Soroll

Nen protegint-se del soroll

En sentit ampli el soroll o fressa s�n dades sense significat, �s a dir, que no s'estan utilitzant per a transmetre un senyal, sin� que s�n simplement un resultat no desitjat d'altres activitats que se sumen amb els senyals que volem rebre, fet que fa que les dades quedin modificades. Tot i aix�, a la teoria de la informaci� el soroll �s considerat igualment com una mena d'informaci�, ja que pot contenir dades d'un senyal que s'ha sumat a l'altre o simplement poden ser petites pertorbacions que contenen una informaci� sense significat aparent.

Quan hom parla de soroll es fa refer�ncia al so; habitualment es defineix com so mancat de significat amb m�s volum de l'usual. Aix�, se'n pot dir sorollosa d'una activitat. Fins i tot una conversa -que en principi t� significat- pot ser considerada soroll per les persones que no hi estan involucrades. A les hores, s'utilitza l'expressi� soroll com a sin�nim de contaminaci� ac�stica, �s a dir, s'est� fent refer�ncia a un soroll (so), generalment, amb una intensitat alta, que pot fins i tot perjudicar la salut humana. Una malaltia que t� veure amb el soroll �s la fonof�bia, por al soroll. Tamb� t� altres efectes per la nostra salut, malalties fisiol�giques (en ambients sonors superiors als 100 decibels que poden provocar la p�rdua d'audici�), ps�quiques (principalment, crear estr�s) i sociol�giques (alteracions en comunicar-nos, etc.).

Soroll o espectre continu s�n sons aleatoris que contenen freq��ncies molt pr�ximes entre elles. No sempre han de ser desagradables, el so del mar tamb� �s un soroll. El soroll pot bloquejar, distorsionar, canviar o b� interferir amb el significat d'un missatge, tant en la comunicaci� humana com la comunicaci� entre aparells electr�nics. En l'�mbit de les telecomunicacions i dels dispositius electr�nics, en general, es considera soroll a totes les pertorbacions el�ctriques que interfereixen sobre els senyals transmesos o processats. Aquest soroll tamb� �s anomenat com a soroll de Johnson. En qualsevol circuit electr�nic existeixen variacions a l'atzar en el curs del senyal, causades pel moviment aleatori dels electrons. El soroll �s una pertorbaci� que pot interferir amb tots els senyals transmesos o processats.

Tamb�, d'una forma general el soroll s'associa amb la idea d'un so molest, b� per la seva incoher�ncia, pel seu volum o per totes dues coses a la vegada.

• El terme soroll en electr�nica o telecomunicacions:
  • Soroll blanc: senyal l'espectre del qual �s pla a la banda de freq��ncia.
  • Soroll rosa: utilitzat en m�sica. Consisteix en soroll blanc filtrat per obtenir un perfil espectral concret.
  • Soroll marr�: compost principalment per freq��ncies greus i mitges.
  • Soroll gris
  • Soroll de color
• El terme soroll en inform�tica: de manera general, s�n dades sense sentit, que es produeixen com un subproducte no desitjat d'altres activitats. En tenim dos tipus:
  • Soroll (comunicaci�) �s la pertorbaci� que pateix el senyal en el proc�s comunicatiu. Pot arribar a produir p�rdues d'informaci�. En el cas de transmissions digitals �s possible codificar la informaci� perqu� pugui ser recuperada.
  • Soroll de quantificaci�: Senyal (tamb� denominat "Error de quantificaci�"), normalment indesitjable, que resulta del proc�s de quantificaci� quan es converteix un senyal anal�gic en digital i que s'hi afegeix al senyal anal�gic original per obtenir el senyal quantificat. No sempre es tracta d'un soroll en el sentit estricte: de vegades s'ha d'entendre com una distorsi�.
• A teoria de la informaci�, en canvi, es considera soroll com a part de la informaci�.

Mesura

El so es mesura en funci� de l'amplitud i la freq��ncia d'una ona sonora. L'amplitud mesura la for�a de l'ona. L'energia d'una ona sonora es mesura en decibels (dB), la mesura de volum, o intensitat d'un so; aquesta mesura descriu l'amplitud d'una ona sonora. Els decibels s'expressen en una escala logar�tmica. D'altra banda, el to descriu la freq��ncia d'un so i es mesura en hertz (Hz).

El principal instrument per mesurar els sons a l'aire �s el son�metre. Hi ha moltes varietats diferents d'instruments que s'utilitzen per mesurar el soroll; els dos�metres de soroll s'utilitzen sovint en entorns ocupacionals, els monitors de soroll s'utilitzen per mesurar el soroll ambiental i la contaminaci� ac�stica, i recentment les aplicacions (apps) de son�metres basades en tel�fons m�bils intel�ligents s'estan utilitzant per fer crowdsourcing i mapejar el soroll recreatiu i comunitari.

La ponderaci� A s'aplica a un espectre sonor per representar el so que l'�sser hum� �s capa� d'escoltar a cada freq��ncia. Aix�, la pressi� sonora s'expressa en termes de dBA. 0 dBA �s el nivell m�s baix que una persona pot sentir. Les veus normals se situen al voltant dels 65 dBA. Un concert de rock pot rondar els 120 dBA.

