نویز

نويز صوتي از معضلات دنياي امروزي است. گسترش تكنولوژي و صنعت باعث ايجادصداهايي با شدت زياد در اطراف ما شده است. اگر شدت صدا از حدمجاز خود بالاتر برود، ‌به افرادي كه در مواجهه با آن هستند آسيب وارد مي‌شود. البته شدت اين آسيب با توجه به شدت صدا و مدت زمان مواجهه با آنمتغير است. صداي بلند، چه موسيقي باشد و چه صدايي آزاردهنده در صنعت، مي­تواند بر شنوايي ما تأثيرات نامطلوبي داشته باشد.

شدت صدا را بادسي‌ بل مي‌سنجند، به عنوان مثال، شدت صداي ناشي از پرواز يك هواپيماي جت از فاصله 100 متري برابر با 130 دسي ‌بل است. شدت صدادر يك اتاق ساكت و خلوت 20 دسي‌بل است.

بر اساس استانداردهاي کميته فني بهداشت حرفه‌اي کشور مقدار حد مجاز تماس شغلي صدا براي 8 ساعت کار روزانه (يک شيفت کار)، برابر با 85 دسي‌بلاست که به ازاي هر 3 دسي‌بل افزايش صدا، زمان كار فرد در آن محيط بايد بهنصف، كاهش يابد تا از آثار سوء صدا بر سلامتي فرد جلوگيري شود (به ازاي هر 3 دسي‌بل افزايش شدت صوت، ميزان فشاري که به پرده صماخ گوش وارد مي‌شود، دو برابر مي‌شود). مثلاً اگر کارگري در محيط کار خود در معرض تماس با صدايي معادل 88 دسي‌بل باشد، زمان مجاز کار او 4 ساعت است و اگر ميزان صدا به 91 دسي‌بل برسد فقط مجاز به 2 ساعت مواجهه با صدا خواهد بود.

آلودگي صوتي علاوه براينکه به طور مستقيم تاثيرات غيرقابل برگشتي بر روي سيستم شنوايي انسان وارد مي‌کند، مي‌تواند بر روي بسياري از دستگاه ها و سيستم هاي ديگر بدن نظير سيستم قلب و عروق، دستگاه گوارش، اعصاب و روان، ايجاد عوارضي به صورت سردرد، پرخاشگري، اضطراب، تغييرات در خلق و خو، افزايش فشار خون و … ‌شود. سر و صدا و نويز بر سلامتي ما تاثير مي‌گذارد، در ارتباطات ما دخالت دارد و بر لذت بردن ما از زندگي اثر مي­گذارد (شکل ‏1‑1).

اغلب در محيط‌هاي صنعتي، کارگران در معرض سر و صداي شديد دستگاه‌هايي از قبيل، دستگاه‌هاي پرس، برش، فرز و … قرار مي‌گيرند که در دراز مدت آسيب‌هاي جدي بر سلامتي آنها  وارد مي‌سازد و همچنين باعث افت کارايي و کيفيت عملکرد آنها در ساعات کاري مي‌شود. در بعضي از محيط‌هاي کاري استفاده از گوشي حفاظتي مناسب نيست چراکه اولاً اين گوشي­ها فقط در حذف نويزهاي فرکانس بالا موثر بوده و حال آنکه اکثر نويزهاي صنعتي، فرکانس هارمونيک‌هاي اصلي زير 800هرتز دارند. دوماً، اين گوشي‌ها هر دو سيگنال مهم و غيرمهم را حذف مي‌کنند درحاليکه بعضي صداهاي هشداردهنده، صداهاي گفتاري و … براي ما اهميت دارند و نبايد از شنيدن آنها جلوگيري شود.

 

 

 

1-1-            راهکارهاي موجود

عمل حذف نويز و يا کاهش آن از سيگنال گفتاري آلوده به نويز به دو صورت مورد توجه است:

1-    روش‌هاي کنترل فعال نويز(ANC)[1]

[1] Active Noise Control

2-    روش‌هاي بهبودگفتار (SE)[2]

