প্রকৌশল শব্দবিজ্ঞান/শ্রবণ সুরক্ষা

ভূমিকা

মানুষের কান ক্রমাগত শব্দের সংস্পর্শে আসে। কিছু পরিস্থিতিতে, এই শব্দের তীব্রতা বিরক্তিকর হতে পারে, যেমন সাবওয়েতে ট্রেনের বা বিমানের আওয়াজ। টার্বোজেট ইঞ্জিনের মারাত্মক শব্দ বা শহরের কোলাহল থেকে বাঁচতে কেউ হেডফোন লাগান এবং তাতে চলা সঙ্গীতের ভলিউম বাড়িয়ে দিতে চাইতে পারেন। একটি বিমানের কেবিনে, উড়ান চলাকালীন সময় শব্দের তীব্রতা প্রায় ৮৫ ডেসিবেল হয়, যেখানে উড়ান শুরু এবং অবতরণের সময় শব্দের তীব্রতা ১০০ ডেসিবেলেরও বেশি হয়। উচ্চ শব্দ থেকে দূরে থাকার একটি সমাধান হল শব্দ-বাতিলকারী হেডফোন ব্যবহার করা।

কোলাহল নিয়ন্ত্রক যন্ত্রনির্মাণ

দুই ধরণের শব্দ-বাতিলকারী হেডফোন রয়েছে। একটিতে নিষ্ক্রিয় উপাদান ব্যবহার করা হয়, অন্যটিতে সক্রিয় উপাদান ব্যবহার করা হয়।

নিষ্ক্রিয় কোলাহল নিয়ন্ত্রক

নিষ্ক্রিয় শব্দ নিয়ন্ত্রণকারী উপাদানগুলির জন্য কোনও শক্তির উৎসের প্রয়োজন হয় না। শ্রবণ যন্ত্রের উপাদান এবং আকৃতি থেকে শব্দ হ্রাস হয়। শব্দ আটকানোর জন্য শুধুমাত্র একটি নিষ্ক্রিয় উপাদান ব্যবহার ক'রে হেডফোন ব্যবহারের একটি উদাহরণ হল নির্মাণস্থলে শ্রমিকদের পরা ইয়ারমাফ এবং কানের ছিপি (ইয়ার প্লাগ)। এই ধরণের হেডফোন শব্দের মাত্রা প্রায় ১৫ থেকে ২৫ ডেসিবেল পর্যন্ত কমাতে পারে।.

শ্রবণ সুরক্ষা যন্ত্রটি শব্দ প্রতিবন্ধক হিসেবে কাজ করে। উচ্চ কম্পাঙ্কের (ফ্রিকোয়েন্সি) শব্দের ক্ষেত্রে এই শব্দ প্রতিবন্ধক আরও কার্যকর। বৃহৎ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের শব্দ, যার ফ্রিকোয়েন্সি কম থাকে, সেগুলি যন্ত্রের চারপাশে আরও সহজে বাঁকতে পারে, কিন্তু উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির শব্দ বিচ্ছিন্ন হয়ে যায়। হেডফোনগুলি বাইরের শব্দ কতটা ভালোভাবে আটকাতে পারবে তা নির্ভর করে একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়ের ওপর, সেটি হল এর সিল কতটা ভালোভাবে করা হয়েছে। একই জোড়া হেডফোন বা ইয়ারফোনের ক্ষেত্রে, সেটি ব্যবহারকারীর কানের সাথে কতটা ভালোভাবে মানানসই হয়েছে তার ওপর নির্ভর ক'রে অ্যাটেন্যুয়েশন (কোলাহল প্রতিবন্ধকতা) খুব ভালো বা খারাপ হতে পারে।

যন্ত্রের দশার (ফেজ) গতি বাল্ক গতি দ্বারা বর্ণিত হয়,

$c^{2}={\frac {({\mathcal {B}}+{\frac {4}{3}}{\mathcal {S}})}{\rho _{0}}}$

যেখানে ${\mathcal {B}}$ এবং ${\mathcal {S}}$ হল কঠিন পদার্থের বাল্ক এবং শিয়ার গুণাঙ্ক (মডুলাস)। $\rho _{0}$ হল ঘনত্ব। একটি কঠিন পদার্থের প্রতিফলন সহগকে (কোয়েফিসিয়েন্ট) বর্ণনা করা যেতে পারে $\mathbf {R} ={\frac {{\frac {r_{n}-r_{1}}{\cos {\theta _{i}}}}+jx_{n}}{{\frac {r_{n}+r_{1}}{\cos {\theta _{i}}}}+jx_{n}}}$