Tipus de soroll

Podem classificar els diferents sorolls en dos grans grups:

• Soroll ac�stic: aquells que produeixen algun tipus de so, que habitualment s'associa al volum del so. Direm, com a exemple, el soroll que generen unes obres al carrer.
• Soroll no ac�stic: tots aquells que no produeixen cap mena de so, per� que tamb� tenen un espectre de senyal de soroll, com les interfer�ncies. En aquest grup es poden trobar molts subtipus de soroll, cadascun present a diferents espais de treball. Com a exemples:
  • Soroll electr�nic: �s present a tot circuit el�ctric i �s resultat del soroll t�rmic, o tamb� conegut soroll de Johnson. Provoca variacions aleat�ries en el corrent o el voltatge a causa del moviment aleatori de les c�rregues el�ctriques. Una manera efica� d'evitar aquest tipus de problemes �s tenir un sistema de refrigeraci� per reduir la temperatura del circuit. Aquest fenomen limita el nivell m�nim del senyal que qualsevol receptor de r�dio pot respondre de manera efectiva, perqu� sempre hi haur� una quantitat petita per� significativa de soroll t�rmic a les entrades dels circuits. Hi ha altres tipus de fonts de soroll en circuits electr�nics, com ara "shot noise", que es veu en senyals de molt baix nivell en qu� el nombre finit de part�cules portadores de l'energia arriba a ser significatiu, o "flicker noise" (1 / f soroll) en els dispositius semiconductors.
  • Soroll visual: present a tot tipus d'imatges, i �s habitualment anomenat com a 'gra d'imatge'. Tamb� existeix un soroll visual desitjable, que �s el que es fa servir per gr�fics per computador, en el qual, s'intenta que la representaci� en 3D o 2D sigui el realista possible sense gaire cost computacional. El soroll es fa servir per exemple per representar efectes de la natura com ara els n�vols, les part�cules del vent, alguns tipus d'il�luminaci�, etc. Per aquest objectiu, un dels sorolls m�s coneguts �s el soroll Perlin. El fet que es faci servir soroll i no una simulaci� f�sica �s pel fet que el soroll �s f�cilment generat, en canvi, una simulaci� f�sica requereix molta pot�ncia computacional.
  • Soroll gen�tic: la regulaci� i l'activitat dels gens tamb� est� relacionada amb el soroll. La variaci� dels gens permet ser m�s vulnerables o m�s resistents a diferents impactes externs, com els bacteris o els virus.

Origen del soroll

Els or�gens del soroll s�n m�ltiples, per� es poden citar com a m�s importants els seg�ents:

• L'agitaci� t�rmica produ�da a les mol�cules del material que forma els conductors i, sobretot, a les resist�ncies, pel xoc amb els electrons en moviment.
• El moviment desordenat, a les v�lvules termoi�niques i especialment als semiconductors, dels electrons i altres portadors de corrent, el que els porta a utilitzar m�s o menys temps al recorregut d'un electr� a un altre. Aquest moviment desordenat dels portadors de c�rrega augmenta considerablement amb la temperatura.
• La naturalesa discreta dels portadors de corrent dels semiconductors (Soroll Shoot).
• La irradiaci� dels cossos negres �s un altre factor important en el soroll de les comunicacions per r�dio, ja que tots els objectes de l'univers, depenen de la seva temperatura, emeten energia en forma d'ones electromagn�tiques.
• El soroll produ�t per fonts com contactes defectuosos, artefactes el�ctrics, radiaci� per ignici� i enllumenat fluorescent, en general conegudes com a senyals par�sits.
• El soroll err�tic produ�t per fen�mens naturals com tempestes el�ctriques amb llamps, eclipses i altres disturbis a les atmosferes o fora d'ella com les taques solars.
• El soroll generat a causa de la Radiaci� de fons de microones.

Tamb� es poden citar altres causes sobre l'origen del soroll com ara les degudes als components electr�nics (amplificadors), al soroll t�rmic de les resist�ncies, a les interfer�ncies de senyals externs, etc. �s impossible eliminar totalment el soroll, ja que els components electr�nics no s�n perfectes. Malgrat tot, �s possible limitar el seu valor de manera que la qualitat de la comunicaci� sigui acceptable.

Petits canvis de pressi�

Si els r�pids canvis en la pressi� entre 20 i 20.000 vegades per segon, �s com� que el so audible (�s a dir, a freq��ncies entre 20 Hz i 20 kHz, Hz = Hertz �s la unitat de la Freq��ncia). Les variacions de pressi� en el so s�n molt petites. Aquestes s�n, a vegades nom�s unes poques milion�simes d'un pascal. Perqu� petites difer�ncies de pressi� ha d'escoltar orella per tant molt sensible. Els moviments del timp� tan petit com un di�metre d'un �tom de hidr�geno�tomo ja es pot sentir! Els sons m�s forts s�n causats pels grans canvis en la pressi�. Una ona de so amb so exemple d'un Pascal ser� molt alt, sempre que l'energia m�s racional en les freq��ncies mitjanes (1 kHz - 4 kHz). En aquesta freq��ncia l'o�da humana �s m�s sensible. El so m�s suau que pot escoltar �s d'aproximadament 20 kHz Pascal micro. Aix� es diu el llindar d'audici�.

