ضجيج

الضجيج noise، هو مجموعة الإشارات غير المرغوبة التي تؤثر سلباً على حسن استقبال الإشارة المفيدة. ويُميَّز عادة بين الضجيج الناجم عن التشويش العشوائي وبين التداخلات الناجمة عن الإشارات الأخرى المفيدة.

تبوأ مفهوم الضجيج مكانة مهمة مع تطور التقنيات الحديثة، كالإلكترونيات والاتصالات والقياسات، إلا أنه ارتبط تاريخياً بالصوت، فقد عُرّف الضجيج على أنه كل ظاهرة صوتية غير مرغوب بها بصرف النظر عن طبيعتها وشدتها.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

أنواع الضجيج ومصادره

ثمة تصنيفات عديدة للضجيج تبعاً للمجال المدروس، منها الحراري والبيئي والصدى والتداخل. كما توجد مصادر عديدة للضجيج، منها الطبيعي كالفضاء الخارجي والغلاف الجوي، ومنها الصنعي (أي من صنع الإنسان) كالآلات ووسائط النقل وغيرها، كما يمكن أن يكون منشأ الضجيج خارجياً بالنسبة للنظام أو داخلياً. ويمكن غالباً التخلص أو الحد من الضجيج الخارجي، أما الضجيج الداخلي فلا يمكن التخلص منه.

وتجدر الإشارة إلى أن الضجيج مفهوم نسبي؛ فعلى سبيل المثال تمثل الإشارة الواردة من ساتل اتصالات بالنسبة لمحطة استقبال أرضية للاتصالات الإشارة المفيدة، في حين تمثل الإشارات الصادرة عن الفضاء الخارجي الضجيج، وبالعكس فإن الإشارة الساتلية تعد ضجيجاً بالنسبة لمحطة رصد فضائي أرضية تعنى بالإشارات الكونية، كما أن الضجيج مفهوم غير موضوعي؛ فتهامس شخصين في قاعة السينما يعده المشاهدون ضجيجاً، في حين أن صراخهما في حفلة موسيقية صاخبة قد لا يُعدّ إزعاجاً.

الضجيج في الصوتيات

يميز في الصوتيات بين نوعين من الأصوات:

الأصوات الجوية التي تنتشر في الهواء مثل حركة المرور.

الأصوات الصلبة التي تنقلها الأجسام الصلبة (الأرض مثلاً) لدى اهتزازها.

ويقاس مستوى الصوت بالديسيبل dB، أما الارتفاع (أو التردد) فيقاس بالهرتز. ويعبر عن الضجيج في القياسات الصوتية بـ dBA، إذ يأخذ معامل التثقيل A في الحسبان منحني الحساسية الوسطى للأذن.

وما يميز الضجيج من الأصوات الموسيقية الناجمة عن اهتزازات دورية، أنه ناتج من تراكب اهتزازات متعددة عند ترددات مختلفة غير متوافقة فيما بينها. ويملك الضجيج خصائص فيزيائية محددة، لكنه يُعرف أيضاً بالإحساس الذي يولده. وتوجد سمات رئيسية للضجيج تسمح بمعرفته وتحديد آثاره، منها شدته ومركباته الترددية ومدته وتعقيده.

يمكن الحد من آثار الضجيج في الصوتيات باستخدام مرشحات filters ترددية مناسبة وتجهيزات عزل صوتي، أو التحكم بمصدر الضجيج ذاته للحد منه، كوضعه داخل غرف معزولة صوتياً.

الضجيج في الكهرباء والإلكترونيات

تولد الدارات الكهربائية والإلكترونية ضجيجاً يسمى بالضجيج الخلفي background noise، ويرتبط هذا الضجيج بالتغيرات المفاجئة التي تؤثر في مقدار كهربائي (جهد أو تيار أو حقل) داخل العناصر الفعالة وغير الفعالة المختلفة في الدارات، ويعود سبب تلك التغيرات إلى السمة الخاصة للكهرباء، وهي ارتباط المقادير الآنفة الذكر بالحركات غير المنتظمة للشحنات الأولية، وعادة ما يكون عدد تلك الشحنات كبيراً جداً، فيبدو أثرها الإجمالي ثابتاً أو متغيراً بصورة مستمرة.

