کنترل فعال نویز

نمایش گرافیکی از کاهش فعال نویز

کنترل فعال نویز (ANC)، که به عنوان لغو نویز یا کاهش فعال نویز (ANR) نیر شناخته می‌شود، روشی برای کاهش صدای ناخواسته با اضافه کردن صدای دوم است که به‌طور خاص برای حنثی نموندن صدای اول ساخته شده‌است.

توضیح[ویرایش]

صدا یک موج فشاری است، که شامل دوره‌های متناوب فشرده سازی و رقیق سازی می‌شود. اسپیکرهای لغو نویز، سر و صدا را با همان دامنه اما با فاز معکوس (همچنین به عنوان فاز مقابل شناخته می‌شود) از صدای اصلی ساطع می‌کنند و امواج برای ایجاد یک موج جدید، در فرایندی به نام تداخل ترکیب می‌شوند و به‌طور مؤثر در فرایندی به نام تداخل تخریبی یکدیگر را از بین می‌برند.

امروزه کنترل فعال نویز معمولاً از طریق استفاده از مدارهای آنالوگ یا پردازش سیگنال دیجیتال حاصل می‌شود. در این روش که با استفاده از الگوریتم‌های انطباقی برای تجزیه و تحلیل شکل موج‌های پس‌زمینهٔ شنیداری یا غیر شنیداری طراحی شده‌است، الگوریتمی خاص به دست می‌آید که سیگنالی ایجاد می‌کند و این سیگنال با تغییر فاز یا معکوس کردن قطبیت، سیگنال اصلی را معکوس می‌کند. سپس این سیگنال معکوس (در آنتی فاز) تقویت شده و یک مبدل موج صوتی را به‌طور مستقیم متناسب با دامنه شکل موج اصلی ایجاد می‌کند و باعث ایجاد پدیدهٔ تداخل تخریبی می‌شود. این کار به‌طور مؤثر حجم نویز قابل‌درک را کاهش می‌دهد.

یک اسپیکر لغو نویز بهتر است هم‌مکان صدای ناخواسته شود تا بهتر آن را تضعیف کند. در این حالت باید دارای میزان قدرت صوتی برابر با منبع صدای ناخواسته باشد. متناوباً، مبدل ساطع کننده سیگنال لغو کننده بهتر است در محلی که کاربر می‌خواهد کاهش صدای ناخواسته در آنجا انجام شود (مثلاً در گوش فرد) قرار گیرد. در استفاده‌های شخصی کاهش صدای مزاحم به سطح قدرت بسیار پایینتری نیاز دارد اما فقط برای یک کاربر واحد مؤثر است. لغو نویز در سایر مناطق مشکلتر است زیرا امکان دارد موج‌های سه بعدی صدای ناخواسته و سیگنال لغو با یکدیگر مطابقت داشته و ناحیه‌های متفاوتی از تداخلات سازنده و تخریبی ایجاد کنند و باعث کاهش صدای مزاحم در بعضی از نقاط و در عین حال دو برابر شدن آن در برخی دیگر شوند. در فضاهای کوچک محصور (مانند محفظه مسافر یک ماشین) کاهش سر و صدای کلی محل از طریق بازخوردهای چند بلندگو و میکروفن و اندازه‌گیری پاسخ‌های معین محفظه به این بازخوردها حاصل می‌شود.

كاربردها[ویرایش]

