रव (नॉइज़ इलेक्ट्रॉनिक्स)

गुलाबी ध्वनि में वोल्टेज के यादृच्छिक उतार -चढ़ाव।

इलेक्ट्रॉनिक्स में, विद्युत संकेत में ध्वनि एक अवांछित विक्षोभ है। इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों द्वारा उत्पन्न ध्वनि बहुत भिन्न होती है क्योंकि यह कई अलग-अलग प्रभावों से उत्पन्न होती है।

विशेष रूप से, ध्वनि भौतिकी में निहित है, और ऊष्मप्रवैगिकी के केंद्र में है। विद्युत प्रतिरोध वाला कोई भी सुचालक स्वाभाविक रूप से तापीय ध्वनि उत्पन्न करेगा। इलेक्ट्रॉनिक्स में तापीय ध्वनि का अंतिम उन्मूलन केवल निम्नतापीय रूप से प्राप्त किया जा सकता है, और तब भी क्वांटम ध्वनि अंतर्निहित रहेगी।

इलेक्ट्रॉनिक ध्वनि संकेत संसाधन में ध्वनि का एक सामान्य घटक है।

संचार प्रणालियों में, ध्वनि संचार चैनल में उपयोगी सूचना संकेत की त्रुटि या अवांछित यादृच्छिक विक्षोभ है। ध्वनि प्राकृतिक और कभी-कभी मानव निर्मित स्रोतों से अवांछित या विक्षोभकारी ऊर्जा का योग है। हालांकि, ध्वनि को सामान्यता अंतःक्षेप से अलग किया जाता है, उदाहरण के लिए संकेत-से-ध्वनि अनुपात (एसएनआर), संकेत-से-अंतःक्षेप अनुपात (एसआईआर) और संकेत-से-ध्वनि और अंतःक्षेप अनुपात (एसएनआईआर) उपायों में। ध्वनि को आमतौर पर विरूपण से अलग किया जाता है, जो संचार उपकरण द्वारा संकेत तरंग का अवांछित सुव्यवस्थित परिवर्तन है, उदाहरण के लिए संकेत-से-ध्वनि और विरूपण अनुपात (एसआईएनएडी) और कुल हार्मोनिक विरूपण और ध्वनि (टीएचडी + एन) उपायों में।

ध्वनि प्रकार

विभिन्न उपकरणों और विभिन्न प्रक्रियाओं द्वारा विभिन्न प्रकार की ध्वनि उत्पन्न होती हैं। गैर-शून्य तापमान पर तापीय ध्वनि अपरिहार्य है (उतार-चढ़ाव-अपव्यय प्रमेय देखें), जबकि अन्य प्रकार ज्यादातर उपकरण प्रकार पर निर्भर करते हैं (जैसे शॉट ध्वनि, जिसे एक तेज संभावित अवरोध की आवश्यकता होती है) या विनिर्माण गुणवत्ता और अर्धचालक दोष, जैसे चालन में उतार-चढ़ाव, जिसमें 1/f ध्वनि शामिल है।

तापीय ध्वनि

जॉनसन-नाइक्विस्ट ध्वनि (प्राय: तापीय ध्वनि) अपरिहार्य है, और एक विद्युत सुचालक के अंदर आवेश वाहक (साधारणतया इलेक्ट्रॉनों) की यादृच्छिक तापीय गति से उत्पन्न होता है, जो किसी भी लागू वोल्टेज के बावजूद होता है। तापीय ध्वनि लगभग सफेद होता है, जिसका अर्थ है कि इसकी शक्ति वर्णक्रमीय घनत्व पूरे आवृत्ति स्पेक्ट्रम में लगभग बराबर है। संकेत के आयाम में लगभग एक गौसीयन संभाव्यता घनत्व फलन होता है। तापीय ध्वनि से प्रभावित एक संचार प्रणाली को प्राय: एक योजक सफेद गौसीयन ध्वनि (एडब्ल्यूजीएन) चैनल के रूप में तैयार किया जाता है।

