خانه / صدا / انواع سیگنال در مهندسی صـدا(بخش سوم)

انواع سیگنال در مهندسی صـدا(بخش سوم)

نویسنده: سارا محمودان

   سیگنال‌های نـویز

بطور کلی تغییرِ شکل در سیگنال، حاصلِ اضافه‌شدنِ سیگنالِ ناخواسته به سیگنالِ اصلیِ ورودی است.  اگر این سیگنالِ ناخواسته تابعی از سیگنال ورودی باشد، به‌آن اعوجاج گویند و اگر نباشد، به‌آن نویز گفته می‌شود.  امّـا در الکترونیک- به طور خاص- به سیگنالی با عرضِ بانـد زیاد یا کم که ناخواسته به‌وسیلة اجزای الکترونیکی یا مکانیکی به سیگنال اصلی اضافه می‌شود، نویز می‌گویند. هرچه پهنای باند نویز بیشتر شود، درک نواکِ آن دشوارتر می‌شود تا جایی که در نویزهای پهن باند دیگر نواکی قابل تشخیص نیست و حسی از نغمه در آن وجود ندارد.

رایج‌ترین نوع نویز را اغلب نویز تصادفی (random noise)  می‌گویند؛ زیرا از لحظه‌ای به لحظه دیگر غیرقابلِ پیش‌بینی است. همچنین توزیع انرژی در سرتاسرِ پهنای باند بسامدی دستگاه، پیوسته و گسترده است.

نویز هیس(Hiss) نمونه‌ای از نویزهای تصادفی واقعی در علم مهندسی صدا است. نمونه‌ای دیگر از نویزهای تصادفی در علم مهندسی صـدا، در گیرنده‌های اِف-اِمی شنیده می‌شوند که از تنظیم و دریافت ایستگاه خارج شده‌اند.

نویزهای رنگی:

در علم مهندسی صدا، الکترونیک، فیزیک و… ، رنگ نویز به قدرت طیف بسامدیِ سیگنال نویز اشاره دارد. رنگ‌های مختلف نویز، ویژگی‌ها و کاربردهای متفاوتی دارند، در ادامه چند مورد کاربردی از نویزهای رنگی را تعریف می کنیم:

شکل 9) طیفِ بسامدیِ نویز سفید

 

شکل 10) یک ثانیه از شکلِ موجِ نویز سفید در محور زمان

1) نویز سفید: سیگنالی است که در کل پهنای باندِ بسامدی‌اَش انرژی ثابتی دارد. (شکل 9) با توجه به اینکه حساسیت گوشِ انسان در بسامدهای پایین کم است، با شنیدنِ نویز سفید، چنین درک می‌شود که انرژی در بسامدهای میانی و بالا بیش‌تر است، در حالی‌که چنین نیست و در تمامی بسامدها، انرژیِ یکسان و ثابتی دارد.

شکل 11) طیفِ بسامدیِ نویز صورتی
شکل 12) یک ثانیه از شکلِ موجِ نویز صورتی

2) نویز صـورتـی: سیگنالی که در هر هنگام (octave)  یا یک-سومِ هنگام از پهنای باند بسامدی‌اش انرژی ثابتی دارد. دامنه آن از تابع پیروی می‌کند که میزان کاهش آن با 3 دسی‌بل در هر هنگام یا ده دسی‌بل در هر دهی(decade)  مطابقت دارد. نویز صورتی را می‌توان با عبور نویز سفید از فیلتر کاهندة 3 دسی‌بلی در هر هنگام ایجاد کـرد.

نویز صورتی، سیگنالِ تستِ مفیدی برای اندازه‌گیریِ پاسخ بسامدی تجهیزات صدا است، اگر ابزارِ تشخیص، آنالایزرِ آنی(real-time analyzer)  با پاسخِ باندِ هنگامی (اُکتاوی) یا یک-سومِ هنگامی باشد.

از نویزِ صورتی برای تست حساسیتِ میکروفن‌ها و بلندگوها استفاده می‌شود و به‌ویژه در تستِ نصبِ بلندگوهـا (loudspeaker installations) بسیار مفید است.

