يوفر هذا المحول التمثيلي إلى الرقمي عام 1943 اتصالًا لاسلكيًا لا يمكن فك تشفيره.

الصورة: جون دي بول

في أوائل الأربعينيات من القرن الماضي ، كان بإمكان المخابرات الألمانية فك شفرة الاتصالات الإذاعية الأمريكية ، على الرغم من ترددها. بعد بيرل هاربور ، كانت الأولوية الرئيسية هي تطوير جهاز تشويش صوت غير قابل للكسر ، وتم إنشاؤه في عام 1943. لأول مرة ، يقوم جهاز يسمى SIGSALY بتطبيق العديد من التقنيات الحيوية للوسائط الرقمية الحديثة ، بما في ذلك نظام اتصالات إشارة تشبه الضوضاء والاستخدام الأول لتعديل شفرة النبض (PCM) للإرسال الصوتي.

كان SIGSALY مشروعًا سريًا للغاية ، لذلك من الصعب اليوم العثور على معلومات حول تطوره. لقد درست تاريخ التكنولوجيا الرقمية والوسائط الرقمية لمدة عشرين عامًا ، لا سيما SIGSALY ، لقد بحثت عن مجلات IEEE و National Security Agency (NSA) ، وكذلك براءات اختراع Bell Telephone Laboratories. في النهاية ، تمكنت من العثور على الملازم دونالد ميل ، المشغل الفني لـ SIGSALY خلال الحرب العالمية الثانية ، والذي قدم مساعدة لا تقدر بثمن. في عام 2015 ، أدركت أنه بمساعدة التفاصيل القديمة ، يمكنني إعادة إنشاء العنصر الرئيسي في SIGSALY - جهاز القياس.

لا يمكن اختراق SIGSALY لأنه ، على عكس الأنظمة التناظرية السابقة ، سارع الصوت باستخدام مفتاح تشفير رقمي عشوائي لمرة واحدة. قبل استخدام المفتاح الرقمي ، يجب عليك أولاً تحويل الصوت من تمثيلي إلى رقمي. وقد تم ذلك عن طريق الكمي.

التحويل الحديث التناظري إلى الرقمي يجعل من السهل التقاط طيف الصوت بأكمله. باستخدام التقنيات المتاحة في ذلك الوقت ، استخدم مبتكرو SIGSALY 12 معلمة للكلام من أجل الترميز الأمثل. قام الصوتي بتحليل الصوت ووضعه على 10 نطاقات فرعية للتردد ، بالإضافة إلى معلمة الملعب و "الصوت هو / لا" بت واحد (الصوت / الصوت).

كان لدى SIGSALY 72 جهازًا كميًا متطابقًا لرقمنة 12 معلمة من مشفر الشفرة ومفتاح التشفير (تم تخزينها مثل الضوضاء في سجل الفينيل). تم تشفير الصوت والمفتاح الرقميين عن طريق إضافة معامل ستة . عملت خمسة thyratrons VT-109/2051 في كل جهاز قياس. الثايترونات هي نوع من أنابيب الإلكترون ، لكنها تختلف من حيث أنها تستجيب بشكل غير خطي: ​​يتم إيقافها حتى يتجاوز الجهد في الشبكة قيمة معينة ؛ ثم حرائق الزناد وأشكال القوس. "يستقر" الثايترون وينقل الكهرباء إلى أن ينخفض ​​التيار من الأنود إلى الصفر ، ويسقط الثيراترون. تشكل خمسة ثايراترون محولًا متوازيًا ، تُقارن فيه إشارة الدخل بالجهد في عدد من نقاط الصنبور في الدائرة. في SIGSALY ، يتم توفير الجهد التمثيلي من الإدخال إلى مقسم جهد لوغاريتمي بخمسة نقرات ، حيث تتحكم صنابيره في حواجز شبكية ثيراترون. مع زيادة جهد الدخل ، تؤدي محفزات الـ thyratrons الخمسة بالتسلسل (لا ينتج ثنائي ، ولكن "لوغاريتم وحيد" لوغاريتمي). يتم أخذ عينات من هذه النواتج الخمسة كل 20 مللي ثانية لتكوين إشارة إخراج كمية من ستة مستويات (وهي ستة مستويات وليست خمسة مستويات لأن مستوى واحد يساوي الصفر).



فرق تسد: في قلب المحول يكمن سلم مقسم الجهد [في الصورة أعلاه والمخطط أدناه] ، المتصل بالثيراترون. في النسخة المتماثلة ، قمت بإضافة مؤشرات النيون. الصورة: جون دي بول

أثناء إعادة بناء جهاز القياس SIGSALY ، كنت أرغب في صنع جهاز فعال بالفعل ، والذي سيصبح في نفس الوقت معرضًا رائعًا للمتحف. يشتمل التصميم على مصدر طاقة 120/240 فولت ، وميكروفون ميكروفون ، ومولد سن المنشار ، ولوحة القيادة مع عرض تحويل تناظري إلى رقمي ، وخمسة مصابيح نيون تضيء التسلسل اللوغاريتمي. الإدخال الأول هو ميكروفون ديناميكي: يتم توصيله بمكبر للصوت حيث يتم تثبيت الصمام الثلاثي المزدوج 6SL7GT لتضخيم إشارة الصوت حتى 60 ديسيبل. مدخلات بديلة هي إشارة ارتفاع مسنن ببطء.

