نویز کنسلینگ چگونه کار می‌کند؟ | معرفی و بررسی فناوری حذف نویز

در دنیای امروز که پر از سر و صداهای مزاحم است، فناوری نویز کنسلینگ می‌تواند آرامش را به زندگی شما بازگرداند. این فناوری پیشرفته با خنثی کردن انواع صداهای ناخواسته، محیطی ساکت و بدون حواس پرتی برای شما فراهم می‌کند. آلودگی‌های صوتی نه تنها می‌توانند آزاردهنده باشند، بلکه بر تمرکز، آرامش روانی و کیفیت خواب شما نیز تأثیر منفی می‌گذارند؛ اینجاست که فناوری نویز کنسلینگ به کمک ما می‌آید. با هامیا ژورنال همراه باشید تا به بررسی این فناوری کاربردی بپردازیم.

داستان اختراع هدفون نویز کنسلینگ

در سال 1978، دکتر آمار بوز (Dr. Amar Bose)، مهندس صدا، استاد دانشگاه MIT و بنیانگذار شرکت بوز (Bose) در حال پرواز از ایالات متحده آمریکا به سوئیس بود که توسط کارکنان هواپیما هدفونی برای گوش دادن به موسیقی در حین پرواز به او پیشنهاد شد. اما با زوزه‌های ثابت موتورهای هواپیما، او نتوانست از موسیقی لذت ببرد. در واقع به سختی می‌توانست به چیزی گوش کند. او روی یک دستمال کاغذی شروع به نوشتن کرد تا ببیند آیا می‌توان هدفونی طراحی کرد که بتواند این صداها را حذف کند؟ شرکت Bose ادعا می‌کند که محاسبات ریاضی انجام شده در آن پرواز، عصر جدیدی را در علم کاهش و حذف نویز به وجود آورد. دکتر بوز، هیجان زده از محاسبات اولیه خود، به محض بازگشت از سفر اروپایی خود، گروه فناوری کاهش نویز را تشکیل داد تا به طور خاص روی این فناوری کار کند.

اما دکتر بوز اولین نفری نبود که این ایده به ذهنش خطور کرده بود. تقریبا 100 سال قبل، یک فیزیکدان و مهندس بریتانیایی به نام بنجامین تامسون از دو تلفن بل برای آزمایش حذف نویز در سال 1878 استفاده کرد. او یکی از اولین افرادی بود که متوجه شد امکان لغو صدا با صدا وجود دارد. این یک دستاورد فوق العاده در زمانی بود که هنوز پدیده موج به درستی درک نشده بود و امواج الکترومغناطیسی کشف نشده بودند. با این حال تا 70 سال آینده حتی یک تحقیق فنی هم از این اکتشاف انجام نشد!

نویز کنسلینگ یعنی چه؟

نویز کنسلینگ یک فناوری است که به وسیله‌ی تولید موج‌های مخرب به صورت معکوس، توانایی کاهش یا حتی از بین بردن صداهای مزاحم را دارد. این فناوری معمولاً در دستگاه‌هایی مانند هدفون‌ها، ایرپادها و حتی در برخی از اتومبیل‌ها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای درک نویز کنسلینگ ابتدا باید بدانیم صدا چیست و چگونه تولید می‌شود.

صدا و نویز چیست؟

صدا در واقع ارتعاش ذرات در محیطی است که امواج صوتی در آن جریان می‌یابد. محیط‌های مختلفی مانند آب، هوا و جامدات، قابلیت انتقال صدا را دارند. ما در این مقاله منحصرا در مورد انتقال صدا در هوا صحبت می‌کنیم. صدا را می‌توانیم به صورت موجی در حال حرکت در هوا تصور کنیم. این امواج منجر به تغییرات بسیار جزئی و سریع در فشار هوا می‌شوند. گوش و مغز ما این تغییرات فشار را به عنوان صدا تشخیص داده و رمز گشایی می‌کند. هر چه دامنه این امواج بزرگتر باشند، صدا بلندتر است. صدا می‌تواند خوشایند یا ناخوشایند باشد؛ اما نویزها معمولا به عنوان صداهای ناخواسته، ناخوشایند یا بسیار بلند تعریف می‌شوند.