ويميز في الإلكترونيات ثلاثة مصادر أساسية للضجيج:

الضجيج الحراري :thermal noise يظهر في المقاومات بمفهومها العريض؛ إذ تخضع الإلكترونات في ناقل إلى حركات عشوائية (تحريض حراري)، وهي تنتج تغيراً في الجهد على طرفي الناقل، وتولد هذه الظاهرة جهداً عشوائياً أيضاً يدعى جهد الضجيج، تتناسب قيمته الفعالة طرداً مع الجذر التربيعي لحزمة التمرير المعتبرة ومع المقاومة الكهربائية للناقل ومع الحرارة. وهذا الضجيج أبيض white noise، وله توزع طبيعي، ويقال عن ضجيج إنه أبيض إذا كان طيفه الترددي مسطحاً، ومن ثَم فإن المطالات متساوية من أجل الترددات كلها.

الضجيج الطلقي shot noise: هو ضجيج أبيض وله توزع بواسون Poisson، يظهر في منابع التيار الإلكترونية (ديودات وترانزيستورات و صمامات). إذ يختلف عدد الإلكترونات والثقوب التي تشارك في النقل بصورة عشوائية، بالرغم من أن القيمة الوسطية لهذا العدد ثابتة وتتعلق بالمادة وبالتيار المار، وينتج من ذلك تغير عشوائي في التيار تتناسب قيمته الفعالة طرداً مع الجذر التربيعي للتيار المار في الناقل.

الضجيج الارتعاشي flicker noise: ضجيج وردي rose، وله توزع بواسون، يظهر في الترانزيستورات والصمامات. حيث يكون لبعض المركبات الإلكترونية من أنصاف النواقل ارتباط طيفي في الترددات المنخفضة يتناسب عكساً مع التردد، ويعود سببه إلى ظواهر سطحية ويتعلق بالتكنولوجيا المستخدمة.

وتجدر الإشارة إلى وجود أنواع أخرى أقل أهمية، كضجيج التفرق partition noise في الصمامات المتعددة المساري، وضجيج التوليد والاتحاد، والضجيج الدفقي burst noise في أنصاف النواقل.

الضجيج في الاتصالات

يتكون الضجيج في الاتصالات من كل المساهمات غير المرغوب بها، والتي تضاف استطاعتها إلى استطاعة الحامل المرغوبة. ويُنقِص الضجيج من قدرة المستقبل على استخلاص المعلومات المفيدة بصورة سليمة. وتُقسم مصادر الضجيج إلى نوعين: الضجيج الخارجي الناجم عن مصادر إشعاع طبيعية، والضجيج الداخلي الذي تولده مكونات تجهيزات الاستقبال. أما المساهمات الناجمة عن مصادر إرسال أخرى غير مرغوبة فيطلق عليها تداخلات.

والضجيج المؤذي، هو الضجيج الذي تقع استطاعته ضمن عرض حزمة الاستقبال المرغوبة. ويعد الضجيج الأبيض أحد نماذج الضجيج الأكثر شيوعاً، ويتميز بكثافة طيفية للاستطاعة ثابتة ضمن حزمة الترددات المعنية.

الشكل (1) نمذجة منبع ضجيج ورباعي أقطاب حقيقي

ويستخدم مفهوم حرارة ضجيج الدخل الفعلية لتحديد مساهمة الضجيج الناجمة عن دارة أو جهاز. وتُعرَّف حرارة ضجيج الدخل الفعلية لعنصر رباعي أقطاب؛ بأنها الحرارة الترموديناميكية للمقاومة التي إذا ما وضعت عند دخل رباعي الأقطاب عديم الضجيج، أعطت استطاعة الضجيج ذاتها التي يعطيها المكون دون وجود منبع ضجيج عند دخله (الشكل 1). ومن ثَم فإن حرارة ضجيج الدخل هي قياس للضجيج الذي تولده المكونات الداخلية للعنصر رباعي الأقطاب.