شکل 13) طیفِ بسامدیِ نویز قهوه ای
شکل 14) یک ثانیه از شکلِ موجِ نویز قهوه‌ای

2) نویز قهوه‌ای:دامنه آن از تابع پیروی می‌کند که میزان کاهش آن با 6 دسی‌بل در هر هنگام یا بیست دسی‌بل در هر دهی (decade)  مطابقت دارد. نویزِ قهوه‌ای، سیگنال‌های نویز واقعی مانند نویز ترافیک، نویز تهویه هـوا و نویزهای پهن باندی را شامل می‌شود که نغمه‌های قابل شنیدن دارند. توزیع طیفی در این سیگنال نشان می‌دهد که محتوای عمده در بخشِ خاصی از طیف بسامدی قرار دارد. برای مثال، محتوای اصلیِ نویز تهویه در بسامدهای پایین و نویزِ فشرده‌ساز‌های هوا در بسامد بالا قرار دارند.

فلسفة نامگذاری رنگی برای نویز، تشابه انرژیِ طیفِ فرکانسیِ آن با طیف رنگی است. برای مثال نویز سفید مانند طیف رنگ سفید در تمام پهنای باند فرکانسی‌اش انرژی یکسان دارد و نویز صورتی مانند رنگ صورتی یا قرمز انرژی در فرکانس‌های پایینِ آن بیشتر است.

صدای حنجره (Voice)  به عنوان منبع صـدا

درکِ ویژگی‌های صدایِ خارج شده از حنجره مهم است. هنگامی‌که زبان می‌تواند وجه مشترک گروهی از مردم باشد، سرشت و صدای حنجره نیز می‌تواند از شخصی به شخص دیگر منحصر به‌فرد باشد. شناخت ما از گفتار (speech)، به‌عنوان سیگنالی آکوستیکی، این امکان را فراهم می کند که مرجع خوبی برای دانسته و بایسته‌های صدای حنجره داشته باشیم.

ترازِ صدا (صدای خارج‌شده از حنجره)

ترازِ صدای خارج شده از حنجره می‌تواند از شبه‌سکوت(subdued)  تا فریاد (Shouting)  متفاوت باشد. این تراز به‌طور طبیعی از فـردی به فـردِ دیگر منحصر و متفاوت است و اختصاصِ مقدار عددی به آن سـخـت است. 

مقادیرِ جدول(1) بیانگر ترازِ متوسط صدای گفتار در فـرد بالغ است. توانایی درک گفتار زمانی بهینه است که تراز گفتار از گفتار عادی در فاصله یک‌متری مطابقت کند (جدول 1). به‌عبارتِ دیگر، تراز فشار صدا در حدودِ 58‌ دسی‌بل (با مرجع 20 میلی‌پاسکال که آستانه شنوایی گوش انسان در هزار هرتز است) باشد.

جدول 1) تراز متوسط گفتار به عنوان تابعی از فاصله شنونده/ ضبط کننده به طور تقریبی، بین گفتار عادی تا فریاد حدود 20 دسی بل تفاوت وجود دارد.

طـیـف ِگفتار

اگر صدای خارج شده از حنجره(Voice)  برای انسان، مفهوم و قابل درک باشد به آن گفتار (speech)  می‌گویند. طیفِ گفتار، بخش بزرگی از کل گستره بسامدیِ صـدا را پوشش می‌دهـد. گفتار (در زبان‌های غربی و البته فارسی) با صداهایِ واکه‌هـا (vowels)  و هم‌خوان(consonant)  شکل می‌گیرد. در زبان‌های هندو اروپایی مانند پـارسی، شُش، منبع تولید صـدا است. منبع صدا جایی است که هوا را به جریان می‌انـدازد. در علم آواشناسی (Phonetics)  برای رفتار شناسی و بررسیِ اثـرگـذاریِ بخش‌ها و انـدام‌های مختلف، دستگاه گفتار انسان را به دو بخش تقسیم می‌کنند: بخش اوّل: از شش تا حنجره و بخش دوّم؛ از حنجره تا بیرون لب‌هـا.