• قطعات و اجزای کامپیوتر چقدر عمر می کنند؟ چگونه طول عمر آنها را افزایش دهیم

نویز کنسلینگ چگونه کار می‌کند؟

فناوری نویز کنسلینگ، سر و صدای محیط را با استفاده از یک ترفند به نام وارونگی فاز (Phase Inversion) خنثی می‌کند. این فناوری، به ظاهر ساده است ولی پیاده سازی آن پیچیدگی‌های خاص خود را دارد. اگر شما دو موج یکسان را در نظر بگیرید و آن‌ها را با یکدیگر ترکیب کنید، مطابق با قله‌ها و فرورفتگی‌ها، گفته می‌شود که این دو موج در یک فاز هستند و هنگامی که ترکیب شوند، موج بزرگتر (صدای بلندتر) تولید می‌شود. اما چه اتفاقی می‌افتد اگر یکی از امواج را دقیقا با نصف طول موج (180 درجه) به تاخیر بیندازیم؟

در این حالت گفته می شود که این دو موج خارج از فاز هستند و از شدت یکدیگر کم می‌کنند؛ زیرا قله‌های یک موج در مقابل فرورفتگی‌های دیگری قرار می‌گیرد و بالعکس. به بیان ساده دو موج دقیقا مخالف یکدیگر هستند. این تعریف، فیزیک اساسی پشت نویز کنسلینگ است.

سیستم‌هایی که قابلیت کاهش نویز را دارند، از میکروفون‌های داخلی برای تجزیه و تحلیل امواج صوتی محیط استفاده کرده و امواج صوتی مخالف را برای کاهش صدای اطراف تولید می‌کنند. نویز کنسلینگ زمانی بهتر کار می‌کند که صدای محیط اطراف ثابت و در دامنه صوتی پایین تا متوسط باشد. حذف صداهایی مانند زوزه‌های آرام موتورهای جت در هواپیما در مقایسه با صداهای ناگهانی و تصادفی مانند صحبت کردن مردم آسان‌تر است. در حالی که قوانین فیزیک در همه دنیا ثابت است، برخی از شرکت‌ها در پیاده‌سازی این فناوری بهتر از دیگران عمل می‌کنند.

انواع نویز کنسلینگ

فناوری حذف نویز به دو دسته کلی حذف نویز فعال (Active Noise Cancelling) و حذف نویز غیرفعال (Passive Noise Cancelling) تقسیم می‌شود:

• نویز کنسلینگ غیرفعال (PNC): در این نوع با استفاده از طراحی خاص هدفون یا هدست، از ورود صدای محیط به گوش جلوگیری می‌شود.
• نویز کنسلینگ فعال (ANC): این نوع نویز کنسلینگ از میکروفون‌ها و الگوریتم‌های پردازش دیجیتال برای کاهش نویزهای محیط استفاده می‌کنند.

انواع نویز کنسلینگ فعال

به طور کلی سه روش برای پیاده سازی این فناوری وجود دارد: Feedforward، Feedback و Hybrid.

Feedforward

Feedback

Hybrid

• سخت افزار کامپیوتر چیست؟

کاربردهای نویز کنسلینگ

با اینکه فناوری نویز کنسلینگ حدود 150 سال قبل اختراع شده است؛ اما تا سال‌های اخیر به طور عمومی استفاده نمی‌شد. این فناوری بیشتر در هدفون‌های خلبانی مورد استفاده قرار می‌گرفت. چند مورد از کاربردهای این قابلیت کارآمد عبارتند از:

هدفون‌های نویز کنسلینگ

یکی از کاربردهای گسترده این قابلیت در هندزفری‌های نویز کنسلینگ است. هدفون‌ها با استفاده از این فناوری، گوش دادن به موسیقی را در محیط‌های پر سر و صدا ممکن می‌سازد و همچنین باعث می‌شود مکالمه‌های شفاف‌تر و با کیفیت‌تری داشته باشید.

