الضجيج noise، هومجموعة 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 جميع 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 خلق الإنسان) كالآلات ووسائط النقل وغيرها، كما يمكن حتىقد يكون منشأ الضجيج خارجياً بالنسبة للنظام أوداخلياً. ويمكن غالباً التخلص أوالحد من الضجيج الخارجي، أما الضجيج الداخلي فلا يمكن التخلص منه.

وتجدر الإشارة إلى حتى الضجيج مفهوم نسبي؛ عملى 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 حتى الضجيج مفهوم غير موضوعي؛ فتهامس شخصين في قاعة السينما يعده المشاهدون ضجيجاً، في حين حتى 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 (أوالتردد) 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 يُعهد أيضاً بالإحساس الذي يولده. وتوجد سمات رئيسية للضجيج تسمح بمعهدته وتحديد آثاره، منها شدته ومركباته الترددية ومدته وتعقيده.

يمكن الحد من آثار الضجيج في الصوتيات باستخدام مرشحات filters ترددية مناسبة وتجهيزات عزل صوتي، أوالتحكم 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 أوتيار أوحقل) داخل العناصر الفعالة وغير الفعالة المتنوعة في الدارات، ويعود سبب تلك التغيرات إلى السمة الخاصة للكهرباء، وهي ارتباط المقادير الآنفة الذكر بالحركات غير المنتظمة للشحنات الأولية، وعادة ماقد يكون عدد تلك الشحنات كبيراً جداً، فيبدوأثرها الإجمالي ثابتاً أومتغيراً 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، وينطق عن ضجيج إنه أبيض إذا كان طيفه الترددي مسطحاً، ومن ثَم فإن المطالات متساوية من أجل الترددات كلها.

• الضجيج الطلقي shot noise: هوضجيج أبيض وله توزع بواسون Poisson، يظهر في منابع التيار الإلكترونية (ديودات وترانزيستورات وصمامات). إذ يختلف عدد الإلكترونات والثقوب التي تشارك في النقل بصورة عشوائية، بالرغم من حتى 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. حيثقد 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 جميع 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، هوالضجيج 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.

ويستخدم مفهوم حرارة ضجيج الدخل العملية لتحديد مساهمة الضجيج الناجمة عن دارة أوجهاز. وتُعرَّف حرارة ضجيج الدخل العملية لعنصر رباعي أقطاب؛ بأنها الحرارة الترموديناميكية للمقاومة التي إذا ما وضعت عند ولج 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، وهوالنسبة بين استطاعة الضجيج الكلية المتوافرة عند خرج العنصر إلى استطاعة مركبة الضجيج المولدة من قبل منبع، موجود عند ولج العنصر، حرارة ضجيجه تساوي الحرارة المطلقة المرجعية أي 290كالفن. إلى غير ذلك 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 حدثا ازداد مستوى الضجيج حدثا انخفض الأداء، وقد يغدوكشف الإشارة عند المستقبل محالاً إذا ما تقلصت تلك النسبة عن حد معين.

توجد طرائق خاصة للحد من آثار الضجيج في أنظمة الاتصالات، وتتمثل إما في حمل استطاعة الإشارة المرسلة لتحسين نسبة الإشارة إلى الضجيج، أواستخدام تقنيات خاصة كحمل 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 كسب المراحل التي تسبقها (الشكل 2)، ومن ثَم تصبح مساهمتها الضجيجية في تام 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 هوالتقاط غير مرغوب به (عادة ماقد 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 فهوالتشويه التوافقي الرئيسي، وله أهمية خاصة في المنشآت الصناعية. والنوع الثالث هوالنتوءات النبضية الرئيسية أوالعابرة والتي تحدث عندما يوجد تفعيل قوي لتيار في دارة قريبة، وهي سريعة لكنها قد تطرح معضلة 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 أوالمنزلي، وهوالضجيج الناجم عن جميع المصادر باستثناء الضجيج في مواقع العمل الصناعية. ومن المصادر الرئيسية للضجيج البيئي:

• ضجيج النقل: وهومن أبرز 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 حتى الخدمات العامة، كجمع القمامة وتنظيف الطرقات، قد تسبب إزعاجاً إذا ما تمت في أوقات حرجة كالصباح الباكر أوالمساء.

• الضجيج المنزلي والضجيج الناجم عن نشاطات الترفيه: تعد أنظمة التكييف والآلات الكهربائية والجوار من أبرز 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 حتى يتسبب بفقدان السمع جزئياً أوكلياً، وكذلك باضطرابات عصبية وقلبية وارتفاع الضغط الشرياني وعدم التوازن.

التحكم بالضجيج

يمكن التخلص من الضجيج أوتخفيضه عند مستويات ثلاثة: عند المصدر أوفي أثناء النقل أوعند الاستقبال.

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

وفيما يخص فترة 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 فترة 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

• Noise and vibration on maritime vessels
• موسيقى الضوضاء
• تلوث ضوضائي
• Association of Noise Consultants
• العكس: صمت

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

• Guidelines for Community Noise, World Health Organization, 1999
• Audio Measuring Articles - Electronics
• Mohr on Receiver Noise: Characterization, Insights & Surprises
• Noise voltage - Calculation and Measuring of Thermal Noise
• Noise at work European Agency for Safety and Health at Work (EU-OSHA)
• Article "Noise Control Techniques"
• Mountain & Plains ERC: A NIOSH Education and Research Center for Occupational & Environmental Health & Safety
• US National Institute for Occupational Safety and Health, - Noise