शॉट ध्वनि

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में शॉट शोर विद्युत प्रवाह के अपरिहार्य यादृच्छिक सांख्यिकीय उतार-चढ़ाव के परिणामस्वरूप होता है जब चार्ज वाहक (जैसे इलेक्ट्रॉन) एक अंतराल को पार करते हैं। यदि इलेक्ट्रॉन एक बाधा के पार प्रवाहित होते हैं, तो उनके आगमन का समय असतत होता है। वे असतत आगमन शॉट शोर प्रदर्शित करते हैं। आमतौर पर, डायोड में बैरियर का उपयोग किया जाता है। शॉट शोर टिन की छत पर गिरने वाली बारिश से उत्पन्न शोर के समान है। बारिश का प्रवाह अपेक्षाकृत स्थिर हो सकता है, लेकिन अलग-अलग बारिश की बूंदें अलग-अलग आती हैं।

शॉट नॉइज़ करंट का मूल-माध्य-वर्ग मान शोट्की सूत्र द्वारा दिया गया है।

$i_{n}={\sqrt {2Iq\Delta B}}$

जहां आई (I) डीसी करंट है, क्यु (q) एक इलेक्ट्रॉन का आवेश है, और बी (B) हर्ट्ज में बैंडविड्थ है। शोट्की सूत्र स्वतंत्र आगमन माना जाता है।

निर्वात नलिका शॉट ध्वनि प्रदर्शित करती हैं क्योंकि इलेक्ट्रॉन कैथोड को यादृच्छिक रूप से छोड़ देते हैं और एनोड (प्लेट) पर पहुंच जाते हैं। एक नलिका पूर्ण शॉट ध्वनि प्रभाव प्रदर्शित नहीं कर सकती है एक स्थानिक आवेश की उपस्थिति आगमन के समय को सुगम बनाती है (और इस प्रकार विद्युत की यादृच्छिकता को कम करती है)। पेंटोड और स्क्रीन-ग्रिड टेट्रोड ट्रायोड की तुलना में अधिक ध्वनि प्रदर्शित करते हैं क्योंकि कैथोड विद्युत स्क्रीन ग्रिड और एनोड के बीच यादृच्छिक रूप से विभाजित होता है।

चालक और प्रतिरोधक सामान्यता शॉट ध्वनि प्रदर्शित नहीं करते हैं क्योंकि इलेक्ट्रॉन पदार्थ के भीतर थर्मलाइज और अलग-अलग रूप से चलते हैं, इलेक्ट्रॉनों का आगमन समय असतत नहीं होता है। मेसोस्कोपिक प्रतिरोधों में शॉट ध्वनि का प्रदर्शन किया गया है जब प्रतिरोधक तत्व का आकार इलेक्ट्रॉन-फोनन बिखरने की लंबाई से छोटा हो जाता है।

विभाजन ध्वनि

जहां विद्युत दो (या अधिक) पथों के बीच विभाजित होता है, इस विभाजन के दौरान होने वाले यादृच्छिक उतार-चढ़ाव के परिणामस्वरूप ध्वनि उत्पन्न होती है।

इस कारण से, एक ट्रांजिस्टर के दो पीएन जंक्शनों से संयुक्त शॉट ध्वनि की तुलना में अधिक ध्वनि होगी।

झिलमिलाहट ध्वनि

झिलमिलाहट ध्वनि, जिसे 1/f ध्वनि के रूप में भी जाना जाता है, एक आवृत्ति स्पेक्ट्रम के साथ एक संकेत या प्रक्रिया है जो गुलाबी स्पेक्ट्रम के साथ उच्च आवृत्तियों में तेजी से गिरती है। यह लगभग सभी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में होता है और विभिन्न प्रभावों के परिणामस्वरूप होता है।

विस्फोट ध्वनि

विस्फोट ध्वनि में दो या दो से अधिक असतत वोल्टेज या विद्युत स्तरों के बीच अचानक चरण-जैसे संक्रमण होते हैं, जो यादृच्छिक और अप्रत्याशित समय पर कई सौ माइक्रोवोल्ट तक होते हैं। प्रतिसंतुलन (ऑफसेट) वोल्टेज या विद्युत में प्रत्येक बदलाव कई मिलीसेकंड से सेकंड तक रहता है। इसे श्रव्य परिपथ में उत्पन्न होने वाली आस्फोटन या क्रैकलिंग ध्वनियों के लिए पॉपकॉर्न ध्वनि के रूप में भी जाना जाता है।

