حذف نویز (Noise Canceller) در سیستم

حذف نویز (Noise Canceller) در سیستم:
از سیستم های حذف نویز به منظور سرکوب کردن شدت نویزهای موجود در پس زمینه استفاده می شود.

این پیکربندی در تلفن های همراه و مخابرات رادیویی به کار گرفته می شود؛ زیرا این وسایل گاهی در شرایطی استفاده می شوند که در محیط نویز بسیار زیادی وجود دارد. در تصویر زیر یک سیستم حذف نویز وفقی نشان داده شده است.

در سیستم حذف نویز بالا، بلوک حذف کننده از یک میکروفن جهت دار استفاده می کند تا بتواند دامنه لحظه ای نویزهای محیط یا r′(n) را تخمین بزند و اندازه گیری کند. همچنین یک میکروفون دیگر برای دریافت سیگنال های گفتاری که شامل نویز هستند (d(n)+r(n)) مورد استفاده قرار می گیرد.

نویز محیط توسط فیلتر وفقی پردازش می شود تا آن را برابر با مقدار نویز موجود در سیگنال گفتار قرار دهد. سپس این مقدار نویز از سیگنال گفتار تفریق می شود تا نویز در سیگنال مطلوب ما حذف شود.

برای عملکرد موثرتر، نویز محیط باید با نویز موجود در سیگنال گفتار تا حد زیادی وابستگی داشته باشد.

در این حالت، اگر به مقادیر لحظه ای نویز آلوده کننده دسترسی نداشته باشیم، نمی توانیم نویز را سرکوب کنیم، اما می توانیم مقدار آن را با استفاده از ویژگی های آماری سیگنال و پردازش نویز کاهش دهیم.

در تصویر زیر نمایی از یک سیگنال صوتی همراه با نویز نشان داده شده است.

این سیگنال ها در یک سیستم حذف نویز مورد استفاده قرار گرفته اند که روی یک پردازنده سیگنال دیجیتالی به صورت عملی پیاده سازی شده است. سیگنال مطلوب یک سیگنال صوتی تک آوا است که فرکانس نمونه برداری آن 8 کیلو هرتز در نظر گرفته شده است.

سیگنال نویز یک قطعه موسیقی تک آوایی نامطلوب است که فرکانس نمونه برداری از آن برابر با 11 کیلو هرتز است.

همان طور که در تصویر فوق دیده می شود سیگنال مطلوب تا حد بسیار زیادی حاوی نویز موسیقی است. بنابراین در این ساختار باید از یک الگوریتم وفقی بسیار سریع استفاده شود تا سیستم به سرعت همگرا شود و تمام المان های نامطلوب را از سیگنال مطلوب حذف کند.

در تصویر زیر آنالیز فرکانسی سیگنال هایی نشان داده شده است که در سیستم حذف نویز مورد استفاده قرار گرفته اند.

با توجه به تصویر فوق، سیگنال خروجی نسبت به سیگنال ورودی شامل برخی مولفه های فرکانسی اضافی است. خروجی سیستم حذف نویز یک سیگنال خطا است. در تصویر زیر سیگنال خطای به دست آمده هنگام استفاده از الگوریتم LMS نشان داده شده است.

با توجه به نمودار طیفی فوق، می توان به این امر پی برد که تمام مولفه های فرکانسی نامطلوب در سیگنال حذف شده اند. سیستم حذف نویز وفقی در بسیاری از کاربردهای «کنترل نویز فعال» (Active Noise Control) یا ANC مورد استفاده قرار می گیرد.

مثلا در هواپیماها برای حذف کردن نویز فرکانس پایین درون کابینه و به منظور آسایش بیشتر مسافران از حذف نویز وفقی و کنترل نویز فعال استفاده می شود.

بسیاری از کارخانجات بزرگ هواپیماسازی چنین سیستم هایی را مخصوصا برای هواپیماهای پرسر و صدا و پروانه ای توسعه می دهند.

همچنین در صنعت اتومبیل سازی، سیستم های کنترل نویز فعال به منظور کاهش نویز جاده طراحی می شوند و برای این کار از میکروفون ها و بلندگوهای جاسازی شده در زیر صندلی های سرنشینان استفاده می شود.

کاربرد دیگر فیلترهای وفقی و سیستم های کنترل نویز فعال در صدا خفه کن اکتیو برای لوله اگزوز موتور است که مدت هاست در کمپرسورهای صنعتی و ژنراتورها مورد استفاده قرار می گیرد.

با کاهش قیمت سیستم های کنترل نویز فعال، در حال حاضر حتی کارخانجات اتومبیل سازی نیز سیستم صدا خفه کن اکتیو را جایگزین مناسبی برای انواع غیر فعال آن می دانند و در اکثر خودروهای نسل جدید خود از آن بهره می گیرند.

نتیجه استفاده از یک سیستم کنترل نویز اکتیو علاوه بر آرامش سرنشین، کاهش فشار بازگشتی موتور است که انتظار می رود در یک سفر درون شهری 5 تا 6 درصد میزان مصرف سوخت را کاهش دهد.

کاربرد دیگر سیستم کنترل نویز فعال که موفقیت تجاری گسترده ای را به دست آورده است، درهدفون های فعال است که در آن ها نویزهای فرکانس پایین به صورت کامل حذف می شوند.

هدفون های فعال مجهز به میکروفون هایی در بیرون از بدنه خود هستند که مقدار نویزی که توسط هدفون دریافت می شود را اندازه گیری می کنند.

سپس این نویز از طریق ارسال سیگنال ضد نویز به بلندگوی هدفون خنثی می شود.

در سیستم کنترل نویز فعال، همچنین یک واحد میکروفون درون هر گوشی وجود دارد تا بر مقدار خطا نظارت داشته باشد و مقدار نویزی که توسط سیستم حذف نشده است را اندازه گیری کند و الگوریتم کنترل نویز فعال را بهینه سازی نماید.

این کاربرد از سیستم های کنترل نویز فعال، در هدفون های خلبانی مخصوصا برای هلی کوپترهای پر سر و صدا و یا هواپیماهای پروانه ای بسیار ضروری است.