Factor de soroll

La magnitud del soroll generat per un dispositiu electrònic, per exemple un amplificador, es pot expressar mitjançant el denominat factor de soroll (F), que és el resultat de dividir la relació senyal/soroll en l'entrada (S/R)ent per la relació senyal/soroll en la sortida (S/R)sal, quan els valors de senyal i soroll s'expressen en nombres simples:

$F={\frac {(S/R)ent}{(S/R)sal}}$

Per altra banda, amb els valors de relació senyal/soroll solen expressar-se en forma logarítmica, normalment en decibels, el factor de soroll en decibels serà, per tant, la diferència entre les relacions S/R en l'entrada i en la sortida de l'element sota prova, ja que:

$10\cdot \log F=10\log {(S/R)ent}-10\log {(S/R)sal}$

El factor de soroll quan s'expressa en decibels s'anomena figura de soroll.

El factor de soroll és un paràmetre important en els sistemes de transmissió, ja que mentre el soroll extern mai es podrà eliminar totalment, la reducció del soroll generat pels equips depèn del seu disseny.

Mesura del soroll en telefonia

Com que la forma de l'ona del soroll és completament diferent de la de la veu o la música, l'oïda no reacciona de la mateixa manera al soroll que a la conversació. Així, en els circuits telefònics el grau de pertorbació que origina el soroll depèn en part de l'aparell telefònic utilitzat, la resposta la qual tampoc és lineal respecte a la freqüència. Amb la finalitat de veure l'impacte real del soroll sobre la conversació, en Europa i altres parts del món s'utilitzen les unitats sofomètriques, del greg ψωφοs, soroll i μετρον mesura, establert pel CCITT, ara UIT-T.

Per efectuar la mesura s'utilitza una xarxa de ponderació la qual la resposta d'atenuació-freqüència és inversa a l'efecte interferint de les freqüències d'àudio contingudes en el soroll, així les freqüències que més pertorben són menys atenuades i viceversa. D'aquesta manera en efectuar una mesura amb un instrument, generalment un voltímetre de resposta plana, la seva indicació ens donara un valor de tensió, directament relacionat amb l'efecte pertorbador real del soroll. Aquest valor en ser conegut la impedància del punt de mesura és fàcilment convertit en potència.

Existeixen instruments de mesura específics per al soroll anomenats sofòmetres.

En la Figura 1 es representa la corba de ponderació de soroll, basada en proves auditives, amb indicació de la interferència relativa del soroll a diferents freqüències.

La unitat de referència en mesures de soroll és el picowatt (10⁻¹² W) amb compensació sofomètrica, que s'abrevia com pWp. El nivell de referència d'1 pWp és equivalent els següents valors.

-Un to de 800 Hz A amb un nivell de -90 dBm.

-Un to de 1000 Hz amb una potència de -91 dBm.

-El soroll de fonts en una banda de 3 kHz d'amplada de banda amb una potència aproximada de -88 dBm.

Temperatura de soroll

La potència de soroll exclusivament tèrmic d'un circuit val N=KTB, sent K, la constant de Boltzmann, T 290 K i B l'amplada de banda en Hz. En el cas d'un dispositiu real, sobretot si és actiu, produeix un nivell de soroll major que N, que anomenarem P_N.Així doncs tenim: P_N=KT_eB.

S'anomena temperatura equivalent de soroll a T_e i és la temperatura a la qual un cos negre produeix una potència de soroll igual a la del nostre dispositiu, en l'amplada de banda d'interès.

Exemples

• Un exemple curiós són els punts que surten en sintonitzar la TV, aquest son produïts a causa de la gran explosió que va crear l'univers anomenada big-bang
• Un altre bon exemple és el soroll de Johnson-Nyquist (soroll tèrmic, soroll de Johnson, o soroll de Nyquist) es genera per l'agitació tèrmica dels portadors de càrrega (generalment electrons dins d'un conductor) en equilibri, el que succeeix amb independència del voltatge aplicat.

El soroll tèrmic és aproximadament blanc, el que significa que la seva densitat espectral de potència és gairebé plana. A més, l'amplitud del senyal segueix una distribució gaussiana.

Per a més informació

• Kosko, Bart. Noise. Viking Press, 2006. ISBN 978-0-670-03495-6. 
• Urban, Felix (2016). Investigating sonic empowerment in urban cultures. Baden-Baden, Tectum. ISBN 978-3-8288-3683-9
• Schwartz, Hillel. Making Noise: From Babel to the Big Bang & Beyond. Nova York: Zone Books, 2011. ISBN 978-1-935408-12-3. 

Enllaços externs

• xiulets i escarritxos, Núria Puyuelo