التحكم النشط في الضوضاء
التحكم النشط في الضوضاء ( ANC )، والمعروف أيضًا باسم إلغاء الضوضاء ( NC )، أو تقليل الضوضاء النشط ( ANR )، هو طريقة لتقليل الصوت غير المرغوب فيه عن طريق إضافة صوت ثانٍ مصمم خصيصًا لإلغاء الصوت الأول. تم تطوير المفهوم لأول مرة في أواخر الثلاثينيات؛ وأسفرت أعمال التطوير اللاحقة التي بدأت في الخمسينيات من القرن الماضي في النهاية عن سماعات رأس تجارية للخطوط الجوية مع توفر التكنولوجيا في أواخر الثمانينيات. تُستخدم التكنولوجيا أيضًا في المركبات على الطرق والهواتف المحمولة وسماعات الأذن وسماعات الرأس.
توضيح
الصوت عبارة عن موجة ضغط تتكون من فترات متناوبة من الضغط والتخلخل . يصدر مكبر الصوت الذي يعمل بإلغاء الضوضاء موجة صوتية بنفس السعة ولكن بطور معكوس (يُعرف أيضًا باسم الطور المضاد ) بالنسبة للصوت الأصلي. تتحد الموجات لتكوين موجة جديدة، في عملية تسمى التداخل ، وتلغي بعضها البعض بشكل فعال - وهو التأثير الذي يسمى التداخل المدمر .
يتم تحقيق التحكم الحديث في الضوضاء النشطة بشكل عام من خلال استخدام الدوائر التناظرية أو معالجة الإشارات الرقمية . تم تصميم الخوارزميات التكيفية لتحليل شكل موجة الضوضاء الخلفية السمعية أو غير السمعية ، ثم بناءً على الخوارزمية المحددة، يتم توليد إشارة تعمل إما على تحويل الطور أو عكس قطبية الإشارة الأصلية. ثم يتم تضخيم هذه الإشارة المقلوبة (في طور مضاد) ويخلق محول موجة صوتية تتناسب بشكل مباشر مع سعة شكل الموجة الأصلية، مما يخلق تداخلًا مدمرًا. يقلل هذا بشكل فعال من حجم الضوضاء التي يمكن إدراكها.
يمكن وضع مكبر صوت لإلغاء الضوضاء في نفس موقع مصدر الصوت المراد تخفيفه . في هذه الحالة، يجب أن يكون له نفس مستوى طاقة الصوت كمصدر الصوت غير المرغوب فيه من أجل إلغاء الضوضاء. بدلاً من ذلك، يمكن وضع المحول الذي يصدر إشارة الإلغاء في المكان الذي يُراد فيه تخفيف الصوت (على سبيل المثال أذن المستخدم). يتطلب هذا مستوى طاقة أقل بكثير للإلغاء ولكنه فعال فقط لمستخدم واحد. يكون إلغاء الضوضاء في مواقع أخرى أكثر صعوبة حيث يمكن أن تتطابق الجبهات الموجية ثلاثية الأبعاد للصوت غير المرغوب فيه وإشارة الإلغاء وتخلق مناطق متناوبة من التداخل البناء والمدمر، مما يقلل الضوضاء في بعض البقع بينما يضاعف الضوضاء في أماكن أخرى. في المساحات المغلقة الصغيرة (على سبيل المثال مقصورة الركاب في السيارة) يمكن تحقيق تقليل الضوضاء الشامل من خلال مكبرات صوت متعددة وميكروفونات ردود الفعل ، وقياس الاستجابات النمطية للعلبة.
التطبيقات
يمكن أن تكون التطبيقات أحادية الأبعاد أو ثلاثية الأبعاد، اعتمادًا على نوع المنطقة المراد حمايتها. من الأسهل إلغاء الأصوات الدورية، حتى المعقدة منها، مقارنة بالأصوات العشوائية بسبب التكرار في شكل الموجة.