بسته به نوع منطقه حفاظت شده، کاربرد‌ها می توانند "1 بعدی" یا سه بعدی باشند. صداهای تناوبی، حتی پیچیده، به دلیل تکرار درشکل موج، راحت تر از صداهای تصادفی لغو می شوند. حفاظت از "منطقه 1 بعدی" آسان تر است و برای موثر بودن فقط به یک یا دو میکروفون و بلندگو نیاز دارد. چندین کاربرد‌ تجاری موفقیت آمیز بوده اند: هدفون های حذف نویز، صدا خفه کن های فعال، دستگاه های ضد خروپف، استخراج صدا یا کانال مرکزی برای دستگاه های کارائوکه، و کنترل نویز در کانال های تهویه مطبوع. عبارت "1 بعدی" به یک رابطه پیستونی ساده بین نویز و بلندگوی فعال (کاهش نویز مکانیکی) یا بین بلندگوی فعال و شنونده (هدفون) اشاره دارد. حفاظت از یک منطقه سه بعدی به میکروفون ها و بلندگوهای زیادی نیاز دارد که باعث گران‌تر و ارزشمندتر شدن آن می شود. کاهش نویز با ثابت ماندن یک شنونده راحت‌تر به دست می‌آید، اما اگر شنونده‌های متعددی وجود داشته باشند یا اگر یک شنونده سر خود را بچرخاند یا در تمام فضا حرکت کند، چالش کاهش نویز بسیار دشوارتر می‌شود. کاهش امواج فرکانس بالا در سه بعد به دلیل طول موج صوتی نسبتاً کوتاه آنها در هوا دشوار است. طول موج هوای صدای سینوسی که تقریباً 800 هرتز می‌باشد، دو برابر فاصله گوش چپ یک فرد معمولی تا گوش راست است;^[۱] چنین صدایی که مستقیماً از جلو می آید به راحتی توسط یک سیستم فعال کاهش می یابد، امااگر از کنار بيايد، تمایل دارد در یک گوش قطع شود در حالی که در گوش دیگر تقویت می شود، و صدا را بلندتر می کند، نه ملایم تر.^[۲] صداهای با فرکانس بالا، بيشتر از 1000 هرتز، تمایل دارند به طور غیرقابل پیش بینی از جهات مختلف لغو و تقویت شوند. در مجموع، موثرترین کاهش نویز در فضای سه بعدی شامل صداهای فرکانس پایین است. کاربردهای تجاری کاهش نویز سه بعدی شامل حفاظت از کابین‌هاي هواپیما و فضای داخلی خودرو می شود، اما در این شرایط، حفاظت عمدتاً به حذف نویزهای تکراری (یا دوره ای) مانند نویزهای ناشی از موتور، پروانه یا روتور محدود می شود. این به دلیل آن است که ماهیت چرخه‌ای موتور باعث می‌شود تا تحلیل و فرايند حذف نویز راحت‌تر انجام شود. تلفن‌های همراه پيشرفته از طراحی چند میکروفونی برای حذف صدای محیط از سیگنال گفتار استفاده می‌کنند. صدا از میکروفون(های) دورتر از دهان [سیگنال(های) نویز] و از نزدیکترین میکروفون به دهان [سیگنال مورد نظر] گرفته می شود. سیگنال ها برای حذف نویز سیگنال مورد نظر پردازش می شوند و کیفیت صدای صوتی بهبود یافته را تولید می کنند.^{^{[نیازمند منبع]}} در برخی موارد، نویز را می توان با استفاده از کنترل ارتعاش فعال کنترل نمود. این رویکرد زمانی مناسب است که ارتعاش سازه با جفت کردن ارتعاش در هوا یا آب اطراف، نویز ناخواسته ایجاد کند.

کنترل نویز فعال در مقابل کنترل نویز غیرفعال[ویرایش]

کنترل صدا یک‌ روش فعال یا غیرفعال برای کاهش انتشار صدا است که اغلب برای راحتی شخص، ملاحظات زیست محیطی یا رعایت قانونی مي‌باشد. کنترل نویز فعال به معناي کاهش صدا با استفاده از منبع تغذیه است. کنترل غیرفعال نویز عبارت است از کاهش صدا توسط مواد بازدارنده صدا مانند عایق، کاشی های جاذب صدا یا صدا خفه کن به جای منبع تغذیه. حذف نویز فعال بهترین گزینه برای فرکانس های پایین است. برای فرکانس‌های بالاتر، الزامات فاصله‌گذاری برای تکنیک‌های فضای آزاد و منطقه سکوت بسیار زیاد است. در سیستم‌های مبتنی بر حفره صوتی و کانال، تعداد گره‌ها به سرعت با افزایش فرکانس افزایش می‌یابد که به سرعت تکنیک‌های کنترل نویز فعال را غیرقابل مدیریت می‌کند. روش هاي غیرفعال در فرکانس‌های بالاتر مؤثرتر می‌شوند و اغلب راه‌حل مناسبی را بدون نیاز به کنترل فعال ارائه می‌دهند.^[۳]

