کس طرح شور کو منسوخ کرنے والے ہیڈ فون اصل میں آواز کو منسوخ کرتے ہیں۔

اس مساوات میں، p جگہ اور وقت میں ایک مخصوص نقطہ پر آواز کے دباؤ کی نمائندگی کرتا ہے۔ تاہم، ایک اہم انتباہ یہ ہے کہ یہ منسوخیاں مکمل طور پر مقامی ہیں۔ لہذا لہریں کمرے میں ہر جگہ غائب نہیں ہوتی ہیں۔ اس کے بجائے، شور کی منسوخی خاص طور پر آواز کے دباؤ کو تبدیل کرکے کام کرتی ہے جو انفرادی کانوں تک پہنچتا ہے۔

ہیڈ فون شور کینسلیشن کیسے بناتے ہیں؟

تباہ کن مداخلت کو حاصل کرنے کے لیے، ہیڈ فون کو آواز کی لہریں پیدا کرنا ہوں گی جو خاص طور پر آنے والے شور کو روکنے کے لیے بنائی گئی ہیں۔ ہم اسے "اینٹی شور" کہتے ہیں۔

لیکن یہ اتنا آسان نہیں ہے جتنا کہ پیچھے کی طرف تیز آوازیں بجانا۔ شور مخالف سگنل کا کان کے پردے کے مقام پر اصل آواز کے ساتھ ناقابل یقین حد تک درست طول و عرض (بلند پن) اور مرحلے کا تعلق ہونا چاہیے۔

تصور کریں کہ آنے والی آواز کی لہریں رولر کوسٹر کی طرح اوپر اور نیچے حرکت کرتی ہیں۔ ساؤنڈ ڈیڈنر کو عین آئینہ کی تصویر ہونی چاہیے، جب شور کا لیول بڑھتا ہے اور شور کی سطح کم ہونے پر اوپر جاتا ہے۔

لیکن صرف مخالفانہ اقدامات کافی نہیں ہیں۔ یہاں تک کہ اگر دو لہریں بالکل ایک ہی وقت پر نہیں آتی ہیں یا ان کے طول و عرض مختلف ہیں، بقایا شور پھر بھی سنائی دیتا ہے۔ اس کی وجہ سے، صارفین کے پہننے کے قابل سامان پورے کمرے میں موجود تمام آوازوں کے لیے عالمگیر کاؤنٹر ویو پیدا نہیں کرتے ہیں۔ اس کے بجائے، وہ کان کی نالی کے بالکل ساتھ ایک بہت ہی محدود، چھوٹے صوتی "خاموش زون" بنانے پر پوری توجہ مرکوز کرتے ہیں۔

اندرونی شور کو منسوخ کرنے والے ہیڈ فون: ایک حقیقی وقت کا عمل

تو اے این سی ہیڈ فون کا ایک عام جوڑا حقیقی دنیا میں کس طرح پرفارم کرتا ہے؟ یہ سب ایک مسلسل تکرار کرنے والی سگنل پروسیسنگ پائپ لائن پر آتا ہے۔

سب سے پہلے، ایک بیرونی مائکروفون کسی بھی آنے والے محیطی شور کو اٹھاتا ہے۔ کچھ جدید ڈیزائنوں میں، اندرونی مائیکروفون کان کے قریب باقی ماندہ آواز کی بھی پیمائش کرتے ہیں۔

اگلا، ایک اندرونی ڈیجیٹل کنٹرولر اس سگنل پر کارروائی کرتا ہے۔ مائیکروفون ڈیٹا کو تیزی سے فلٹر کریں اور درست منسوخی سگنل کا حساب لگائیں جس کی آپ کو ضرورت ہے۔

ہیڈ فون سپیکر ڈرائیور اس کے بعد آنے والے شور (اینٹی شور) کی مخالفت کرنے کے لیے ڈیزائن کی گئی آواز کی لہروں کو لات مارتے اور خارج کرتے ہیں۔

آخر میں، نظام مسلسل بدلتے ہوئے صوتی ماحول کے جواب میں مسلسل نگرانی اور ایڈجسٹ کرتا ہے۔

اس عمل میں ٹائمنگ سب کچھ ہے۔ آواز کو سفر کرنے میں وقت لگتا ہے، اور ہیڈ فون کے اندر موجود ڈیجیٹل سسٹم پروسیسنگ اور تبدیلی میں تاخیر کو متعارف کراتے ہیں۔ اگر شور کو منسوخ کرنے والا آلہ ایک ملی سیکنڈ کی تاخیر سے بھی آتا ہے، تو یہ اصل لہر کو مؤثر طریقے سے منسوخ نہیں کر سکتا۔