اتومبیل‌ها

در برخی موارد صداهایی که اتومبیل‌های ما تولید می‌کنند، مانند غرش موتورهای V8 یا صدای چرخش توربو، مورد استقبال قرار می‌گیرد. با این حال همه صداهای مربوط به خودروها خوشایند نیستند و شرکت‌های خودروسازی برای مقابله با آن‌ها از فناوری نویز کنسلینگ استفاده می‌کنند. این فناوری به عنوان حذف نویز فعال (ANC) شناخته شده و صداهایی از قبیل صدای باد، لاستیک و جاده را حذف می‌کنند. این فناوری از اسپیکرهای خودرو برای پخش فرکانس خنثی کننده استفاده می‌کند.

اما این فناوری چه تفاوتی با عایق‌های صدا دارد؟ همانطور که از نامشان پیداست، عایق صدا یک ماده فیزیکی است که برای جلوگیری از ورود صدا به داخل کابین اضافه می‌شود. این ماده معمولا بین پنل‌های داخلی و خارجی خودرو نصب می‌شود و تمام صداهای موجود را حذف می‌کند. در مقابل، نویز کنسلینگ فعال، صداهای ناخواسته را بوسیله فرکانس‌های مخالف حذف می‌کند.

• ۱۱ کاری که هرگز نباید هنگام شارژ گوشی هوشمند انجام دهید

نکات قابل توجه در استفاده از نویز کنسلینگ در هدفون‌ها

رسیدن به تجربه مطلوب در استفاده از این فناوری مستلزم رعایت چند نکته است:

• اگر سر و صدای کمی در محیط وجود داشته باشد، توصیه می‌شود قابلیت حذف نویز را خاموش کنید. زیرا این فناوری برای عملکرد مطلوب، نیاز به ورودی محیط دارد.
• اگرچه حذف نویز فعال در طول تماس، نویزهای اطراف کاربر هدفون را پاکسازی می‌کند؛ اما همچنان گیرنده تماس صداهای پس زمینه را خواهد شنید.
• بسته به نحوه استفاده از هدست، اثر حذف نویز ممکن است متفاوت باشد یا صدای بوق (زوزه) شنیده شود. در این موارد، بهتر است هدست را بردارید و دوباره آن را بپوشید.
• عملکرد حذف نویز در درجه اول برای نویزهایی در باند فرکانس پایین (قطار، هواپیما، صدای موتور) کار می‌کند. اگرچه نویز برای صداهای دیگر کاهش می‌یابد، اما به طور کلی لغو نمی‌شود.
• استفاده از هدفون حذف نویز هنگام رانندگی توصیه نمی‌شود، زیرا توجه به هشدارهای ترافیکی برای ایمنی شما ضروری است.
• تلفن های همراه ممکن است باعث تداخل در عملکرد حذف نویز شوند. در این حالت بهتر است تلفن همراه را دورتر از هدست قرار دهید.
• پوشاندن میکروفون‌های حذف نویز باعث می‌شوند عملکرد حذف نویز فعال (ANC) با اختلال مواجه شود. در این مواقع دست خود را از روی میکروفون هدست بردارید.

جمع بندی

نویز کنسلینگ یک فناوری پیشرفته است که به سرعت در حال توسعه است. با پیشرفت‌های بیشتر، انتظار می‌رود که این فناوری در آینده کاربردهای بیشتری پیدا کند و به بخشی جدایی‌ناپذیر از زندگی ما تبدیل شود. در پایان، این نکته را به یاد داشته باشید که نویز کنسلینگ یک فناوری ایده‌آل نیست و نمی‌تواند تمام صداهای محیط اطراف را به طور کامل حذف کند. با این حال، این فناوری می‌تواند به طور قابل توجهی کیفیت زندگی را در محیط‌های پر سر و صدا بهبود بخشد.