إن حماية منطقة ذات بعد واحد أسهل ولا تتطلب سوى ميكروفون أو اثنين ومكبرات صوت لتكون فعالة. وقد نجحت العديد من التطبيقات التجارية: سماعات الرأس التي تعمل على إلغاء الضوضاء ، ومثبطات الصوت النشطة ، وأجهزة منع الشخير ، واستخراج الصوت أو القناة المركزية لآلات الكاريوكي ، والتحكم في الضوضاء في مجاري تكييف الهواء. يشير مصطلح البعد الواحد إلى علاقة مكبسية بسيطة بين الضوضاء والمكبر النشط (الحد من الضوضاء الميكانيكية) أو بين مكبر الصوت النشط والمستمع (سماعات الرأس).
تتطلب حماية المنطقة ثلاثية الأبعاد العديد من الميكروفونات ومكبرات الصوت، مما يجعلها أكثر تكلفة. يمكن تحقيق تقليل الضوضاء بسهولة أكبر مع بقاء مستمع واحد ثابتًا، ولكن إذا كان هناك العديد من المستمعين أو إذا أدار المستمع الوحيد رأسه أو تحرك في جميع أنحاء المساحة، فإن تحدي تقليل الضوضاء يصبح أكثر صعوبة. يصعب تقليل الموجات عالية التردد في ثلاثة أبعاد بسبب طول الموجة الصوتية القصير نسبيًا في الهواء. يبلغ طول الموجة في الهواء للضوضاء الجيبية عند حوالي 800 هرتز ضعف المسافة بين أذن الشخص العادي اليسرى والأذن اليمنى؛ [1] سيتم تقليل مثل هذه الضوضاء القادمة مباشرة من الأمام بسهولة بواسطة نظام نشط ولكن القادمة من الجانب ستميل إلى الإلغاء عند إحدى الأذنين بينما يتم تعزيزها عند الأخرى، مما يجعل الضوضاء أعلى وليس أكثر نعومة. [أ] تميل الأصوات عالية التردد فوق 1000 هرتز إلى الإلغاء والتعزيز بشكل غير متوقع من العديد من الاتجاهات. باختصار، يتضمن تقليل الضوضاء الأكثر فعالية في الفضاء ثلاثي الأبعاد أصواتًا منخفضة التردد. تتضمن التطبيقات التجارية لتقليل الضوضاء ثلاثية الأبعاد حماية كبائن الطائرات والداخلية للسيارات، ولكن في هذه المواقف، تقتصر الحماية بشكل أساسي على إلغاء الضوضاء المتكررة (أو الدورية) مثل الضوضاء الناتجة عن المحرك أو المروحة أو الدوار. وذلك لأن الطبيعة الدورية للمحرك تجعل التحليل وإلغاء الضوضاء أسهل في التطبيق.
تستخدم الهواتف المحمولة الحديثة تصميمًا متعدد الميكروفونات لإلغاء الضوضاء المحيطة من إشارة الكلام. يتم التقاط الصوت من الميكروفون (الميكروفونات) الأبعد عن الفم (إشارة الضوضاء) ومن الميكروفون الأقرب إلى الفم (الإشارة المطلوبة). تتم معالجة الإشارات لإلغاء الضوضاء من الإشارة المطلوبة، مما ينتج عنه جودة صوت محسنة.
في بعض الحالات، يمكن التحكم في الضوضاء باستخدام التحكم النشط في الاهتزاز . هذا النهج مناسب عندما ينتج اهتزاز الهيكل ضوضاء غير مرغوب فيها عن طريق ربط الاهتزاز بالهواء أو الماء المحيط.
نشط مقابل التحكم السلبي في الضوضاء
التحكم في الضوضاء هو وسيلة نشطة أو سلبية لتقليل انبعاثات الصوت، غالبًا من أجل الراحة الشخصية أو الاعتبارات البيئية أو الامتثال القانوني. التحكم النشط في الضوضاء هو تقليل الصوت باستخدام مصدر طاقة. التحكم السلبي في الضوضاء هو تقليل الصوت باستخدام مواد عازلة للضوضاء مثل العزل أو البلاط الممتص للصوت أو كاتم الصوت بدلاً من مصدر الطاقة.