یہاں انجینئرنگ کے چیلنجز بہت زیادہ ہیں۔ ہارڈ ویئر کو کل تاخیر کو بہت کم رکھتے ہوئے آنے والے شور کا اندازہ لگانا چاہیے یا اس کا جواب دینا چاہیے۔ ایکٹو فیڈ فارورڈ شور کنٹرول اور ہیڈ سیٹس میں سگنل ٹریکنگ پر 2018 کے مطالعے کے مطابق، ریئل ٹائم ایپلی کیشنز میں پروسیسنگ میں تاخیر کو کم کرنا بہت ضروری ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ کوئی بھی تاخیر فوری طور پر منسوخی کی کارکردگی کو کم کر دیتی ہے، خاص طور پر غیر متوقع آوازوں کے لیے۔

فیڈ فارورڈ، فیڈ بیک اور ہائبرڈ اے این سی نے وضاحت کی۔

تمام شور کو منسوخ کرنے والے صارفین کے پہننے کے قابل اس پروسیسنگ لوپ کو اسی طرح نہیں سنبھالتے ہیں۔ ہیڈ فون ڈیزائنرز مطلوبہ کارکردگی اور بجٹ کے لحاظ سے مائیکروفون اور کنٹرول سسٹم کو تین بنیادی کنفیگریشنز میں ترتیب دے سکتے ہیں۔

Feedforward ANC شور کو آپ کے کانوں تک پہنچنے سے پہلے سنتا ہے۔

یہ سیٹ اپ مائکروفون کو ایئرکپ کے باہر رکھتا ہے۔ کنٹرولر اس ابتدائی معلومات کو کینسل سگنل تیار کرنے کے لیے استعمال کرتا ہے۔

یہاں فائدہ یہ ہے کہ آپ کو ایک آغاز ملتا ہے۔ لیکن مسئلہ یہ ہے کہ مائیکروفون سے کان تک آواز کے سفر کے لیے درکار وقت کا صحیح اندازہ لگانے کے لیے سسٹم کو اپنی اندرونی پروسیسنگ میں تاخیر کا حساب دینا چاہیے۔

فیڈ بیک ANC کیا بچا ہے اس کی پیمائش کرتا ہے۔

اندرونی مائیکروفون ایئرکپ کے اندر واقع ہوتا ہے اور آپ کے کان کے بالکل قریب آوازیں اٹھاتا ہے، بشمول منسوخی کے بعد بقایا شور۔ کنٹرولر اس معلومات کو اپنے آؤٹ پٹ میں مسلسل ترمیم کرنے کے لیے استعمال کرتا ہے۔

چونکہ نتائج کو کپ کے اندر ناپا جاتا ہے، صرف تاثرات میں اچانک آنے والی آوازوں کی آپ کے کانوں تک پہنچنے سے پہلے پیشین گوئی کرنے کا امکان کم ہوتا ہے۔

ہائبرڈ ANC دونوں طریقوں کو یکجا کرتا ہے۔

ہائبرڈ سسٹم دونوں جہانوں کے بہترین کو یکجا کرتے ہیں۔ یہ سسٹمز فیڈ بیک پر مبنی تصحیحات کے ساتھ پیشین گوئیوں کو ضم کرنے کے لیے بیرونی اور اندرونی مائکروفون ڈیٹا کا استعمال کرتے ہیں۔

جیسا کہ ANC سسٹمز میں صوتی تاثرات کے اثرات کو کم کرنے کے بارے میں 2019 کے مطالعے میں تفصیل سے بتایا گیا ہے کہ کوئی ایک فن تعمیر نہیں ہے جو خود بخود تمام حالات میں بہترین ہو۔ کارکردگی مائیکروفون کی جگہ کا تعین، صوتی ڈیزائن، پروسیسنگ میں تاخیر، اور مخصوص قسم کے شور پر منحصر ہے جسے آپ منسوخ کرنے کی کوشش کر رہے ہیں۔

خاموشی کے پیچھے الگورتھم

آئیے سافٹ ویئر کے پہلو کے بارے میں بات کرتے ہیں۔ ایک بیرونی مائیکروفون صرف الٹا خام سگنل براہ راست آپ کے اسپیکر تک نہیں پہنچاتا ہے۔ آنے والے آڈیو کو احتیاط سے ڈیجیٹل فلٹرز کا استعمال کرتے ہوئے تبدیل کیا جانا چاہیے تاکہ ہیڈ فونز کے آواز کے رویے کا حساب لگ سکے۔