يستخدم تصميمي نفس سلم لوغاريتمي ذو خمسة فروع ونفس نوع الثاثرون مثل SIGSALY. بدلاً من التحديد الأصلي للقيم كل 20 مللي ثانية ، أقوم باختيار إشارة الدخل عند التقاطعات الخاصة بجهد التيار المتردد الصفري.

لن يتم احتواء المعلومات الكاملة حول تصميم الكمي على صفحات المجلة الورقية ، ولكن يمكنك العثور عليها في التطبيق عبر الإنترنت . من بين الاختلافات الحرجة بين الثايرترونات وذريتهم الحديثة - الثايرستورات و triacs - أنه لمنع التلف قبل استخدام جهد الأنود ، يجب تسخين خيوط الثيراترون. يمنح التتابع الحراري الخيوط 15 ثانية لتسخينها.

تم العثور على بعض التفاصيل الخاصة بالكمي في مختبري ، حيث كنت أجمع إلكترونيات قديمة منذ الخمسينيات. تم بيع الـ VT-109/2051 thyratrons الأصلي وحاملي المصابيح الثمانية في الصين على eBay. بالإضافة إلى ذلك ، استخدم الجهاز مكونات أخرى من الأربعينيات (على سبيل المثال ، مقاومات حجم Allen-Bradley) ، وكذلك بعض الأجزاء الحديثة (على سبيل المثال ، محولات الطاقة المزدوجة) لدعم الإلكترونيات التي لم تكن في جهاز القياس الأصلي. لجعل المكونات مرئية ، صنعت علبة بلاستيكية شفافة 49 × 17 × 8 سم للعنصر الكمي ، وبلغت التكلفة الإجمالية للمكونات 1250 دولارًا.


جهاز تشويش صوت SIGSALY بأكمله عبارة عن آلة عملاقة تدير العديد من المحولات التناظرية إلى الرقمية. الصورة: NSA

استغرق التصميم والبناء أكثر من ثلاث سنوات ، وتصحيح الأخطاء تبين أنه صعب للغاية ، خاصة في 350 فولت! انتهيت من التجميع وبدأت في تصحيح الأخطاء قبل ساعة واحدة فقط من السفر من كاليفورنيا إلى باريس ، حيث وعدت بعرض أداة القياس في عدة مؤتمرات حول التشفير وأمن المعلومات. عندما أضفت مقاومات كهربائية لحل بعض المشكلات المتعلقة بالجهد المتوهج وقمت بإصلاح بعض الأخطاء في الأسلاك ، بدأ جهاز القياس يعمل قليلاً ، لكن يعمل اثنان فقط من أصل خمسة ثايرترونات ، أظهر مضخم صوت الميكروفون تذبذبات كاملة مرة واحدة في الثانية ( "قارب محرك" في الإلكترونيات) ، وكان مصدر الطاقة في الأنود مثقلًا بشكل خطير عندما تم تشغيل كل ثايراترون.

اضطررت إلى التوقف عن التصحيح والمغادرة. لقد حزمت أداة قياس كمية بالعديد من الأدوات وقطع الغيار ، ووافقت شركة Air France بلطف على استخدام هذه الآلة الهشة بموجب بروتوكول خاص. في باريس ، كان من الضروري إكمال تصحيح الأخطاء بدون وجود مختبر وأدوات ، باستثناء مقياس الفولتميتر. حصلت على قطع الغيار والأدوات في أسواق السلع المستعملة في باريس (Marché aux Puces) وأخيراً انتهيت من تصحيح الأخطاء في كشك راديو الهواة الخاص بصديق قديم! نشأت الكثير من المشاكل لأن الثايرترونات اختلفت اختلافًا كبيرًا في مشغلات الجهد (تم حل نفس المشكلات المتعلقة بعدم تطابق الثايرترون بواسطة مهندسين وفنيين من SIGSALY الأصلي في الأربعينيات).


يعرض المؤلف نسخة طبق الأصل من محول SIGSALY المبتكر

الآن وحدة تعمل بشكل موثوق. وفقًا لوكالة الأمن القومي وقيم المتحف الوطني للتشفير ، فإن هذه هي المحاولة الأولى لإعادة إنشاء أي جزء من SIGSALY. ولكن الشيء الأكثر بروزًا هو أن هذا الجهاز مثير للإعجاب بنفس القدر للشباب والأجيال الأكبر سناً. يفهم كل من الجمهور التقني وغير التقني على الفور المبادئ الأساسية والاتصال الوثيق بالعصر الرقمي الحديث.

معلومات اضافية

إذا كنت تريد أن تقرأ عن كيفية صياغة ابتكارات SIGSALY لتقنيات الوسائط المتعددة والاتصالات الحديثة ، فقد كتبت في عام 2006 مقالة [PDF] لمجلة جمعية مهندسي الصوت ، وفي عام 2014 نشرت مقالًا في مجلة جمعية مهندسي الأفلام والتلفزيون. لمزيد من المعلومات حول أسباب إنشاء وتشغيل SIGSALY خلال الحرب العالمية الثانية ، راجع مقالة تاريخية تمهيدية من وكالة الأمن القومي.

إذا كنت تفضل الاستماع بدلاً من القراءة ، في عام 2016 ، تحدثت أنا وزملائي عن المشغلات الصوتية و SIGSALY في البودكاست 99٪ غير المرئي .