[2] Speech Enhancement

کنترل فعال نويز سعي در ايجاد سکوت در نقاط مشخص مي‌کند. روش‌هاي متداول حذف نويز اکوستيکي همانند استفاده از مواد جذب کننده صدا، عموماً در فرکانس‌هاي پايين قابل استفاده نيستند، چون در اين فرکانس‌ها طول موج‌ صدا بزرگ بوده و به تناسب آن، ابعاد و ضخامت مواد جذب کننده و خفه کننده صدا بايد بزرگ انتخاب شوند. کنترل فعال نويز(ANC) شامل يک سيستم الکتريکي-آوايي يا الکتريکي-مکانيکي است، که نويز ناخواسته (اوليه) را بر مبناي اصل جمع آثار به طور فيزيکي حذف مي‌کند. مطابق با شکل ‏1‑، يک موج ضد نويز (نويز ثانويه) با دامنه برابر و فاز مخالف توليد شده و پس از پخش توسط يک بلندگو، به‌طور اکوستيکي با نويز اوليه ترکيب مي‌شود و منجر به حذف هر دو نويز مي‌شود (تداخل ويرانگر) که درنتيجه انرژي صوت به گرما تبديل خواهد شود. تمام فرآيند بستگي به سرعت انتشار نسبتاً کند موج صدا، در مقايسه با پردازش سريع سيگنال الکتريکي دارد. چون در اين صورت است که قبل از اينکه نويز ناخواسته در ميکروفن به بلندگوي حذف کننده برسد، شکل موج معکوس مي‌تواند ايجاد شود. از آنجاييکه ويژگي‌هاي منبع نويز آوايي و محيط، محتويات فرکانسي، دامنه، فاز و تندي صدا (بر حسب زمان) متغير با زمان است، لذا نويز نامطلوب غير ايستا است. يک سيستم ANC بايد به طور وفقي باشد تا با اين تغييرات سازگار شود. فيلترهاي وفقي، ضرايبشان را تنظيم مي‌کنند تا سيگنال خطا را کمينه کنند و مي‌توانند به عنوان فيلترهاي پاسخ ضربه محدود(FIR) و پاسخ ضربه نامحدود(IIR) استفاده شوند سيستم‌هاي ANC به دو گروه کنترل به روش پيشخور (جلوسو) و پسخور(فيدبک) تقسيم مي‌شوند. عيب اصلي اين روش اين است که عمل حذف نويز تنها در يک ناحيه خاص از فضا انجام مي‌گيرد و عملکرد آن­را در کاربردهاي خاص محدود مي‌کند ضمن اينکه تاکنون هيچ کس ادعاي حل کامل آن­ را ندارد.

 

 

 

هدف از بهبودگفتار (Speech Enhancement) حذف و يا کاهش نويز اکوستيکي از ترکيب سيگنال به اضافه نويز و رسيدن به سيگنال مطلوب مي‌باشد. چندين راه براي دسته‌بندي انواع روش­هاي بهبود­گفتار وجود دارد. بعضي از تکنيک‌ها بر مدل رياضي سيستم توليد گفتار تکيه دارد، و به عنوان مدل‌هاي پارامتريک نام برده مي‌شوند. دسته ديگري از روش‌ها، روش‌هاي غير پارامتريک هستند که هيچ فرضي درباره­ سيستم توليد گفتار انجام نمي‌دهند، اما بر تخمين نويز مداخله‌گر تکيه دارند. روش‌هاي بهبودگفتار مي‌تواند به راهکار تک‌کاناله و چندکاناله، آماري و غير آماري، در حوزه زمان يا فرکانس، وفقي و غيروفقي نيز دسته بندي شوند.

يک سيستم بهبود گفتار معمولاً مبتني بر فرضيات و محدوديت‌هاي خاص وابسته به کاربرد و محيط، استوار است. به طور کلي عملکرد الگوريتم‌هاي بهبود­گفتار مي‌تواند توسط عوامل ذکر شده در زير محدود شود: محدوديت در اختيار داشتن اطلاعاتي از ويژگي‌هاي منابع نويز که مي‌تواند اطلاعات پيشيني در مورد سيگنال آلوده‌شده به نويز را براي ما ميسر کند، محدوديتي از قبيل سرعت تغييرات زماني (غيرايستايي) موجود در سيگنال آلوده ‌شده با نويز، محدوديتي مبتني بر مدل‌سازي سيگنال و يا نويز مانند محدوديت الگوريتم براي مدل‌سازي نويزهاي ناهمبسته[1]، محدوديتي مبتني بر در اختيار داشتن سيگنال آلوده به نويز با يک نسبت سيگنال به نويز پايين و غيره.

 

[1] Uncorrelated

 

 

 

سیگنال به نویز

نویز در تمامی سیستمهاي مخابراتی بخصوص سیستم مخابرات بدون سیم اجتناب ناپذیر است. نسبت سیگنال به نویز به صورت نسبت توان سیگنال به توان نویز در گیرنده تعریف میشود. معمولاٌٌ سیگنال به نویز به صورت دسی بل بیان میشود،

(SNR(dB) = 10log₁₀(SNR.

سیگنال به نویز در کانالهاي محو شونده یک متغیر تصادفی خواهد بود.