ڈیجیٹل فلٹرز آؤٹ پٹ سگنل کا حساب لگانے کے لیے موجودہ اور حالیہ ان پٹ کے نمونے استعمال کرتے ہیں۔ اس کا کام صرف تمام نمونوں کو الٹنا نہیں ہے، بلکہ ایسے سگنل کو آؤٹ پٹ کرنا ہے جو کامیابی سے شور کو کم کرے۔ ~ بعد یہ سگنل جسمانی طور پر اسپیکر کے اجزاء اور ہیڈ فون کے صوتی راستے سے گزرتا ہے۔

اسے حاصل کرنے کے لیے، بہت سے اعلیٰ درجے کے ہیڈ فونز انکولی الگورتھم استعمال کرتے ہیں۔ فلٹرڈ x Least Mean Squares (FxLMS) الگورتھم فعال شور کنٹرول کے میدان میں سب سے زیادہ قائم کردہ الگورتھم میں سے ایک ہے۔

یہ عمل بہت دلچسپ ہے۔ ایک کنٹرولر منسوخی کا سگنل تیار کرتا ہے، ایک اندرونی مائیکروفون بقایا شور ("خرابی") کی پیمائش کرتا ہے، اور ایک الگورتھم اس خرابی کے اعداد و شمار کا استعمال کرتا ہے، ساتھ ہی اسپیکر سے کان تک صوتی راستے کے ڈیجیٹل ماڈل کے ساتھ، فلٹر کے کوفیشینٹس کو ایڈجسٹ کرتا ہے۔ یہ پیمائش اور بہتری کا ایک مسلسل لوپ ہے۔

تمام ہیڈ فون FxLMS استعمال نہیں کرتے ہیں۔ کچھ پہلے سے تربیت یافتہ فکسڈ فلٹرز پر انحصار کرتے ہیں، جبکہ دیگر فعال طور پر موافقت کرتے ہیں۔ تاہم، جیسا کہ مذکورہ بالا 2018 ہیڈسیٹ سگنل ٹریکنگ اسٹڈی میں بتایا گیا ہے، FxLMS پر مبنی ریئل ٹائم کنٹرول متحرک، آن دی فلائی ایڈجسٹمنٹ کے لیے ایک انتہائی موثر معیار ہے۔

کیوں شور کی منسوخی کچھ آوازوں کے لیے دوسروں کے مقابلے بہتر کام کرتی ہے۔

اگر آپ نے کبھی ان ہیڈ فونز کو آزمایا ہے تو آپ نے کچھ غیر معمولی محسوس کیا ہوگا۔ ہوائی جہاز کے انجن کی آواز آسانی سے ڈوب جاتی ہے، لیکن اسے روتے ہوئے بچے یا قریبی بات چیت کو روکنے میں مشکل پیش آتی ہے۔ ایسا کیوں ہوتا ہے؟

یہ سب تعدد اور پیشین گوئی پر منحصر ہے۔ کم تعدد کی آوازیں، جیسے مستحکم وینٹیلیشن شور یا بس انجن کی گرج، طول موج کی لمبی ہوتی ہیں اور وقت کے ساتھ نسبتاً آہستہ آہستہ تبدیل ہوتی ہیں۔ یہ کنٹرولر کو ویوفارم کا اندازہ لگانے اور ایک درست منسوخی سگنل پیدا کرنے کا کافی موقع فراہم کرتا ہے۔

اس کے برعکس، اعلی تعدد اور اچانک آوازوں کا اندازہ لگانا بہت مشکل ہے۔ دروازے پر جھٹکے، اونچی آواز میں کلپ اور اچانک چیخیں کنٹرولر کے پروسیسنگ لوپ سے زیادہ تیزی سے تبدیلیاں لاتی ہیں۔ مائیکروفون، پروسیسنگ سسٹم، اسپیکر، اور ساؤنڈ پاتھ سبھی میں جسمانی رکاوٹیں ہوتی ہیں جو ہائی فریکوئنسی ٹریکنگ کو ناقابل یقین حد تک مشکل بنا دیتی ہیں۔

