نویز چیست و چه انواعی دارد؟

در دنیای ارسال سیگنال های مختلف صوتی، تصویری، متنی و… هر اتفاقی که ارسال سیگنال را به صورت صحیح با مشکل مواجه کند یک نویز آزار دهنده است.

اختلال های پیش آمده در سیستم های الکتریکی گاهی از آزار لحظه ای عبور کرده و ممکن است حتی باعث خرابی یک سیستم شوند.

در این مقاله قصد داریم به زبان ساده بررسی کنیم که مفهوم نویز چیست، چه انواعی دارد و چطور می توان از آن جلوگیری کرد؟

همراه ما باشید.

1# تعریف نویز چیست؟

هنگامی که یک فرستنده با یک گیرنده در ارتباط باشد، برای انتقال پیام از فرستنده به گیرنده از سیگنال ها استفاده می شود.

نویز (Noise) به فارسی (اختلال) به معنی انرژی نامطلوب و مزاحمی است که به سیگنال (Signal) های اصلی وارد شده و موجب تغییر شکل یا ایجاد اختلال در سیگنال می شود.

در واقع نویز یعنی هر سیگنال ناخواسته ای که سیگنال مورد نظر ما را دچار اعوجاج یا تغییرات نامطلوب می کند.

منظور از سیگنال ها می تواند هر نوع سیگنالی از جمله سیگنال نوری، صوتی، تصویری، الکتریکی و… باشد.

برای مثال اختلال در گیرنده های تلویزیونی سبب ایجاد برفک و تصویر نامفهوم می شود یا
در سیستم های رادیویی اختلال در سیگنال باعث ایجاد صداهای ناهنجار می گردد.

به طور کلی ممکن است اختلال در هنگام ضبط، ذخیره سازی، انتقال، پردازش یا تبدیل سیگنال ایجاد شده و با آن منتقل شود.

اختلالات می توانند هیچ اطلاعاتی همراه خود نداشته باشند و حتی برای ایجاد مزاحمت ساخته شده باشند.

هر چه سیگنال اصلی ضعیف تر باشد، اختلال بیشتر می تواند روی آن تاثیر بگذارد و باعث نامفهوم شدن آن سیگنال شود.

در تصویر زیر می توانید تفاوت نویز و سیگنال و تاثیر اختلالات بر سیگنال را مشاهده کنید.

2# انواع نویز

در علوم مهندسی این اختلال ها به دو دسته کلی تقسیم می شوند:

• نویز خارجی (External Noise)
• نویز داخلی (Internal Noise)

در ادامه به توضیح اختلال های داخلی و خارجی خواهیم پرداخت.

1-2# noise خارجی

نویزهای خارجی آن دسته از اختلال ها هستند که توسط یک منبع خارجی تولید می شوند و روی سیگنال ها تاثیر می گذارند.

اختلال های خارجی خود به سه نوع تقسیم می شوند:

• نویز جوی یا اتمسفری (Atmospheric noise): این اختلال ها به نویز های ساکن (static noise) نیز مشهورند که
  بر اثر تخلیه الکتریکی در هنگام رعد و برق یا سایر اختلالات الکتریکی طبیعی در جو زمین ایجاد می شوند و نویز طبیعی به حساب می آیند.
  از آن جایی که اختلالات الکتریکی طبیعی به طور ناگهانی رخ می دهند،
  انرژی تخلیه شده در زمان روی دادن این اختلالات الکتریکی، در کل امواج رادیویی پخش می شود.
  در نتیجه این انرژی به شکل امواج رادیویی با همان فرکانس در می آیند و
  آنتن های گیرنده رادیویی هنگام دریافت سیگنال های رادیویی، سیگنال های جعلی یا همان اختلال های اتمسفری را هم دریافت می کنند.

• نویز فرا زمینی (Extraterrestrial noise): این نویز ها نیز طبیعی هستند و توسط منابعی در فضای خارج از زمین تولید می شوند که
  خود به 2 دسته تقسیم می شوند:
  • خورشیدی (solar): منبع اصلی این اختلال ها خورشید است.
    خورشید گستره عظیمی از سیگنال هایی را تشعشع می کند که
    فرکانسی برابر با فرکانس هایی که ما در شبکه های ارتباطیمان استفاده می کنیم، دارند.
  • کیهانی (cosmic): ستاره ها هم اختلال ایجاد می کنند. اختلالاتی که منبعشان ستاره ها باشند، نویز کیهانی گفته می شوند.
    البته از آن جا که فاصله ستاره ها از زمین بسیار زیاد است، این اختلال ها قدرت زیادی ندارند.
    با این حال یکی از مهم ترین منابع تولید نویز به شمار می آیند.