كما يستخدم مفهوم معامل الضجيج noise figure لعنصر رباعي أقطاب، وهو النسبة بين استطاعة الضجيج الكلية المتوافرة عند خرج العنصر إلى استطاعة مركبة الضجيج المولدة من قبل منبع، موجود عند دخل العنصر، حرارة ضجيجه تساوي الحرارة المطلقة المرجعية أي 290كالفن. وهكذا فإن معامل الضجيج مقدار أكبر من الواحد دوماً. والمفهومان مرتبطان بعلاقة رياضية بسيطة.

ويقاس أداء نظام اتصالات بنسبة استطاعة الإشارة إلى استطاعة الضجيج signal-to-noise ratio، ومن ثمَ كلما ازداد مستوى الضجيج كلما انخفض الأداء، وقد يغدو كشف الإشارة عند المستقبل مستحيلاً إذا ما انخفضت تلك النسبة عن حد معين.

الشكل (3) ربط رباعيات الأقطاب على التعاقب

توجد طرائق خاصة للحد من آثار الضجيج في أنظمة الاتصالات، وتتمثل إما في رفع استطاعة الإشارة المرسلة لتحسين نسبة الإشارة إلى الضجيج، أو استخدام تقنيات خاصة كرفع الذروة عند الإرسال وخفضها عند الاستقبال في أنظمة الإرسال التلفزيوني التماثلية، كما يمكن الحد من آثار الضجيج الداخلي لأنظمة الاستقبال بوضع تجهيزات خاصة منخفضة الضجيج (مضخم منخفض الضجيج) في النهاية الأمامية لسلسلة الاستقبال ووضع الأجزاء عالية الضجيج (كالمازج) في مراحل متأخرة، لأن عامل ضجيجها سيقسم على ربح المراحل التي تسبقها (الشكل 2)، ومن ثَم تصبح مساهمتها الضجيجية في كامل النظام أخفض.

ويعطى عامل الضجيج لسلسلة عناصر على التعاقب (الشكل 2) بالعلاقة:

FT = F1 + [F2 -1]/Gd1 +…..+

[Fn-1]/Gd1Gd2…Gdn-1

الضجيج في القياسات

الضجيج في القياسات هو التقاط غير مرغوب به (عادة ما يكون جيبياً). ويشوش الضجيج على الإشارة المراد قياسها وقد يحجبها.

ويُميز بين ثلاثة أنواع من الضجيج، أولها الإشعاعات الكهرمغنطيسية التي تنجم عن مركبتي إشارة متناوبة، ولها جزء كهربائي ناتج من تغيرات الجهد وجزء مغنطيسي ناجم عن التيار المتناوب، ويمكن التخلص من المركبة الكهربائية باستخدام أقفاص فارادي، في حين لا يسمح التحجيب المعدني النموذجي بإزالة التحريض المغنطيسي. أما النوع الثاني فهو التشويه التوافقي الرئيسي، وله أهمية خاصة في المنشآت الصناعية. والنوع الثالث هو النتوءات النبضية الرئيسية أو العابرة والتي تحدث عندما يوجد تفعيل قوي لتيار في دارة قريبة، وهي سريعة لكنها قد تطرح مشكلة في الدارات الرقمية.

وتعد الأجهزة الكهربائية والإلكترونية عموماً بما فيها الحواسيب مصادر للضجيج، إضافة إلى المشعات وأسلاك التمديد الطويلة. ويمكن خفض ضجيج القياسات باستخدام التحجيب والمرشحات الرئيسية والكوابل القصيرة والتوضع المناسب.

الضجيج البيئي

ويطلق عليه أيضاً الضجيج السكني أو المنزلي، وهو الضجيج الناجم عن كل المصادر باستثناء الضجيج في مواقع العمل الصناعية. ومن المصادر الرئيسية للضجيج البيئي:

ضجيج النقل: وهو من أهم مصادر التلوث الضجيجي البيئي، يتكون من حركة المرور الطرقية وحركة الملاحة الجوية وحركة السكك الحديدية. وتصدر المركبات الأكثر وزناً والأكبر حجماً بصورة عامة ضجيجاً أكبر مما تصدره المركبات الخفيفة والصغيرة باستثناء المركبات ثنائية وثلاثية العجلات. ويعود مصدر ضجيج المركبات الطرقية بشكل رئيسي إلى المحرك وإلى التماس الاحتكاكي بين المركبة والهواء والأرض.