اس کے علاوہ جس سمت سے آواز پیدا ہوتی ہے وہ بھی اہم کردار ادا کرتا ہے۔ فیڈ فارورڈ ایکٹیو نوائس کنٹرول ہیڈسیٹ کے 2014 کے کارگر مطالعہ نے اس بات پر روشنی ڈالی کہ کس طرح مختلف شور کی آمد کی سمتیں متعلقہ تاخیر کو تبدیل کرتی ہیں، جو براہ راست اس بات پر اثر انداز ہوتی ہے کہ ہارڈ ویئر تباہ کن مداخلت کے خلاف کس حد تک مؤثر طریقے سے مرحلے کو ترتیب دے سکتا ہے۔

غیر فعال شور کی تنہائی اب بھی کیوں اہم ہے۔

چونکہ فعال منسوخی میں یہ موروثی حدود ہیں، غیر فعال شور کی تنہائی اب بھی بہت اہم ہے۔ فعال منسوخی الیکٹرانکس پر انحصار کرتی ہے، جبکہ غیر فعال تنہائی مکمل طور پر جسمانی رکاوٹوں پر انحصار کرتی ہے، جیسے گھنے ایئرکپس، سخت صوتی مہریں، اور فوم ایرٹپس، کان میں داخل ہونے والی آواز کی مقدار کو جسمانی طور پر کم کرنے کے لیے۔

ANC کے برعکس، غیر فعال تنہائی شور مخالف سگنل پیدا نہیں کرتی ہے۔ لیکن دلچسپ بات یہ ہے کہ دونوں طریقے کامل ساتھی ہیں۔ ایک مضبوط جسمانی مہر قدرتی طور پر اعلی تعدد کی آوازوں کو سنبھالتی ہے (جیسے چہچہانا اور اچانک تالیاں) جسے ANC کنٹرولرز کو مؤثر طریقے سے منسوخ کرنے میں مشکل پیش آتی ہے۔ مثال کے طور پر، مطالعہ کے لیے معیاری ایئر پلگ پر غور کریں۔ ایئر پلگ مکمل طور پر غیر فعال ہیں، آواز کو روکنے کے لیے فوم یا سلیکون پر انحصار کرتے ہیں۔ فعال ہیڈ فون بالکل ایسا کرنے کے لیے اپنے جسمانی ڈیزائن پر انحصار کرتے ہیں، جس سے الیکٹرانک ANC سسٹم میں بھاری کم فریکوئنسی لفٹنگ ہوتی ہے۔

جب ماحول بدلتا ہے تو کیا ہوتا ہے؟

طبیعیات اور سگنل پروسیسنگ لیب میں کامل لگتی ہے، لیکن حقیقی دنیا گندا ہے۔ جیسے جیسے دن آگے بڑھ رہا ہے، صوتی ماحول مسلسل بدل رہا ہے۔

چلتے وقت اپنا سر موڑنا، کانوں کے کپ کو ایڈجسٹ کرنا، یا موٹے شیشوں کے فریم پہننے سے اسپیکر اور کان کے پردوں کے درمیان آواز کا راستہ بدل جاتا ہے۔ یہاں تک کہ آپ کے کان کے ارد گرد جسمانی مہر میں ہلکا سا وقفہ مائیکروفون تک پہنچنے والی آواز کو بدل دے گا۔ جب ایسا ہوتا ہے تو، منسوخی کا سگنل جس نے ایک منٹ پہلے بالکل کام کیا تھا، اچانک بہت کم موثر ہو سکتا ہے۔

کیا ہیڈ فون اس کو حقیقی وقت میں ڈھال سکتے ہیں؟ ہاں، لیکن مختلف ڈگریوں پر۔ اعلی درجے کی انکولی الگورتھم مسلسل فلٹر کے قابلیت کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے شور کی بقایا پیمائش کا استعمال کرتے ہیں۔ مختلف ماڈل بغیر کسی رکاوٹ کے مختلف حالات کے لیے موزوں پہلے سے تربیت یافتہ فلٹرز کے سیٹ کے درمیان سوئچ کر سکتے ہیں۔

فکسڈ فلٹرز میں انکولی گین الگورتھم پر 2022 کے ایک مطالعے سے پتہ چلتا ہے کہ کس طرح جدید ہیڈ فون پہلے سے تربیت یافتہ ڈیٹا کو انکولی وزن کے ساتھ ملا کر ان اچانک ماحولیاتی تبدیلیوں کو بغیر کسی رکاوٹ کے ہینڈل کر سکتے ہیں۔ ریئل ٹائم پروسیسنگ کا مطلب یہ نہیں ہے کہ سسٹم کا ہر حصہ اپنے کوڈ کو فلائی پر دوبارہ لکھتا ہے، بلکہ مقررہ حکمت عملیوں اور ریئل ٹائم ایڈجسٹمنٹ کا ایک ذہین مرکب۔