• نویز ساختگی (Industrial noise): نویز های صنعتی یا ساختگی که اصطلاحا manmade هم گفته می شوند،
  توسط سیستم های احتراقی، موتور های الکتریکی، ژنراتورها، نور فلورسنت، تجهیزات الکتریکی و… تولید می شوند.

2-2# noise داخلی

نویز های داخلی اختلال هایی هستند که در خود گیرنده یا در سیستم ارتباطی بین فرستنده و گیرنده تولید می شوند.

قطعات الکترونیکی مثل دیود، ترانزیستور، مقاومت و… نویز تولید می کنند.

اختلال های داخلی در چند نوع وجود دارند:

• نویز حرارتی (Thermal noise): حرکت الکترون ها در قطعات الکترونیکی باعث ایجاد انرژی و گرما می شود.
  این گرما در رسانا تبدیل به ولتاژ خواهد شد که در نتیجه سبب ایجاد اختلال حرارتی می گردد.
  با این که این اختلال، ناچیز به نظر می رسد، اما می تواند سیگنال های ضعیف را به شدت تحت تاثیر قرار دهد.
• نویز ضربه ای (Shot noise): این اختلال مربوط به جریان در قطعات الکترونیکی است.
  به این صورت که با تغییر ناگهانی یا ایجاد نوسان زیاد در تعداد الکترون های در حال حرکت در رساناها، نویز ضربه ای ایجاد می شود.
• نویز زمان گذر (Transit time noise): زمان گذر زمانی است که طول می کشد تا حامل های جریان از ورودی به خروجی برسد.
  از آن جا که این قطعات کوچک هستند، فاصله از ورودی تا خروجی نیز بسیار کم است.
  در نتیجه زمان گذر نیز کوتاه می باشد.
  هنگامی که فرکانس بالا باشد، روی حرکت حامل های جریان در زمان گذر تاثیر می گذارد و
  این مسئله باعث ایجاد اختلال می گردد.
• نویزهای فلیکر (Flicker noise): این اختلال ها مربوط به چگالی حامل های جریان می باشد و
  بیشتر در نیمه رسانا ها اتفاق می افتد. در فرکانس های پایین، هنگامی که تغییر ناگهانی در ولتاژ رخ می دهد و
  چگالی حامل های جریان به یک باره تغییر می کند، نویز فلیکر ایجاد می شود.
• نویز تقسیم شدگی (Partition noise): این اختلال مربوط به تقسیم تصادفی جریان الکتریکی است و
  زمانی رخ می دهد که جریان به طور ناگهانی مجبور شود که بین دو یا چند مسیر تقسیم شود.

3# کاهش نویز

هر چه اختلال روی سیگنال ها کم تر باشد، سیگنال بهتر و با کیفیت تری خواهیم داشت.

در نتیجه بهتر است کاری کنیم تا اختلال ها تا حد زیادی کم شوند. اما چگونه؟

نویز های خارجی را در واقع نمی توان کاهش داد یا از بین برد، مگر این که جای گیرنده را تغییر دهیم و
آن را در موقعیتی قرار دهیم که اختلالات کم تری دریافت کند و
یا این که سیستم را به گونه ای عوض کنیم که تاثیرات اختلال ها روی سیستم کاهش یابد.

نویز های ساختگی تا حدی قابل کنترل بوده اما برای کاهش تاثیر آن ها باید سیگنال اصلی را قوی تر کرد.

در مقابل، اختلالات داخلی قابل محاسبه و ارزیابی بوده و
می توان با طراحی بهتر و مناسب تر سیستم، اختلال را تا حد قابل قبولی کاهش داد؛
اما این کار ملزم به داشتن دانش تخصصی در زمینه نویز هاست که در حوزه مهندسی ارتباطات قرار می گیرد.