الضجيج الصناعي: تُحدث الصناعات الميكانيكية ضجيجاً شديداً سواء داخل المنشأة الصناعية أم خارجها. ويعود سبب ذلك الضجيج إلى آلات من جميع الأصناف، ويزداد ذلك الضجيج عادة بازدياد استطاعة الآلات. وقد غدت آليات توليد الضجيج من قبل الآلات معروفة بصورة جيدة، ويمكن الحد منه بوضع الآلات العالية الضجيج ضمن غرف معزولة خاصة وتزويد العاملين بواقيات أذن ومخمدات. كما تحرص الجهات الوصائية على إشادة المنشآت الصناعية بعيداً عن المناطق السكنية.

ضجيج البناء وخدمات الأبنية: يمكن لأعمال إشادة الأبنية والأشغال العامة توليد ضجيج هائل، كما أن الخدمات العامة، كجمع القمامة وتنظيف الطرقات، قد تسبب إزعاجاً إذا ما تمت في أوقات حرجة كالصباح الباكر أو المساء.

الضجيج المنزلي والضجيج الناجم عن نشاطات الترفيه: تعد أنظمة التكييف والآلات الكهربائية والجوار من أهم مصادر الضجيج الداخلي، ويرتبط ضجيج الجوار بمنشآت الترفيه كالمطاعم وأماكن اللهو، وكذلك بمواقف السيارات وبالحيوانات المنزلية.

وقد وضعت معظم الدول ضوابط للضجيج البيئي الصادر عن حركة المرور البرية والجوية والسكك الحديدية وآلات البناء والمواقع الصناعية بتطبيق معايير صارمة، كما وضعت معايير للخصائص الصوتية للمباني وقوانين لحماية مواطنيها من أشكال الضجيج كافة. إذ يمكن للضجيج أن يتسبب بفقدان السمع جزئياً أو كلياً، وكذلك باضطرابات عصبية وقلبية وارتفاع الضغط الشرياني وعدم التوازن.

التحكم بالضجيج

يمكن التخلص من الضجيج أو تخفيضه عند مستويات ثلاثة: عند المصدر أو في أثناء النقل أو عند الاستقبال.

والحلول عديدة عند المصدر، كاستخدام كاتمات الصوت أو المرشحات الصوتية والحوامل المضادة للاهتزاز بالنسبة للآلات الصناعية. أما بالنسبة للملاحة الجوية فالحل يكمن في اختيار ذكي للمسارات الجوية وإبعاد المطارات عن المناطق السكنية أو وقف الحركة فيها ليلاً.

وفيما يخص مرحلة النقل، فثمة حلول عديدة أيضاً منها، العزل الصوتي للمباني السكنية (باستخدام مواد خاصة للجدران، وزجاج مضاعف للنوافذ) وإشادة جدران مضادة للضجيج على جانبي الطرقات السريعة وبناء شاشات حماية حول الآلات الصناعية.

أما في مرحلة الاستقبال، فثمة حلول الحماية الفردية مثل، واقيات الأذن التي يستخدمها الطيارون وطاقم الملاحة وعناصر الحركة الأرضية في المطارات، وكذلك سدادات الأذن إذا كان التخفيض الصوتي المطلوب قليلاً.

أنظر أيضاً

قراءات أخرى

Kosko, Bart (2006). Noise. Viking Press.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المراجع

عبد الرزاق الخطيب، صحتك في عملك (مؤسسة الثقافية العمالية 1979).
N.M.BLACHMAN, Noise and its Effects on Communication, (McGraw-Hill Inc 1966).
P.K.C.MAC DONALDS, Noise and Fluctuations: an Introduction, (John Wiley, 1962).

المصادر

الموسوعة العربية

وصلات خارجية

اقرأ اقتباسات ذات علاقة بضجيج، في معرفة الاقتباس.