کیا شور کی منسوخی کی خصوصیت تمام آوازوں کو ختم کرتی ہے؟

اب وقت آگیا ہے کہ عام غلط فہمیوں کو درست کیا جائے۔ فعال شور کی منسوخی مکمل خاموشی کا خلا پیدا نہیں کرتی ہے۔ اس کے بجائے، یہ ناپسندیدہ کم تعدد آوازوں کو فعال طور پر کم کرتا ہے۔ انسانی تقریر، تیز ہائی فریکوئنسی شور، اور آوازیں جو جسمانی خلاء سے نکلتی ہیں پھر بھی آسانی سے کان کے پردوں تک پہنچ جاتی ہیں۔

کچھ صارفین کبھی کبھار ANC کو آن کرتے وقت "اپنے کانوں میں دباؤ" محسوس کرنے کی اطلاع دیتے ہیں۔ یہ ہیڈ فون نہیں ہیں جو آپ کی کھوپڑی پر خطرناک حد تک ہوا کا دباؤ ڈالیں گے۔ بلکہ دماغ کنفیوز ہو جاتا ہے۔ یہ دباؤ میں تبدیلی کے طور پر کم تعدد والے محیطی شور کی اچانک کمی کو ریکارڈ کرتا ہے، جیسے کہ کوئی ہوائی جہاز چڑھ رہا ہو۔

صحت کے نقطہ نظر سے، ANC بہت فائدہ مند ہے، لیکن یہ ایک علاج نہیں ہے. یہ شور مچانے والے ماحول میں خود بخود آپ کی سماعت کی حفاظت نہیں کرتا ہے، لیکن یہ پس منظر کے شور کو کم کرتا ہے، آپ کو قدرتی طور پر کم والیوم میں موسیقی سننے کی ترغیب دیتا ہے۔ درحقیقت، شور کو منسوخ کرنے والے ہیڈ فونز اور سماعت کے خطرات پر 2012 کے ایک مطالعے سے پتا چلا ہے کہ جب لوگ پس منظر کے شور میں ANC استعمال کرتے تھے، تو ان کی سننے کی ترجیحی سطح عام ایئربڈز استعمال کرنے کے مقابلے میں 4 ڈی بی تک کم تھی۔

اگرچہ یہ تمام سننے والوں کے لیے ضمانت نہیں ہو سکتا، لیکن یہ ظاہر کرتا ہے کہ کس طرح سمارٹ انجینئرنگ بالواسطہ طور پر آپ کے کانوں کی حفاظت میں مدد کر سکتی ہے۔

نتیجہ

اگلی بار جب آپ شور مچانے والی ٹرین یا ہوائی جہاز پر بیٹھیں، تو اپنے کانوں کے بالکل ساتھ جاری جنگ کی پوشیدہ ٹگ کی تعریف کرنے کے لیے ایک لمحہ نکالیں۔ ہیڈ فون صرف بیرونی دنیا کے لیے ایک جسمانی رکاوٹ نہیں ہیں۔ یہ فعال طور پر آنے والے شور کی پیمائش کرتا ہے، پیچیدہ الگورتھم کو ملی سیکنڈ میں پروسیس کرتا ہے، اور آپ کے کانوں کے قریب اصل آواز کو کم کرنے کے لیے چھوٹے اسپیکرز کے ذریعے ٹارگٹڈ شور کینسلیشن تعینات کرتا ہے۔

اسے ختم کرنے کے لیے درکار سراسر انجینئرنگ متاثر کن ہے۔ اندرونی کنٹرولر کو پروسیسنگ میں تاخیر، صوتی رویے، شور کی تبدیلیوں، اور ہارڈ ویئر کی جسمانی حدود کا مکمل حساب دینا چاہیے۔ ایک پرسکون سننے کا تجربہ ایک ایسے آلے میں فزکس اور کمپیوٹنگ کے درمیان خلا کو ختم کرنے کے لیے ایک ساتھ کام کرنے والے متعدد سسٹمز کا خوبصورت نتیجہ ہے جسے آپ کی جیب یا بیگ میں آسانی سے لے جایا جا سکتا ہے۔