تاريخچه[ویرایش]

تست مدیریت نویز الکترونیکی در وین، 1973

اولین حق ثبت اختراع برای سیستم کنترل نویز در سال 1936 به مخترع Paul Lueg اعطا شد. ثبت اختراع ایالات متحده 2,043,416 این حق اختراع توضیح می دهد که چگونه صدا های سینوسی در کانال ها را با پیشبرد فاز موج و لغو صداهای دلخواه در منطقه اطراف بلندگو با معکوس کردن قطبیت لغو کنیم.^[۴] در دهه 1950 لارنس جی فوگل سیستم هایی را برای حذف نویز در کابین خلبان های هلیکوپتر و هواپیما به ثبت رساند. در سال 1957 ویلارد میکر یک مدل کاربردی از کنترل نویز فعال را توسعه داد که بر روی یک گوش بند محیطی اعمال می شود. این هدست دارای پهنای باند تضعیف فعال تقریباً 50-500 هرتز، با حداکثر تضعیف تقریباً 20 دسی بل بود.^[۴] در اواخر دهه 1980 اولین هدست کاهش نویز فعال تجاری موجود شد. آنها می توانند با باتری های NiCad یا مستقیماً از سیستم برق هواپیما تغذیه شوند.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

↑ Moylan, William (2006). Understanding and crafting the mix: the art of recording. Focal Press. p. 26. ISBN 0-240-80755-3.
↑ The average head is about ۲۱٫۵ سانتیمتر (۸٫۵ اینچ) from ear to ear. Assuming the speed of sound is 343 meters per second (1125 feet per second), the full wavelength of a tone of 1600 Hz reaches from ear to ear. A tone of half that frequency, 800 Hz, has a wavelength twice as long. A single such tone coming from the side will appear at the two ears 180 degrees out of phase—one ear compared to the other. An active noise control tone coming from a different angle will not be able to attenuate the original tone in both ears at once.
↑ "Active Noise Control" (PDF). medialab. December 2005. Archived from the original (PDF) on April 26, 2012.
↑ ^۴٫۰ ^۴٫۱ "Evaluation of an Improved Active Noise Reduction Microphone using Speech Intelligibility and Performance-Based Testing, n.d." (PDF). Archived from the original on 2015-10-26. Retrieved 2020-09-23.

مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Active noise control». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۱۶ سپتامبر ۲۰۱۹.

[1] Moylan, William (2006). Understanding and crafting the mix: the art of recording. Focal Press. p. 26. ISBN 0-240-80755-3.

[2] The average head is about ۲۱٫۵ سانتیمتر (۸٫۵ اینچ) from ear to ear. Assuming the speed of sound is 343 meters per second (1125 feet per second), the full wavelength of a tone of 1600 Hz reaches from ear to ear. A tone of half that frequency, 800 Hz, has a wavelength twice as long. A single such tone coming from the side will appear at the two ears 180 degrees out of phase—one ear compared to the other. An active noise control tone coming from a different angle will not be able to attenuate the original tone in both ears at once.

[3] "Active Noise Control" (PDF). medialab. December 2005. Archived from the original (PDF) on April 26, 2012.

[auto-4] ۴٫۰ ^۴٫۱ "Evaluation of an Improved Active Noise Reduction Microphone using Speech Intelligibility and Performance-Based Testing, n.d." (PDF). Archived from the original on 2015-10-26. Retrieved 2020-09-23.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]