पारगमन समय ध्वनि

यदि ट्रांजिस्टर में एमिटर से संग्राहक तक यात्रा करने के लिए इलेक्ट्रॉनों द्वारा लिया गया समय संकेत के प्रवर्धित होने की अवधि के बराबर हो जाता है, अर्थात, वीएचएफ और उससे अधिक आवृत्तियों पर, पारगमन-समय प्रभाव होता है और ध्वनि निविष्ट (इनपुट) अवरोध होती है और ट्रांजिस्टर घटता है। जिस आवृत्ति पर यह प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाता है, वह आवृत्ति के साथ बढ़ता है और ध्वनि के अन्य स्रोतों पर जल्दी प्रभावी हो जाता है।

युग्मित ध्वनि

जबकि इलेक्ट्रॉनिक परिपथ में ही ध्वनि उत्पन्न हो सकता है, अतिरिक्त ध्वनि ऊर्जा को बाहरी वातावरण से, आगमनात्मक युग्मन या धारिता युग्मन द्वारा या रेडियो ग्राही के एंटीना के माध्यम से एक परिपथ में जोड़ा जा सकता है।

स्रोत

इंटरमॉड्यूलेशन शोर

यह तब होता है जब विभिन्न आवृत्तियों के संकेत एक ही गैर-रेखीय माध्यम साझा करते हैं।

क्रॉसस्टॉक

घटना जिसमें एक परिपथ या संचारण प्रणाली के चैनल में प्रेषित संकेत दूसरे चैनल में संकेत पर अवांछित हस्तक्षेप करता है।

हस्तक्षेप

एक माध्यम के साथ यात्रा करने वाले संकेत में संशोधन या व्यवधान।

वायुमंडलीय ध्वनि

इसे स्थैतिक ध्वनि भी कहा जाता है, यह गरज के साथ बिजली के निर्वहन और प्रकृति में होने वाली अन्य विद्युत विक्षोभ, जैसे कोरोना निर्वहन के कारण होता है।

औद्योगिक ध्वनि

ऑटोमोबाइल, विमान, इग्निशन इलेक्ट्रिक मोटर और स्विचिंग गियर, उच्च वोल्टेज तार और फ्लोरोसेंट लैंप जैसे स्रोत औद्योगिक ध्वनि का कारण बनते हैं। ये ध्वनि इन सभी संचालनों में मौजूद निर्वहन से उत्पन्न होती हैं।

सौर ध्वनि

सूर्य से उत्पन्न होने वाले ध्वनि को सौर ध्वनि कहा जाता है। सामान्य परिस्थितियों में, उच्च तापमान के कारण सूर्य से लगभग निरंतर विकिरण होता है, लेकिन सौर तूफान विभिन्न प्रकार की विद्युत विक्षोभ पैदा कर सकते हैं। सौर ध्वनि की तीव्रता सौर चक्र में समय के साथ बदलती रहती है।

ब्रह्मांडीय शोर

दूर के तारे शोर उत्पन्न करते हैं जिसे ब्रह्मांडीय शोर कहा जाता है। जबकि ये तारे स्थलीय संचार प्रणालियों को व्यक्तिगत रूप से प्रभावित करने के लिए बहुत दूर हैं, उनकी बड़ी संख्या में सराहनीय सामूहिक प्रभाव होते हैं। ब्रह्मांडीय शोर 8 मेगाहर्ट्ज से 1.43 गीगाहर्ट्ज की सीमा में देखा गया है, बाद की आवृत्ति 21-सेमी हाइड्रोजन लाइन के अनुरूप है। मानव निर्मित ध्वनि के अलावा, यह लगभग 20 से 120 मेगाहर्ट्ज की सीमा में सबसे मजबूत घटक है। 20 मेगाहर्ट्ज से कम की ब्रह्मांडीय ध्वनि आयनमंडल में प्रवेश करती है, जबकि 1.5 गीगाहर्ट्ज़ से अधिक की आवृत्तियों पर इसका अंतिम रूप से गायब होना संभवतः इसे उत्पन्न करने वाले तंत्र औरअंतरतारकीय अंतरिक्ष में हाइड्रोजन द्वारा और इसके अवशोषण द्वारा नियंत्रित होता है। [उद्धरण वांछित]

शमन

कई मामलों में परिपथ में संकेत पर पाया जाने वाली ध्वनि अवांछित होती है। कई अलग-अलग ध्वनि कम करने की तकनीकें हैं जो एक परिपथ द्वारा उठाई गई ध्वनि को कम कर सकती हैं।