যেখানে $r$ এবং $n$ যথাক্রমে নির্দিষ্ট শব্দীয় প্রতিরোধ এবং বিক্রিয়ক নির্দেশ করে। নির্দিষ্ট শব্দীয় প্রতিরোধ ক্ষমতা হল

$r=\rho c$

সাবস্ক্রিপ্ট (নিম্নলিপি) $n$ এবং $1$ যথাক্রমে স্বাভাবিক দিক এবং প্রথম মাধ্যমের বৈশিষ্ট্য নির্দেশ করে। প্রতিফলন সহগের সাহায্যে, অ্যাটেন্যুয়েশনের (কোলাহল প্রতিবন্ধকতা) স্তর এবং সংকেত প্রেরণের (ট্রান্সমিশন) স্তর জানা যাবে। পাওয়ার ট্রান্সমিশন সহগ হল

$T_{\pi }(\theta )={\frac {1}{1+[(\omega \rho _{s}/2r_{1})\cos {\theta }]^{2}}}$

সক্রিয় শব্দ নিয়ন্ত্রক

শব্দ-বাতিলকারী হেডফোনগুলি অবাঞ্ছিত শব্দ দূর করতে সক্রিয় উপাদানের ব্যবহার করে বলে সেগুলি এত আকর্ষণীয়। এটি মনে রাখা গুরুত্বপূর্ণ যে একটি সাধারণ সক্রিয় শব্দ-বাতিলকারী হেডফোনে একটি নিষ্ক্রিয় উপাদানও থাকে যা অবাঞ্ছিত, উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি শব্দ তরঙ্গের প্রথম বাধা হিসেবে কাজ করে। শব্দ বাধার পরে, মাইক্রোফোন, বৈদ্যুতিক বর্তনী এবং স্পিকারের সংমিশ্রণ থাকে যাতে নিষ্ক্রিয় উপাদানের মধ্য দিয়ে আসা কিছু শব্দ নষ্ট করা যায়। অবাঞ্ছিত শব্দ আটকানোর পদক্ষেপগুলি মোটামুটি সহজ। প্রথমে, মাইক্রোফোন বাইরে থেকে আসা অবাঞ্ছিত শব্দ শনাক্ত করে। তারপর বৈদ্যুতিক বর্তনী মাইক্রোফোন থেকে আসা তথ্য পড়ে এবং একটি শব্দ সংকেত তৈরি করে যার ফ্রিকোয়েন্সি এবং প্রশস্ততা বাইরের শব্দের মতোই, কিন্তু তার ফেজ বাইরের শব্দের উৎসের সাথে ১৮০° বিপরীতে থাকে। এই সংকেতটি লাউডস্পিকারে পাঠানো হয়, যা কাঙ্ক্ষিত শব্দ নির্গত করবে। তারপর যা ঘটে তা হল, স্পিকার দ্বারা উৎপন্ন শব্দ তরঙ্গের দ্বারা বাইরের শব্দ তরঙ্গ বাতিল - বা ধ্বংস হয়ে যায়, যেহেতু একটি অপরটির সঙ্গে ১৮০° ফেজে বা সম্পূর্ণ বিপরীতমুখী থাকে। এর কঠিন অংশ হল পদ্ধতিটির বাস্তবায়ন। শব্দ বাতিলকারী যন্ত্রের দক্ষতার সীমাবদ্ধতা হল সিস্টেমের প্রতিক্রিয়ার সময়। মার্ক ফিশেটি দাবি করেন, "প্রয়োজনীয় ১৮০-ডিগ্রি ফেজ শিফটের (পরিবর্তন) ২৫ ডিগ্রির মধ্যে এলে শব্দ ২০ ডেসিবেল কমানো যায়। যেসব হেডফোন খুব ধীরগতিতে সাড়া দেয়, অর্থাৎ প্রতিক্রিয়া সময় বেশি, সেগুলিতে বাতিলকরণের সুযোগ কম হয়ে যায়"। কম ফ্রিকোয়েন্সিতে সক্রিয় শব্দ নিয়ন্ত্রণ কার্যকর। উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি শব্দের ক্ষেত্রে, সিস্টেমের জন্য প্রয়োজনীয় প্রতিক্রিয়া সময় খুব কম থাকার দরকার, কিন্তু সেটি না হওয়ায় যন্ত্রটি আগত শব্দ তরঙ্গগুলিকে ধ্বংস করতে সক্ষম হয় না। এই ধরনের ব্যবস্থা সম্ভব কিন্তু এতে জটিল ইলেকট্রনিক্সের প্রয়োজন হয়, যা তুলনামূলকভাবে ছোট যন্ত্রে বাস্তবায়ন করা কঠিন।

