چرا حذف نویز مهم ترین فناوری موجود در موبایل است؟

تلفن های هوشمند امروزی تجهیزات بسیاری در خود دارند، از پردازنده و مودم گرفته تا سنسورهایی مانند ژیروسکوپ. این تلفن های هوشمند، به لحاظ صوتی هم سخت افزار سنگینی دارند و قابلیت های مختلفی را در زمینه ی صدا در اختیار کاربر می گذارند؛ قابلیت هایی که شاید هیچ کدامشان به اندازه ی حذف نویز مهم نباشد.

حذف نویز که سازندگان فناوری از عبارت « Noise cancellation» برای آن استفاده می کنند در اصل مربوط به هدفون های بی سیم است اما با رشد صنایع الکترونیکی، حذف نویز به بخش حیاتی دیگر کالاهای دیجیتالی تبدیل شده و بیش از همه در تلفن های هوشمند کاربرد دارد. این فناوری در همه چیز کاربرد دارد، از تماس های تلفنی گرفته تا تقویت دستیاران مجازی هوشمند. از این رو می توان حذف نویز را پر اهمیت ترین فناوری در گجت های مدرن دانست

حذف نویز چیست؟

حذف نویز مفهوم چندان پیچیده ای ندارد و نامش گویای همه چیز است. هر سیگنالی که در دنیای الکترونیک با آن سر و کار داریم قدری اضافات دارد که در برخی موارد مشکلی ایجاد نمی کند و موارد دیگر باید فکری به حال آن کرد. سیگنال های صوتی از دسته ی دوم هستند، یعنی باید برای داشتن صدای خوب نویزی که در پس زمینه وجود دارد را حذف کنیم. اما حذف نویز از سیگنال های صوتی دستگاه های مدرن برخلاف مفهوم ساده اش اصلا کار آسانی نیست. با این وجود، فناوری های الکترونیکی در دوران ما به سطحی رسیده اند که از پس این کار بر می آیند.

یک موج را در نظر بگیرید، این موج می تواند از هر نوعی باشد، از موج صوتی گرفته تا موج هایی که روی سطح آب ایجاد می شود. این موج دو مشخصه ی مهم دارد، یکی دامنه که در واقع اندازه ی فیزیکی موج ایجاد شده است و دیگری فاز که شکل بالا و پایین دندانه های آن را مشخص می کند. اگر دو موج دامنه یکسان داشته باشند، یعنی اندازه هم باشند ولی فاز مخالف داشته باشند، یعنی وقتی آن ها را روی هم می گذاریم دقیقا قرینه هم شوند، آنگاه در برخورد با هم خنثی می شوند.

موج های صوتی در دستگاه های الکترونیکی دارای یک بخش اصلی ( خط موجی آبی رنگی که زیر بخش خط خطی در شکل زیر می بینید) و یک نویز در پس زمینه (خط خطی ها) هستند. حالا اگر قسمت نویز (همان خط خطی ها) را ضبط کنیم و برعکس آن را ایجاد کنیم، یعنی یک موج با دامنه یکسان و فاز برعکس، سپس آن را با موج صوتی جمع کنیم، قسمت های خط خطی (نویز اصلی و برعکس نویز که خودمان درست کردیم) همدیگر را خنثی می کنند و از بین می برند. در نتیجه تنها چیزی که می ماند بخش اصلی (خط آبی) است.

تلفن هوشمند نویز را ثبت می کند، مغز موبایل (CPU) برعکس آن را حساب می کند و به میکروفون موبایل دستور می دهد آن را تولید کند. البته در عمل با این روش نویز کاملا از بین نمی رود ولی آنقدر کم می شود که دیگر مشکل ساز نیست. معمولا با این روش بین 20 تا 30 dB از میزان نویز کاهش می یابد و همین برای داشتن یک موج صوتی خوب کافی است.

پهنای باند بالا فرکانس های بیشتری را پوشش می دهد اما نویز را به اندازه کافی کم نمی کند در حالی که پهنای باند کم با وجود محدودیت پوشش به خوبی نویز را تضعیف می کند.

درون تلفن همراه شما

اگر به تماس های تلفنی که با تلفن های هوشمند گرفته می شود دقت کنید متوجه می شوید که صدای خیلی خوب و با کیفیتی می شنوید و صدای شما هم بسیار تمیز و عالی به طرف مقابل می رسد. یکی از دلایل این مساله بهبود کیفیت تماس است اما داشتن صدای کاملا صاف و طبیعی به فناوری حذف نویز به کار رفته در تلفن همراه شما بستگی دارد. شرکت های سازنده ی تلفن های هوشمند چند سالی است که از فناوری های مختلف در این زمینه استفاده می کنند و همچنان روی آن ها کار می کنند تا به بالاترین کیفیت ممکن برسند.