1. फैराडे पिंजरे - एक परिपथ को घेरने वाले फैराडे पिंजरे का उपयोग बाहरी ध्वनि स्रोतों से परिपथ को अलग करने के लिए किया जा सकता है। एक फैराडे पिंजरे उन ध्वनि स्रोतों को संबोधित नहीं कर सकता है जो परिपथ में ही उत्पन्न होते हैं या जो बिजली की आपूर्ति सहित इसके इनपुट पर होते हैं।
2. धारिता युग्मन - धारिता युग्मन एक एसी संकेत को सर्किट के एक हिस्से से दूसरे हिस्से में विद्य़ुत क्षेत्र के परस्पर क्रिया के जरिए लेने की अनुमति देता है। जहां युग्मन अनपेक्षित है, बेहतर परिपथ अभिविन्यास और संपर्कन के माध्यम से प्रभावों को संबोधित किया जा सकता है।
3. ग्राउंड लूप - परिपथ को ग्राउंड करते समय ग्राउंड लूप से बचना महत्वपूर्ण है। ग्राउंड लूप तब होते हैं जब दो ग्राउंड संयोजन के बीच वोल्टेज अंतर होता है। इसे ठीक करने का एक अच्छा तरीका यह है कि ग्राउंड बस में सभी ग्राउंड तारों को समान क्षमता में लाया जाए।
4. परिरक्षण केबल - एक परिरक्षित केबल को तारों के लिए फैराडे पिंजरे के रूप में माना जा सकता है और एक संवेदनशील परिपथ में तारों को अवांछित ध्वनि से बचा सकता है। प्रभावी होने के लिए ढाल को आधार बनाया जाना चाहिए। ढाल को केवल एक छोर पर रखने से ढाल पर ग्राउंड लूप से बचा जा सकता है।
5. परिवलित युग्म वायरिंग - सर्किट में परिवलित तार विद्युतचुम्बकीय (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक) ध्वनि को कम करेंगे। तारों को घुमाने से लूप का आकार कम हो जाता है जिसमें तारों के बीच विद्युत पैदा करने के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र चल सकता है। एक साथ मुड़े हुए तारों के बीच छोटे लूप मौजूद हो सकते हैं, लेकिन इन लूपों से गुजरने वाला चुंबकीय क्षेत्र प्रत्येक तार पर वैकल्पिक छोरों में विपरीत दिशाओं में प्रवाहित होने वाली धारा को प्रेरित करता है और इसलिए कोई शुद्ध ध्वनि प्रवाह नहीं होता है।
6. नॉच फिल्टर - नॉच फिल्टर या बैंड-रिजेक्शन फिल्टर एक विशिष्ट ध्वनि आवृत्ति को समाप्त करने के लिए उपयोगी होते हैं। उदाहरण के लिए, भवन के भीतर बिजली की लाइनें 50 या 60 हर्ट्ज लाइन आवृत्ति पर चलती हैं। एक संवेदनशील परिपथ इस आवृत्ति को ध्वनि के रूप में ग्रहण करेगा। लाइन आवृत्ति से जुड़ा एक नॉच फ़िल्टर ध्वनि को दूर कर सकता है। सर्किट को ठंडा करके तापीय ध्वनि को कम किया जा सकता है - यह सामान्यतः केवल उच्च सटीकता वाले उच्च मान के अनुप्रयोगों जैसे रेडियो टेलीस्कोप में नियोजित होता है।

परिमाणीकरण

इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली में ध्वनि का स्तर सामान्यतः वाट या डीबीएम में विद्युत शक्ति एन के रूप में मापा जाता है, वोल्ट में एक रूट माध्य वर्ग (आरएमएस) वोल्टेज (ध्वनि मानक विचलन के समान), डीबीμV या वोल्ट में एक औसत वर्ग त्रुटि (एमएसई) के रूप में मापा जाता है। विद्युत ध्वनि-स्तरीय मापन इकाइयों के उदाहरण हैं dBu, dBm0, dBrn, dBrnC, और dBrn(f1 - f2), dBrn(144-लाइन)। ध्वनि को इसकी संभाव्यता वितरण और ध्वनि वर्णक्रमीय घनत्व N0(f) वाट प्रति हर्ट्ज़ द्वारा भी चित्रित किया जा सकता है।