صدای گفتارِ خارج شده از حنجره انسان، به‌وسیلة تـار آواهـا (vocal chords)  ایجاد می‌شود (بخش اوّل) و سپس تحت تاثیرِ تشدیدِ (resonances)  حفره‌هایی قرار می‌گیرد که در مسـیـر عبورِ صدای گفتار قرار دارنـد (بخش دوّم). سیگنالِ گفتار را می‌توان با بسامد پایه و تعداد زیادی هماهنگ نیز تعریف کرد. پچ‌پچ (whisper)  را نمی‌توان جزء گفتار در نظر گرفت، اگرچه حفره‌های تشدیدگرِ موجود در مسیر عبور هوای خارج شده، همچنان در شکل‌دهی به مصوت‌های مختلف نقش بـازی می‌کنند. از این‌رو ممکن است؛ ویـژگی‌های واکـه‌هـا در پچ‌پچ وجـود داشته بـاشـد. به‌طور کلی، مقدار میانگین(mean value) بسامد پایه – که نواک یا  نیز گفته می‌شود – بینِ گستره 110 تا 130 هرتز برای آقایان و تقریباً یک هنگام بالاتر، از 200 تا 230 هرتز برای خانم‌هـا می‌باشـد. در هر دو مورد، ممکن است مقادیر خارج از گستره‌های ذکر شده باشد. برای بچه‌ها بسامدِ پایه یا حوالیِ 300 هرتز است. انحرافِ خـاص از این گسترة بسامد پایه، بیشتر در لحن و آوای زبان‌هایی مانندِ چینی بیشتر از زبان‌های اروپایی مانند انگلیسی و آلمانی است. اگرچه، حالتِ گوینده روی نواک اثرگذار است. هم‌خوان‌هـا با انسدادِ هوا شکل داده می‌شوند و صداهای نویزی(noise sounds)  با عبور هوا از گلو و دهان، به‌ویژه در زبان‌ و لب‌ها تولید می‌شوند. از نظر بسامدی، هم‌خوان‌ها اغلب در بسامد‌های بالای 500 هرتز واقع می‌شوند.

در شدتِ عادیِ صدا هنگام خوانندگی(normal vocal intensity)، به‌طور معمول انرژی واکـه‌هـا، به‌سرعت در بسامدهای بالای یک کیلوهرتز اُفت می‌کند. توجه داشته باشید؛ هنگامی‌که صدای خارج شده از حنجره را بالاتر (بلندتر) ادا کنیم، طیفِ گفتار عادی، یک یا دو هنگام به‌سوی بسامدهای بالاتر سوق می‌یابد. همچنین توجه داشته باشید که افزایش تـرازِ صـدا برای واکـه‌هـا به همان اندازة هم‌خوان‌هـا، ممکن نیست. یعنی هنگامی‌که نویز پس‌زمینه قابل چشم‌پوشی است؛ قابلیتِ فهم گفتار(intelligibility of speech) با فریاد زدن در مقایسه با صدای عادی افـزایش نمی‌یابد. دانستن این نکته نیز ارزشمند است که طیفِ گفتار هنگام ضبط، با تغییر فاصله و زاویه تغییر می‌کند.

شکل 15) صدای آقا: میانگینِ طیف یک-سومِ هنگامی برای ترازهای گفتار متفاوت. توجه کنید، هنگامی که تراز صدای گفتار به تدریج افزایش می‌یـابـد، انرژی به سوی بسامدهای بالاتر حرکت می‌کند.

با توجه به شکل15،  در پایین‌ترین منحنی (صدای ملایم) تراز صدا در بسامد 500 هرتز حدود 45 دسی‌بل، در 1000 هرتز حدود 38 دسی‌بل، در 3000 هرتز حدودِ 32 دسی‌بل و در 5000 هرتز حدود 33 دسی‌بل است. در بالاترین منحنی، تراز صدا در بسامد 500 هرتز حدود 74 دسی‌بل، در 1000 هرتز حدود 78 دسی‌بل، در 3000 هرتز حدودِ 71 دسی‌بل و در 5000 هرتز حدود 62 دسی‌بل است. حرکتِ انرژی به سوی فرکانس‌های بالاتر ( فرکانس‌های میانی بین 1000 تا 3000) با این مقایسه و البته از روی منحنی‌ها قابل تشخیص است.

شکل 16) صدای خانم: میانگینِ طیف یک-سومِ هنگامی برای ترازهای گفتار متفاوت.

حتما ببینید

برپایی آنتن سامانه‌‌های بی‌سیم (بخش اول)

دستگاهی که نوعی از انرژی را به نوع دیگر تبدیل ‌می‌کند، مبدل نامیده ‌می‌شود و …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *