تخفض واقيات الرياح التجارية للميكروفونات الضجيج الناجم عن الرياح بنحو 15 إلى 25 dB، ويتجاوز بعضها 25 dB، وفق اختبار مرجعي أجراه المكتب الوطني الأمريكي للمعايير على عشرة واقيات. وهذا الهامش مهم لأن ضجيج الرياح يتصاعد بسرعة: فميكروفونات المعينات السمعية تتشبع عند نحو 12 m/s بمستويات تصل إلى 116 dB SPL (Zakis، Journal of the Acoustical Society of America 2011)، وبلغ موضع الميكروفون خلف الأذن 94.84 dB(A) عند 20 km/h فقط في محاكاة للتدفق عام 2025 (Riedel وآخرون، Scientific Reports 2025). وتظهر الكلفة البشرية في الاستطلاعات: إذ يبلغ 42% من مستخدمي المعينات السمعية عن عدم الرضا في المواقف العاصفة (MarkeTrak VIII، مقتبس في Korhonen وآخرون 2017). ويتناول استعراضنا لضجيج الرياح في خوذات دراجات الشرطة النارية ما تفعله الرياح بالأذن تحت الخوذة؛ أما هذه الصفحة فتتناول الميكروفون وما يوضع حوله. وقد جمعنا البيانات من Journal of the Acoustical Society of America وNoise Control Engineering Journal وCanadian Acoustics وEnergies وScientific Reports، ومن أبحاث المعينات السمعية في Journal of the American Academy of Audiology وHearing Review، ومن الأوراق الحديثة حول تقليل ضجيج الرياح بالشبكات العصبية.
أبرز النقاط
- تخفض واقيات الرياح التجارية الضجيج الناجم عن الرياح بنحو 15 إلى 25 dB (NBS، Microphone Windscreen Performance 1979).
- تتشبع ميكروفونات المعينات السمعية عند 12 m/s، مع ضجيج رياح يصل إلى 116 dB SPL (Zakis، JASA 2011).
- أضاف واقي رياح ثانوي بقطر 610 mm حماية قدرها 5 إلى 15 dB عند الترددات المنخفضة مقارنة بكرة إسفنجية بقطر 76 mm عند 4 m/s (Bonsma وآخرون، Canadian Acoustics 2017).
- 42% من مستخدمي المعينات السمعية غير راضين في المواقف العاصفة (MarkeTrak VIII، مقتبس في Korhonen وآخرون، JAAA 2017).
- بلغ ضجيج الرياح عند موضع الميكروفون خلف الأذن 94.84 dB(A) عند 20 km/h على دمية KEMAR (Riedel وآخرون، Scientific Reports 2025).
- اختلف ضجيج الرياح بما يصل إلى 20 dB بين تصاميم المعينات السمعية في بعض الحالات (Köhler وGeorganti، Sonova، DAGA 2017).
- خفضت شبكة دقيقة فوق ميكروفون غائر ضجيج الرياح في الطبقة الحدية بمقدار 8 dB (van Dercreek وآخرون، TU Delft، AIAA Scitech 2019).
- حسنت خوارزمية ضجيج الرياح تحديد الفونيمات بنسبة 17% إلى 35% عبر أربعة مستويات للكلام (Lee، Hearing Review 2016).
- رفع نموذج عصبي قائم على الانتشار قيمة PESQ من 1.70 إلى 3.07 للكلام المشوه بالرياح (Lemercier وآخرون، ITG Speech Communication 2024).
- يعمل مقلل عصبي منخفض التعقيد لضجيج الرياح بـ 249K معامل ونحو 73 MHz من الحوسبة (Eftekhari وآخرون، Fraunhofer، 2025).
1. كيف يتناسب ضجيج الرياح مع سرعة الرياح
ضجيج الرياح ليس صوتا قادما من بعيد. إنه صوت زائف: تقلبات ضغط تنشأ من اصطدام الهواء المضطرب بالميكروفون نفسه، ولهذا يستطيع واقي الرياح إزالته دون حجب الصوت الذي تريده. والفيزياء هنا لا ترحم. فبما أن الضغط يتناسب مع مربع سرعة الرياح، فإن كل مضاعفة لسرعة الرياح تضيف نظريا نحو 12 dB، وكثيرا ما ترتفع القياسات أسرع من النظرية (Korhonen، Wind Noise Management in Hearing Aids، Seminars in Hearing 2021، نقلا عن Strasberg 1988 وMorgan وRaspet 1992).
وتوضح اختبارات الذراع الدوارة المرجعية ما يعنيه ذلك عمليا. فعند الانتقال من 2 m/s إلى 4 m/s، أي من نسيم هادئ إلى نسيم خفيف، ارتفع ضجيج الميكروفون غير المحمي من 59.6 dB إلى 75.7 dB، بقفزة قدرها 16.1 dB (75.7 ناقص 59.6)، وهي تتجاوز بالفعل تقدير قانون المربع البالغ 12 dB (Hosier وDonavan، NBS، Microphone Windscreen Performance, NBSIR 79-1599، 1979). وعند 14 m/s سجل الميكروفون العاري نفسه 107.6 dB، ولهذا لا يمكن لأي ضبط للكسب أن ينقذ كبسولة غير محمية في عاصفة.
| المقياس | القيمة | المصدر |
|---|---|---|
| ضجيج الرياح الكلي عند ميكروفون غير محمي، تدفق مماس للسطح، عند 2 m/s مقابل 4 m/s مقابل 14 m/s | 59.6 dB مقابل 75.7 dB مقابل 107.6 dB | NBS (NIST حاليا)، NBSIR 79-1599، 1979 |
| الزيادة النظرية في مستوى ضجيج الرياح عند كل مضاعفة لسرعة الرياح | نحو 12 dB | Korhonen، Seminars in Hearing 2021 (نقلا عن Strasberg، JASA 1988) |
| سرعة الرياح التي تشبعت عندها مخرجات ميكروفونات المعينات السمعية، والمستوى الأقصى | 12 m/s، حتى 116 dB SPL | Zakis، JASA 2011 |
| شكل طيف ضجيج الرياح دون 300 Hz مقابل ما فوقها | مسطح تقريبا دون 300 Hz، ويتراجع بمقدار 26 dB لكل أوكتاف فوق ذلك | Korhonen، Seminars in Hearing 2021 (نقلا عن Dillon وآخرون، NAL 1999) |
| الفرق دون 20 Hz بين الهواء الساكن ورياح بسرعة 5 m/s، ميكروفون على حامل ثلاثي مع واقي رياح قياسي واحد | حتى 30 dB | Energies، Experimental Verification of Windshields 2022 |
ويفسر الميل الحاد نحو الترددات المنخفضة سبب إفساد الرياح للجهير أولا: فالطاقة تقع دون 300 Hz، ولذلك يزيل مرشح التمرير العالي جزءا كبيرا من الدمدمة لكنه يزيل أيضا دفء الصوت. أحدث البيانات المتاحة: Hosier وDonavan، 1979؛ فالفيزياء لم تتغير، لكن لا توجد مجموعة بيانات مفتوحة أحدث تكرر هذا المسح لسرعات الرياح.
2. واقيات الرياح الإسفنجية والفرو والسلّية: التخفيف المقيس
يغير اختيار المادة النتيجة بأكثر من 10 dB. وتعد الكرات الإسفنجية الصغيرة أضعف الخيارات: فقد حقق واقي رياح إسفنجي بقطر 3.81 cm (1.5 بوصة) 8.1 dB عند 20.9 km/h، أي نحو نصف الحد الأدنى للنطاق التجاري، بينما بلغت التصاميم المقاومة للعوامل الجوية المصممة لهذا الغرض 22.2 dB عند 32.2 km/h (Hill وBlotter وLeishman وSommerfeldt، Development of a Weatherproof Windscreen for a Microphone Array، Noise Control Engineering Journal 2006).
وتعادل كثافة الإسفنج في أهميتها وجود الإسفنج نفسه. فعندما اختبر المهندسون خمسة أنواع من الإسفنج من 20 إلى 60 مسامة في البوصة (PPI، وهو عدد الخلايا المفتوحة على امتداد بوصة واحدة من المادة)، كان الأفضل هو القيمة الوسطى 40 PPI، لأن الإسفنج شديد الانفتاح يترك الاضطراب يمر، والإسفنج شديد الكثافة يولد أثره الدوامي الخاص خلف الواقي (Zhao وآخرون، On the wind noise reduction mechanism of porous microphone windscreens، JASA 2017). أما التصاميم السلّية، وهي إطار صلب مفتوح يحبس هواء ساكنا حول الكبسولة، فيزداد أداؤها بتكديس الطبقات: فقد حقق واقي رياح شبه كروي من الشبك المعدني بخمس طبقات خفضا لضجيج الرياح بمقدار 18.2 dB (Zhao وآخرون، Experimental investigations on the wind noise reduction of semi-spherical metal mesh windscreens، ICSV 2018).