বিভিন্ন ব্র্যান্ডের শব্দ-বাতিলকারী হেডফোনের ওপর গবেষণা ক'রে, এল. ওয়াই. এল ল্যাং এবং অন্যান্যরা দেখিয়েছেন যে সক্রিয় শব্দ "অত্যন্ত ক্ষণস্থায়ী শব্দ পরিবেশের তুলনায় স্থির শব্দ পরিবেশে নির্ভরযোগ্য"। অত্যন্ত ক্ষণস্থায়ী শব্দের পরিস্থিতিতে, যেমন বিমানবন্দরে বা বিমান যখন উড়ান শুরু করছে সেই সময় কেবিনের ভেতরে, সক্রিয় শব্দ-নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা কখনও কখনও অকার্যকর হয়ে পড়তে পারে, এমনকি শব্দ চাপের মাত্রাও বাড়িয়ে দিতে পারে। তাঁরা দেখেছেন যে একটি নির্দিষ্ট হেডফোনের জোড়া প্রায় ৬০০ হার্জ ফ্রিকোয়েন্সিতে শব্দ চাপের মাত্রা ২০.৪ ডেসিবেল বৃদ্ধি করেছে। ক্ষণস্থায়ী শব্দ পরিবেশে, বিশেষ করে ১০০ হার্জ থেকে ১০০০ হার্জ ফ্রিকোয়েন্সি পর্যন্ত শব্দের জন্য হেডফোনগুলি শব্দ চাপের অ্যাটেন্যুয়েশনের মাত্রায় ওঠানামা দেখাতে পারে। কতটা শব্দ আটকানো যাচ্ছে (সন্নিবেশ ক্ষতি) তা বের করে শব্দ-বাতিলকারী হেডফোনগুলির দক্ষতা গণনা করা যেতে পারে। যখন কোনও হেডফোন পরা না থাকে এবং যখন সক্রিয় শব্দ-বাতিলকারী যন্ত্রটি সক্রিয় করে কানের ওপরে হেডফোন পরা হয় তখন কানে শব্দ চাপের স্তরের পার্থক্য খুঁজে বের করে সন্নিবেশ ক্ষতির পরিমাপ করা হয়।

${\textstyle IL_{T}=L_{0}-L_{C-ON}}$

এই সমীকরণে, $IL_{T}$ হল মোট সন্নিবেশ ক্ষতি, $L_{0}$ হেডফোন ছাড়া শব্দ চাপের মাত্রা এবং $L_{C-ON}$ যখন কান ঢেকে রাখা হয় এবং সক্রিয় উপাদানটি চালু করা হয় তখনকার শব্দ চাপের স্তর। ২৩০ হার্জের কম ফ্রিকোয়েন্সিতে সক্রিয় শব্দ-বাতিলকারী হেডফোনগুলির সন্নিবেশ ক্ষতি সবচেয়ে বেশি। যাতায়াতের সময় হেডফোন ব্যবহারের জন্য এটি একটি নিখুঁত সমাধান। একটি বিমানের কেবিন বা বাসের কেবিনে, শব্দ চাপের মাত্রা সর্বাধিক ১১০ হার্জের কাছাকাছি থাকে। এই ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে সর্বাধিক অ্যাটেন্যুয়েশন থাকার ফলে, বিভিন্ন পরিবহন পদ্ধতিতে পাওয়া সম্ভাব্য বিপজ্জনক শব্দের মাত্রা থেকে এগুলি কানকে রক্ষা করতে পারে।

কম ফ্রিকোয়েন্সি শব্দ বাতিল করার পাশাপাশি, শব্দ-বাতিলকারী হেডফোনগুলি কথার বোধগম্যতা উন্নত করতে পারে। কম ফ্রিকোয়েন্সির শব্দ তরঙ্গগুলিকে ক্ষীণ ক'রে, ৫০০ হার্জ এবং ১৫০০ হার্জের মধ্যে অবস্থিত ফ্রিকোয়েন্সিগুলিকে আলাদা করা যেতে পারে যার ফলে আরও বোধগম্য বক্তব্য তৈরি করা যায়। মঙ্গেউ, বার্নহার্ড এবং ফিস্ট তাঁদের ২০০১ সালের প্রতিবেদনে, এই সিদ্ধান্তে উপনীত হন যে, শব্দ-বাতিলকারী হেডফোনগুলি টোল বুথে যোগাযোগ উন্নত করার জন্য একটি সমাধান হতে পারে, কারণ সেখানে গাড়ি এবং ট্রাকের শব্দের ফলে কথোপকথন কঠিন হয়ে যেতে পারে। প্রতিবেদনে বলা হয়েছে যে একটি ভালো যোগাযোগ ব্যবস্থা স্পিচ ইন্টেলিজিবিলিটি ইনডেক্স (এসআইআই) ০.৭৫ পর্যন্ত বাড়িয়ে দিতে পারে। টোল বুথে স্বাভাবিক অবস্থায়, স্বাভাবিক স্বরে বা একটু জোরে কথা বললে এসআইআই ০-র মতো মানে থাকতে পারে, অথবা উচ্চস্বর ব্যবহার করলে ০.০৬ পর্যন্ত হতে পারে। আদর্শ অবস্থায়, এসআইআই-এর মান ১-এর সমান। যদিও শব্দ-বাতিলকারী যন্ত্রগুলি কথার বোধগম্যতা উন্নত করে, কিন্তু মূল সমস্যাটি ছিল এই ধারণাটিকে গ্রহণ করা। খরিদ্দারকে পরিষেবা দেওয়ার সময় কানের ওপরে হেডফোন পরা থাকলে ভালো ধারণা তৈরি হয় না কারণ লোকেরা মনে করে যে পরিচারক অন্য কিছুও মনোযোগ দিয়ে শুনছেন।