تلفن هوشمند شما علاوه بر میکروفون اصلی که صداها را ضبط می کند میکروفون های دیگری نیز دارد که به حذف نویز کمک می کنند. صدای تولید شده از این میکروفون ها در همان فرآیندی که در بالا توضیح دادیم به کار می رود و نویز را حذف می کند. همان اطلاعاتی که مغز تلفن همراه شما از نویز پس زمینه به دست آورده و آن ها را برای حذف این نویز استفاده می کند، در طرف دیگر مکالمه نیز همین کاربرد را دارد اما اگر بخواهیم این اطلاعات را ارسال کنیم دیگر چیزی از پهنای باند شبکه باقی نمی ماند.

اطلاعات به دست آمده از صدایی که میکروفون های تلفن همراه تولید می کند کاربردهای دیگری هم دارند، مثلا می توان به کمک آن ها مقدار صدای مکالمه را به طور خودکار کم و زیاد کرد و یا آن صدای باد مانندی که در برخی مکالمات شنیده می شود را فیلتر کرد. این قابلیت ها در قطعه ی پیشرفته ای به نام « سیستم در تراشه» یا همان SoC تعبیه شده است. SoC قطعه یا تراشه ای الکترونیکی است که به اندازه ی یک سیستم کامل قدرت انجام کارهای مختلف دارد. مشهور ترین سازنده ی SoC شرکت کوال کام است و به طور کلی این فناوری پیشرفته عمدتا در انحصار شرکت های امریکایی است.

کاربرد دیگر میکروفون های اضافی در به کار گیری دستیار مجازی هوشمند است. این میکروفون ها در سمت های مختلف دستگاه نصب شده اند، به همین خاطر، پردازنده ی گوشی به کمک این میکروفون ها می تواند تشخیص دهد صدا از کدام سمت می آید. این اطلاعات در تشخیص نویز پس زمینه کاربرد دارند و حتی اگر این نویز ناشی از صداهای دیگر مثلا صدای تلویزیون باشد، باز هم موبایل شما قادر به جدا کردن آن است.

در دیگر دستگاه ها

آنچه گفته شد در محصولات هوشمند خانگی هم صادق است. دستگاه هایی مانند Google Home و اکوی آمازون (Amazon Echo) از این تکنیک ها بهره می گیرند و به کمک آن ها جهت صدا را تشخیص می دهند، نویز را کم می کنند و پژواک صدا را از بین می برند.

شرکت آمازون در طراحی الکسا از 6 میکروفون در جهت های مختلف استفاده کرده است و همین مساله باعث شده الکسای آمازون بهتر از هر تلفن همراهی صحبت را تشخیص دهد و نویز آن را از بین ببرد.

حذف نویز یکی از ضروریات هدست های بلوتوث دار است و این هم دلیل خود را دارد. این فناوری به جز جلوگیری از نویز عمومی پس زمینه می تواند فیلترهایی را ایجاد کند که برای کاربردهای مختلف قابل تنظیم هستند. برای نمونه هدفون های ورزشی معمولا طوری طراحی می شوند که جلوی تمامی نویزهای وارده از محیط را نگیرند تا دونده بتواند صدای خیابان و ماشین ها را بشنود و احیانا تصادف نکند. برعکس، هدفون های طراحی شده برای مسافت های طولانی یا آن هایی که برای استفاده در مسیر خانه تا محل کار/ تحصیل طراحی شده اند رنج گسترده ای از فرکانس ها را به عنوان نویز مضر حذف می کنند.

شرکت کوال کام به تازگی فناوری جدیدی به نام ANC هایبرید (Hybrid ANC) را معرفی کرده است که دارای یک شبکه ی فیدبک دار متشکل از میکروفون های درونی و بیرونی است. این فناوری به اندازه ی نمونه هایی که طراحی آن ها با فید فوروارد صورت می گیرد حذف نویز ندارد اما یک پهنای باند بسیار پایدار ایجاد می کند که با کمک آن می توان طیف بسیار گسترده ای از صداهای قابل شنیدن را مسدود کرد.

کسانی که از ANC هایبرید استفاده کره اند می گویند به طور کامل صدای موتور جت را حذف می کند و با استفاده از آن می توانیم در مکان های پر سر و صدا مثلا نزدیک موتور جت موسیقی گوش کنیم و حتی اگر صدای آهنگ را کم کنیم، چیزی جز آن نخواهیم شنید!

کاربردهای حذف نویز ورای کالاهای الکترونیکی مصرف کنندگان است. حذف نویز در صنعت کارکردهای مختلفی دارد، مانند کمک به سلامت شنوایی.

در نهایت …

حذف نویز بدون شک یک فناوری دیده نشده در تلفن های هوشمند محسوب می شود. بیشتر ما بارها از آن استفاده کرده ایم ولی حتی نمی دانیم وجود دارد. فرقی نمی کند از چه کاربردی صوتی استفاده کنید، تماس عادی، دستیار هوشمند یا پخش موسیقی به صورت وایرلس، در همه ی آن ها حذف نویز بسیار اهمیت دارد و نبود آن شدیدا به کیفیت ضربه می زند. فناوری نامریی حذف نویز دروازه ی دنیای جدیدی از فناوری های همیاری صوتی و هوشمند را به روی ما گشوده و در هوشمند شدن خانه هایمان ما را یاری کرده است.