نویزکنسلینگ چگونه صدای محیط را حذف میکند؟

آیا تا به حال این تجربه شگفت انگیز را داشته اید که در یک محیط شلوغ و پر سر و صدا مثل هواپیما یا مترو، یک هدفون روی گوش خود بگذارید، یک دکمه را فشار دهید و ناگهان تمام صدا های آزار دهنده اطراف شما محو شوند؟ این اتفاق شبیه به یک جادو به نظر می رسد، اما در واقعیت، این شاهکار علم فیزیک و تکنولوژی است که به آن «حذف نویز فعال» یا ( Active Noise Cancellation ) می گویند.

در این مقاله به زبان کاملا ساده و بدون پیچیدگی بررسی می کنیم که تکنولوژی نویز کنسلینگ چگونه کار می کند و چگونه می تواند سکوت را برای ما به ارمغان بیاورد.

قدم اول: درک ماهیت صدا

برای این که بفهمیم هدفون ها چگونه صدا را از بین می برند، ابتدا باید بدانیم صدا اصلا چیست. همان طور که در مقاله های قبلی اشاره کردیم، صدا در واقع یک موج فیزیکی است که در هوا حرکت می کند.

اگر یک موج صدا را روی کاغذ نقاشی کنیم، شبیه به موج های دریا به نظر می رسد. این موج ها دارای قله ها ( نقاط بالا ) و دره ها ( نقاط پایین ) هستند. وقتی این موج ها به پرده گوش ما برخورد می کنند، پرده گوش را می لرزانند و مغز ما این لرزش ها را به عنوان صدا پردازش می کند.

راز بزرگ نویز کنسلینگ: تولید ضد صدا!

تکنولوژی نویز کنسلینگ بر اساس یک قانون بسیار جذاب در فیزیک به نام «تداخل مخرب» کار می کند. ایده اصلی این است: برای از بین بردن یک صدا، باید یک صدای کاملا برعکس آن تولید کنیم!

بیایید این موضوع را با یک مثال ساده ریاضی توضیح دهیم. فرض کنید قله یک موج صدا دارای ارزش +۱ و دره آن موج دارای ارزش -۱ باشد. اگر شما بتوانید موج جدیدی بسازید که دقیقا برعکس موج اول باشد ( یعنی وقتی موج اول روی +۱ است، موج شما روی -۱ باشد ) و این دو موج را با هم ترکیب کنید، چه اتفاقی می افتد؟

( +1 ) – (-1) = 0

بله، نتیجه صفر می شود! یعنی دو موج یکدیگر را خنثی می کنند و هیچ صدایی باقی نمی ماند. به این موج دوم که توسط هدفون ساخته می شود، «ضد صدا» یا ( Anti-Noise ) می گویند.

هدفون ها دقیقا چگونه این کار را انجام می دهند؟

برای اجرای این قانون فیزیک، هدفون های نویز کنسلینگ به سه قطعه بسیار مهم نیاز دارند:

1. میکروفون های خارجی: روی بدنه هدفون شما میکروفون های ریزی قرار دارند که دائما در حال گوش دادن به صدا های محیط اطراف ( مثل صدای موتور هواپیما یا کولر ) هستند.
2. پردازنده هوشمند: صدایی که میکروفون دریافت کرده است، در کسری از ثانیه به یک چیپ کامپیوتری کوچک در داخل هدفون فرستاده می شود. این پردازنده موج صدای مزاحم را تجزیه و تحلیل می کند و فورا یک موج «ضد صدا» می سازد که دقیقا برعکس موج اصلی است.
3. بلندگوی هدفون: حالا هدفون، هم زمان با پخش کردن موسیقی دلخواه شما، این موج «ضد صدا» را نیز به سمت گوش شما پخش می کند.

زمانی که صدای مزاحم محیط و ضد صدای تولید شده توسط هدفون در نزدیکی پرده گوش شما به هم می رسند، یکدیگر را خنثی می کنند. در نتیجه، مغز شما فقط صدای موسیقی را می شنود و صدای محیط به طور کامل حذف می شود.

چرا نویز کنسلینگ روی همه صدا ها یکسان کار نمی کند؟

اگر از این هدفون ها استفاده کرده باشید، حتما متوجه شده اید که آن ها در حذف صدای موتور هواپیما، قطار یا فن کامپیوتر فوق العاده عمل می کنند، اما صدای بوق ماشین ها یا حرف زدن ناگهانی افراد را به خوبی حذف نمی کنند. دلیل این موضوع سرعت پردازش است.

صدا های بم و ممتد ( مثل صدای موتور ) تغییرات کمی دارند و پیش بینی آن ها برای پردازنده هدفون بسیار آسان است. اما صدا های ناگهانی، تیز و غیر قابل پیش بینی ( مثل صدای جیغ، بوق یا افتادن یک لیوان ) آن قدر سریع اتفاق می افتند که پردازنده هدفون زمان کافی برای تولید موج «ضد صدا» را ندارد.

حذف صدای غیر فعال ( Passive ) چیست؟

بد نیست بدانید که همه هدفون ها مقداری از صدای محیط را فقط به خاطر ساختار فیزیکی خودشان حذف می کنند. بالشتک های ابری هدفون که دور گوش شما قرار می گیرند، مانند یک سد فیزیکی عمل کرده و جلوی ورود بخش زیادی از امواج صدا را می گیرند. به این حالت «حذف نویز غیر فعال» می گویند که هیچ نیازی به باتری یا فرمول های ریاضی ندارد. بهترین سکوت زمانی به دست می آید که یک هدفون از هر دو روش ( فعال و غیر فعال ) به خوبی استفاده کند.

نتیجه گیری

نویز کنسلینگ یکی از جذاب ترین کاربرد های فیزیک در زندگی روزمره ما است. این تکنولوژی به جای این که سعی کند با ایجاد یک دیوار ضخیم جلوی صدا را بگیرد، باهوشانه از خود صدا برای نابودی صدا استفاده می کند! با استفاده از فرمول ساده خنثی سازی (+1, -1)، هدفون ها به ما اجازه می دهند تا در شلوغ ترین مکان های دنیا نیز آرامش و سکوت مطلق را تجربه کنیم.