যেহেতু এটি একটি সক্রিয় পদ্ধতি, তাই এগুলি চালাতে শক্তির প্রয়োজন হয়। তাই হেডফোনগুলির জন্য একটি সাধারণ ব্যাটারির মতো শক্তির উৎসের প্রয়োজন।

হেডফোনের প্রকারভেদ

তিনটি ভিন্ন ডিজাইনের হেডফোন রয়েছে। প্রথমত, সবচেয়ে কম শব্দ কমানোর ক্ষমতা প্রদানকারী হেডফোন হল সুপ্রা-শ্রবণ হেডফোন। এই ধরণের হেডফোন সরাসরি কানের ওপর বসে যায়। যদিও এটি কোলাহল বন্ধ করতে দক্ষ নয়, তবে এগুলি আরও প্রাকৃতিক শব্দ প্রদান করে। বাইরের পরিবেশের জন্য এটি আরও উন্মুক্ত, এই কারণে হেডফোনগুলি স্পিকারের মতো শব্দ নির্গত করতে পারে।

পরবর্তী প্রকারটি হল সার্ক্যুমুরাল হেডফোন। এই ধরণের হেডফোন ব্যবহারকারীর কানের চারপাশে ফিট করে এবং ব্যবহারকারীকে সম্পূর্ণরূপে বিচ্ছিন্ন করে। এগুলি ভালো শব্দ শোধন প্রদান করে কারণ এগুলি সমস্ত দিক থেকে আসা শব্দকে আটকাতে পারে। অন্যদিকে, এগুলি সাধারণত ভারী হয় এবং ততটা আরামদায়ক হয় না। সার্ক্যুমুরাল হেডফোনের আকারের কারণে, বাইরের শব্দ আরও কমাতে একটি সক্রিয় উপাদান এতে যোগ করা সম্ভব। এটি পরবর্তী বিভাগে আলোচনা করা হবে।

পরিশেষে, শেষ প্রকারটি হল ইন-ইয়ার হেডফোন। এগুলি সরাসরি কানে পরা হয়। ইন-ইয়ার হেডফোনের দুটি ধরণ রয়েছে। ইয়ার বাড জাতীয় ইয়ারফোনগুলি কানের খোলা মুখে পরা হয়, অন্যদিকে ক্যানেল ইয়ারফোনগুলি কর্ণ কুহরে পরা হয়। এই ধরণের যন্ত্রটি সর্বোত্তম নিষ্ক্রিয় কোলাহল অ্যাটেন্যুয়েশন প্রদান করে কারণ তারা দক্ষতার সাথে একটি সিল তৈরি করতে পারে এবং বাইরের শব্দকে আটকাতে পারে। এগুলি উচ্চমানের শব্দও প্রদান করে।

উপসংহার

কিভাবে তাত্ত্বিক বিজ্ঞানকে প্রয়োগ করা যায় এবং দৈনন্দিন সমস্যা সমাধানে তাকে ব্যবহার করা যায়, তার একটি ভালো উদাহরণ হল শব্দ-নিবারক হেডফোনগুলি। স্পিকার-উৎপাদিত শব্দ তরঙ্গ, যেটি বাইরের শব্দ তরঙ্গের সমান মান এবং ফ্রিকোয়েন্সিযুক্ত, কিন্তু ১৮০ ডিগ্রী ফেজ পার্থক্য যুক্ত, সেখানে দুটি শব্দ তরঙ্গ একে অপরকে বাতিল করে দেয় এবং ফলস্বরূপ যাতায়াত শান্তিপূর্ণ হয়, যা কান এবং মনের জন্য নিরাপদ।