एक ध्वनि संकेत को सामान्यतः एक उपयोगी सूचना संकेत के लिए एक रैखिक जोड़ के रूप में माना जाता है। ध्वनि से जुड़े विशिष्ट संकेत गुणवत्ता उपायों में संकेत-से-ध्वनि अनुपात (एसएनआर या एस / एन), संकेत-से-परिमाणीकरण ध्वनि अनुपात (एसक्यूएनआर) एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण और संपीडन, उच्च संकेत-से-ध्वनि अनुपात (पीएसएनआर) शामिल हैं। कैस्केड एम्पलीफायरों में छवि और वीडियो कोडिंग और शोर आंकड़े में, एक वाहक-मॉड्यूलेटेड पासबैंड एनालॉग संचार प्रणाली में, रेडियो ग्राही इनपुट पर एक निश्चित वाहक-से-ध्वनि अनुपात (सीएनआर) के परिणामस्वरूप पता लगाए गए संदेश संकेत में एक निश्चित संकेत-से-ध्वनि अनुपात होगा। एक डिजिटल संचार प्रणाली में, एक निश्चित ईबी/एन0 (सामान्यीकृत संकेत-से-ध्वनि अनुपात) के परिणामस्वरूप एक निश्चित थोड़ी त्रुटि दर होगी। दूरसंचार प्रणाली प्रभावी ढंग से डेटा स्थानांतरित करने के लिए संकेत स्तर की ध्वनि स्तर के अनुपात में वृद्धि करने का प्रयास करती है। दूरसंचार प्रणालियों में ध्वनि प्रणाली के आंतरिक और बाहरी दोनों स्रोतों का एक उत्पाद होता है।

ध्वनि एक यादृच्छिक प्रक्रिया है, जो इसके विचरण, वितरण और वर्णक्रमीय घनत्व जैसे स्टोकेस्टिक गुणों की विशेषता है। ध्वनि का वर्णक्रमीय वितरण आवृत्ति के साथ भिन्न हो सकता है, इसलिए इसकी शक्ति घनत्व वाट प्रति हर्ट्ज (डब्ल्यू / हर्ट्ज) में मापी जाती है। चूंकि एक प्रतिरोधक तत्व में शक्ति उसके पार वोल्टेज के वर्ग के समानुपाती होती है, ध्वनि वोल्टेज (घनत्व) को ध्वनि शक्ति घनत्व का वर्गमूल लेकर वर्णित किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप वोल्ट प्रति रूट हर्ट्ज़ है। एकीकृत सर्किट उपकरण, जैसे कि परिचालन एम्पलीफायर सामान्यतः इन शर्तों (कमरे के तापमान पर) में समकक्ष इनपुट ध्वनि स्तर को उद्धृत करते हैं।

स्पंदन

यदि ध्वनि स्रोत को संकेत के साथ सहसंबद्ध किया जाता है, जैसे कि परिमाणीकरण त्रुटि के मामले में, अतिरिक्त शोर का जानबूझकर परिचय, जिसे स्पंदन कहा जाता है, महत्तवपूर्ण बैंडविड्थ में समग्र ध्वनि को कम कर सकता है। यह तकनीक किसी उपकरण के नाममात्र का पता लगाने की सीमा से नीचे के संकेतों की पुनर्प्राप्ति की अनुमति देता है। यह प्रसंभाव्य (स्टोकेस्टिक) प्रतिध्वनि का एक उदाहरण है।

यह भी देखें

• रद्दीकरण के माध्यम से ध्वनि में कमी के लिए सक्रिय ध्वनि नियंत्रण।
• ध्वनि के रंग।
• ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण की खोज।
• ध्वनि के अधीन डिजिटल संकेतों के लिए त्रुटि का पता लगाना और सुधार करना।
• पीढ़ी-पुनर्संयोजन ध्वनि।
• मोडेम में ध्वनि में कमी के लिए मिलान किया गया फ़िल्टर।
• ध्वनि (संकेत प्रसंस्करण)।
• ध्वनि में कमी और ऑडियो और छवियों के लिए।
• फोनन ध्वनि।

Further reading

• Sh. Kogan (1996). Electronic Noise and Fluctuations in Solids. Cambridge University Press. ISBN 0-521-46034-4.
• Scherz, Paul. (2006, Nov 14) Practical Electronics for Inventors. ed. McGraw-Hill.