میکروفونهای جهتدار و شکلدهی پرتو (Beamforming)
میکروفونهای جهتدار و شکلدهی پرتو، روشهای اصلی هستند که سمعک به کمک آنها شنیدن در نویز پسزمینه را بهبود میبخشد. با ترکیب خروجی دو یا چند میکروفون، دستگاه نسبت به صدایی که از جلوی شنونده میآید حساسیت بیشتری پیدا میکند و نسبت به صدایی که از اطراف و پشت میآید حساسیت کمتری نشان میدهد، که این امر نسبت سیگنال به نویز را زمانی که فرد مورد نظر در جلو قرار دارد، بهبود میبخشد.
Definition
جهتداری و شکلدهی پرتو، تکنیکهای پردازش سیگنال هستند که سیگنالهای چند میکروفون را ترکیب میکنند تا سمعک صدا را از یک جهت هدف، بیشتر از صداهای سایر جهات تقویت کند و نسبت سیگنال به نویز را در محیطهای پر سر و صدا بهبود بخشد.
Scope
این موضوع شامل طراحیهای میکروفون جهتدار ثابت و تطبیقی، شکلدهی پرتو چندمیکروفونی که جهتداری را دقیقتر میکند، و شکلدهی پرتو دوگوشی (binaural) که سیگنالها را بین دو دستگاه به اشتراک میگذارد، میشود. این مبحث اصول آکوستیکی و مزایای اندازهگیری شده را توضیح میدهد؛ ماهیت آن آموزشی-مرجع است و راهنمایی برای انتخاب دستگاه برای افراد ارائه نمیدهد.
Core questions
- چگونه ترکیب دو یا چند میکروفون، حساسیت جهتدار ایجاد میکند؟
- جهتداری چقدر درک گفتار را در نویز بهبود میبخشد و تحت چه شرایطی؟
- شکلدهی پرتو تطبیقی و دوگوشی چه چیزی فراتر از یک الگوی جهتدار ثابت ساده اضافه میکنند؟
Key concepts
- الگوهای قطبی میکروفون جهتدار
- جهتداری ثابت در مقابل تطبیقی
- بهبود نسبت سیگنال به نویز (مزیت جهتدار)
- شکلدهی پرتو چندمیکروفونی
- شکلدهی پرتو دوگوشی
- محدودیتهای طنین و فاصله میکروفون
Mechanisms
یک میکروفون تکجهته (omnidirectional) به طور یکسان به همه جهات پاسخ میدهد. ترکیب دو یا چند میکروفون با تأخیرهای زمانی مناسب، پاسخ را به جهت ورود صدا وابسته میکند و یک الگوی قطبی ایجاد میکند که صدا را از پشت و اطراف سرکوب میکند. نتیجه این امر، بهبود واقعی نسبت سیگنال به نویز است که اغلب چندین دسیبل میباشد، زمانی که گوینده مورد نظر در جلو قرار دارد و نویز از جهات دیگر میآید؛ این مزیت به سبک دستگاه، فاصله میکروفونها و محیط آکوستیکی بستگی دارد و در اتاقهای بسیار پرطنین که صدای بازتابی از جهات مختلف میرسد، کاهش مییابد (Ricketts, 2001). شکلدهی پرتو این ایده را به آرایههای میکروفون و طرحهای تطبیقی که الگو را بر اساس محل نویز هدایت یا شکل میدهند، تعمیم میدهد و شکلدهی پرتو دوگوشی سیگنالها را بین دو دستگاه مبادله میکند تا یک الگوی دقیقتر و فراگیرتر در سر ایجاد کند (Terry, 1994; Alexander, 2021).
Clinical relevance
جهتداری و شکلدهی پرتو، ویژگیهای دستگاهی هستند که بیشترین شواهد سازگار را برای بهبود درک گفتار در نویز دارند و انتظارات را برای مزایای سمعک در دنیای واقعی شکل میدهند. درک اصول و محدودیتهای آنها از ارزیابی انتقادی مطالعات نتایج و ادعاهای بازاریابی حمایت میکند. این مدخل فناوری را توصیف میکند و مبنایی برای انتخاب یا برنامهریزی دستگاه برای هیچ فردی نیست.
History
میکروفونهای جهتدار در دهه 1970 در سمعکها ظاهر شدند، اما با ابزارهای دیجیتال دو میکروفونه در حدود سال 2000 که جهتداری تطبیقی را ممکن ساختند، به طور گستردهای مفید واقع شدند. تحقیقات بر روی آرایههای شکلدهی پرتو چندمیکروفونی از دهههای 1980 و 1990، از جمله سیستمهای دوگوشی نمونه اولیه، زمینه را برای شکلدهی پرتو دوگوشی که اکنون در سمعکهای با اتصال بیسیم پیادهسازی شده است، فراهم کرد.
Debates
- مزیت جهتداری چقدر به زندگی روزمره منتقل میشود؟
- مطالعات آزمایشگاهی به طور مداوم مزیت سیگنال به نویز را زمانی که نویز پشت شنونده است، نشان میدهند، اما مزیت در دنیای واقعی کوچکتر و متغیرتر است زیرا گویندگان و نویز همیشه به راحتی قرار نمیگیرند و اتاقها پرطنین هستند، بنابراین اندازه مزیت روزمره یک سوال فعال باقی میماند.
Key figures
- Todd Ricketts
- Harry Levitt
- Joshua Alexander
Related topics
Seminal works
- ricketts-2001
- terry-1994
Frequently asked questions
- آیا میکروفونهای جهتدار واقعاً در نویز کمک میکنند؟
- بله، زمانی که فردی که میخواهید صدایش را بشنوید در جلو قرار دارد و نویز از اطراف یا پشت میآید، پردازش جهتدار نسبت سیگنال به نویز و درک گفتار را بهبود میبخشد؛ این مزیت در اتاقهای پرطنین یا زمانی که نویز از جلو نیز میآید، کمتر است.
- شکلدهی پرتو دوگوشی چیست؟
- این یک تکنیک است که در آن دو سمعک با اتصال بیسیم، سیگنالهای میکروفون خود را به اشتراک میگذارند تا یک الگوی ترکیبی و دقیقتر جهتدار در سراسر سر ایجاد کنند، که میتواند بهبود بزرگتری در نویز دشوار نسبت به هر دستگاه به تنهایی ایجاد کند.