إن إلغاء الضوضاء النشط هو الأنسب للترددات المنخفضة. أما بالنسبة للترددات الأعلى، فإن متطلبات التباعد لتقنيات المساحة الحرة ومنطقة الصمت تصبح باهظة. وفي الأنظمة القائمة على تجويف الصوت والقنوات، ينمو عدد العقد بسرعة مع زيادة التردد، مما يجعل تقنيات التحكم في الضوضاء النشطة غير قابلة للإدارة بسرعة. تصبح المعالجات السلبية أكثر فعالية عند الترددات الأعلى وغالبًا ما توفر حلاً مناسبًا دون الحاجة إلى التحكم النشط. [2]
تاريخ
.jpg/1280px-Electronen-politie_bestrijdt_lawaai_in_Wenen,_Bestanddeelnr_926-2980_(cropped).jpg)
تم منح أول براءة اختراع لنظام التحكم في الضوضاء - براءة الاختراع الأمريكية 2،043،416 - للمخترع بول لوج في عام 1936. وصفت براءة الاختراع كيفية إلغاء النغمات الجيبية في القنوات عن طريق تقدم الموجة بالطور وإلغاء الأصوات التعسفية في المنطقة المحيطة بمكبر الصوت عن طريق عكس القطبية. [3] في الخمسينيات من القرن الماضي، حصل لورانس جيه فوجل على براءة اختراع لأنظمة لإلغاء الضوضاء في قمرة القيادة للمروحيات والطائرات. في عام 1957، طور ويلارد ميكر نموذجًا عمليًا للتحكم النشط في الضوضاء المطبق على سدادات الأذن المحيطة. كان لهذه السماعة نطاق ترددي للتوهين النشط يبلغ حوالي 50-500 هرتز، مع أقصى توهين يبلغ حوالي 20 ديسيبل. [3] بحلول أواخر الثمانينيات، أصبحت أول سماعات رأس تجارية لتقليل الضوضاء النشطة متاحة. يمكن تشغيلها بواسطة بطاريات NiCad أو مباشرة من نظام طاقة الطائرة.
انظر أيضا
ملحوظات
- ^ يبلغ متوسط طول الرأس من الأذن إلى الأذن حوالي 21.5 سم (8.5 بوصة). وبافتراض أن سرعة الصوت 343 مترًا في الثانية (1125 قدمًا في الثانية)، فإن الطول الموجي الكامل لنغمة ترددها 1600 هرتز يصل من الأذن إلى الأذن. أما النغمة التي يبلغ نصف هذا التردد، أي 800 هرتز، فإن طولها الموجي يبلغ ضعف هذا الطول. وستظهر نغمة واحدة من هذا القبيل قادمة من الجانب عند الأذنين خارج الطور بمقدار 180 درجة - أذن واحدة مقارنة بالأخرى. ولن تتمكن نغمة التحكم في الضوضاء النشطة القادمة من زاوية مختلفة من إضعاف النغمة الأصلية في كلتا الأذنين في وقت واحد.
مراجع
- ^ مويلان، ويليام (2006). فهم المزيج وصناعته: فن التسجيل. دار فوكال للنشر. ص 26. رقم ISBN 0-240-80755-3.
- ^ "التحكم النشط في الضوضاء" (PDF) . medialab . ديسمبر 2005. مؤرشف من الأصل (PDF) في 26 أبريل 2012.
- ^ ab Urquhart, Ryan L. (24 April 2002). "تقييم ميكروفون محسّن لتقليل الضوضاء النشطة باستخدام اختبار وضوح الكلام والأداء، بدون تاريخ" (PDF) . hdl :10919/27111. مؤرشف من الأصل في 2015-10-26 . تم الاسترجاع في 2020-09-23 .
روابط خارجية
- علماء الفيزياء في جامعة بريغهام يونغ يهدئون المراوح في أجهزة الكمبيوتر والمعدات المكتبية
- مكافحة الضوضاء، تهدئة البيئة باستخدام تقنية إلغاء الضوضاء النشطة، إمكانات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات ، أبريل 1992
- الأسئلة الشائعة حول المؤتمر الوطني الأفريقي لكريستوفر إي. روكمان (تم إنشاء هذه الصفحة في عام 1994 وتم الحفاظ عليها حتى عام 2010 تقريبًا، ولكنها لم تعد نشطة.)
- موجات الصمت: ديجيسونيكس، والتحكم النشط في الضوضاء، والثورة الرقمية Archived 2016-03-04 at the Wayback Machine
