نبضة البدء . ويُعبّر عن مقدار التشوه كنسبة مئوية من طول نبضة الوحدة المثالية. ويُطلق على هذا أحيانًا اسم تشوه الانحياز .

يُعدّ التشوه التلغرافي مشكلة مماثلة وأقدم، حيث يشوه النسبة بين فواصل العلامات والفواصل . ^{[ 2 ]}

فيما يتعلق بالصوت، يشير التشوه إلى أي نوع من أنواع تشوه شكل الموجة الخارجة مقارنةً بموجة الإدخال، وعادةً ما يكون ذلك قصًا أو تشوهًا توافقيًا أو تشوهًا بينيًا ( ظواهر المزج ) ناتجًا عن السلوك غير الخطي للمكونات الإلكترونية وقيود مصدر الطاقة. ^{[ 3 ]} تشمل المصطلحات الخاصة بأنواع محددة من التشوه الصوتي غير الخطي: تشوه التقاطع والتشوه الناتج عن معدل التغير (SID).

تشمل أشكال التشويه الصوتي الأخرى استجابة التردد غير المستوية ، والضغط ، والتضمين ، والتشويه الناتج عن التداخل ، وضوضاء التكميم، والتذبذب والارتعاش الناتج عن الوسائط التناظرية مثل أسطوانات الفينيل والأشرطة المغناطيسية . لا تستطيع الأذن البشرية سماع تشوه الطور ، إلا أنه قد يؤثر على التصوير المجسم .

في معظم المجالات، يُعرَّف التشويش بأنه تغيير غير مرغوب فيه في الإشارة. أما في الموسيقى، فيُستخدم التشويش غالبًا بشكل مقصود كتأثير عند تطبيقه على إشارة الغيتار الكهربائي في أنماط موسيقى الروك مثل الهيفي ميتال والبانك روك .

في الفنون البصرية، يُعرَّف التشويه بأنه أي تغيير يُجريه الفنان على حجم أو شكل أو طابع العمل الفني بهدف التعبير عن فكرة أو إيصال شعور أو تعزيز التأثير البصري. وتشير هذه التشوهات أو "التجريدات" في المقام الأول إلى انحرافات مقصودة عن المنظور الواقعي أو عن النسب الواقعية. ومن الأمثلة على ذلك لوحة " المرأة الباكية " لبيكاسو ولوحة " عبادة الرعاة " لإل غريكو، حيث تتسم شخصياتهما البشرية بنسب غير منتظمة (كما هو الحال غالبًا مع التشوهات الفيزيائية) وغير متناظرة، وهو أمر غير ممكن في المنظور القياسي .

في علم البصريات ، يُعد تشوه الصورة/البصري انحرافًا عن الإسقاط المستقيم ناتجًا عن تغير في التكبير مع زيادة المسافة من المحور البصري للنظام البصري.

في علم الخرائط ، يُعرف التشوه بأنه تحريف لمساحة أو شكل معلم ما. فعلى سبيل المثال، يُشوه إسقاط مركاتور المنطقة من خلال المبالغة في حجم المناطق الواقعة عند خطوط العرض العليا .

 تتضمن هذه المقالة موادًا متاحة للعموم من المعيار الفيدرالي 1037C ، إدارة الخدمات العامة . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 22 يناير 2022. (دعماً لـ MIL-STD-188 ).

• الوسائط المتعلقة بموضوع "التشويه" على ويكيميديا ​​كومنز