| المقياس | القيمة | المصدر |
|---|---|---|
| خفض الضجيج الناجم عن الرياح بواقيات الرياح التجارية، بحسب سرعة الرياح واتجاه التدفق | نحو 15 إلى 25 dB (بعضها يتجاوز 25 dB) | NBS (NIST حاليا)، NBSIR 79-1599، 1979 |
| واقي رياح إسفنجي بقطر 3.81 cm، خفض ضجيج الرياح عند 20.9 km/h مقابل 32.2 km/h | 8.1 dB مقابل 15.0 dB | Hill وآخرون، Noise Control Engineering Journal 2006 |
| تصميم واقي رياح بأرجل عنكبوتية مقاوم للعوامل الجوية، خفض ضجيج الرياح عند 20.9 km/h مقابل 32.2 km/h | 8.9 dB مقابل 22.2 dB | Hill وآخرون، Noise Control Engineering Journal 2006 |
| أفضل إسفنج بين خمس مساميات مختبرة (من 20 إلى 60 PPI) | 40 PPI | Zhao وآخرون، JASA 2017 |
| واقي رياح شبه كروي من الشبك المعدني بخمس طبقات، خفض ضجيج الرياح | 18.2 dB | Zhao وآخرون، ICSV 2018 |
| واقي رياح سلّي مستخدم وحده، تخفيف ضجيج الرياح عند 100 Hz | 37 dB (ادعاء الشركة المصنعة نفسها) | Rycote، ورقة منتج Modular Windshield Kit 2014 |
| التخفيف الإضافي عند إضافة غطاء فرو فوق السلة، والمجموع، عند 100 Hz | زيادة 13 dB، والمجموع 50 dB (ادعاء الشركة المصنعة نفسها) | Rycote، ورقة منتج Modular Windshield Kit 2014 |
وقاعدة الأدلة المتعلقة بالفرو ضعيفة على نحو مفاجئ. فيصف فريق BYU الفرو بأنه فعال جدا وهادئ في تدفق الهواء لكنه أغلى بكثير من الإسفنج، دون ذكر رقم، والرقم الوحيد للفرو الذي استطعنا تتبعه هو ادعاء Rycote ذاتها عند تردد واحد في ورقة Modular Windshield Kit. ويجب التعامل بحذر مع أي عنوان يضع فارقا دقيقا بالديسيبل بين الفرو والإسفنج إلى أن ينشر مختبر مستقل منحنى مقارنة جنبا إلى جنب. أما هبات الهواء الصادرة عن نفس المتحدث فهي مشكلة مختلفة وأقرب مدى، نتناولها في إحصائيات تخفيف المرشحات الواقية من الانفجاريات.
3. حجم واقي الرياح: الأكبر يفيد، إلى حد معين
تربط القاعدة التقريبية الأقدم التخفيف بالحجم المحصور. فالمعادلة التجريبية التي وضعها Bleazey، والمعاد إنتاجها في تقرير NBS، تعطي التخفيف A = 6.77 log V + 10.4 dB، حيث V بالبوصة المكعبة، وهي صالحة من 2 إلى 13 m/s. والحسابات مثيرة للتأمل: فمضاعفة الحجم عشر مرات تضيف فقط 6.77 dB (لأن log 10 = 1)، ولذلك فإن مضاعفة القطر، التي تضاعف الحجم ثماني مرات، تمنح نحو 6.1 dB (6.77 × log 8 = 6.77 × 0.903).
وتفسر الأبحاث الحديثة السبب. فواقي الرياح المسامي يكون أكثر فعالية حين يبلغ قطره من ضعفين إلى أربعة أضعاف طول موجة الاضطراب، أي حجم الدوامات المتلاطمة التي تحملها الرياح (Zhao وآخرون، Spatial decorrelation of wind noise with porous microphone windscreens، JASA 2018). أما الدوامات الأكبر، التي تحمل أعمق الدمدمة، فتحتاج إلى واقيات كبيرة جدا، ولهذا يضع خبراء الصوتيات في توربينات الرياح واقيا ثانويا كبيرا فوق كرة إسفنجية قياسية. ويستخدم إعداد مختبر ميدانيا من هذا النوع، موصوف ضمن IEC 61400-11:2012 (المعيار الدولي لقياس ضجيج توربينات الرياح)، لوحا أرضيا لا يقل عن 1000 mm، ونصف كرة أولية لا يقل قطرها عن 90 mm، وكرة إسفنجية ثانوية لا يقل قطرها عن 500 mm (Wszołek وآخرون، HETMAN project deliverable D3.2، 2022).
| المقياس | القيمة | المصدر |
|---|---|---|
| معادلة التخفيف التجريبية لحجم واقي الرياح V بالبوصة المكعبة (من 2 إلى 13 m/s) | A = 6.77 log V + 10.4 dB | معادلة Bleazey، مقتبسة في NBS NBSIR 79-1599، 1979 |
| نطاق القطر الذي تخفف فيه واقيات الرياح المسامية ضجيج الرياح بأعلى فعالية | من ضعفين إلى 4 أضعاف طول موجة الاضطراب | Zhao وآخرون، JASA 2018 |
| أفضل واقي رياح شبه كروي من الشبك بطبقة واحدة بين الأحجام المختبرة | قطر 20 cm (حجم متوسط) | Zhao وآخرون، ICSV 2018 |
| واقي رياح إسفنجي من Neumann بقطر 50 mm مقابل 90 mm، تخفيف ضجيج الرياح عند 20 km/h | 15 dB مقابل 26 dB (ادعاء الشركة المصنعة نفسها) | Neumann، صفحتا المنتجين WS 81 وWS 87 |
| واقي ثانوي بقطر 610 mm مع الأولي مقابل كرة إسفنجية بقطر 76 mm وحدها، دون نحو 160 Hz عند 4 m/s | خفض أكبر بمقدار 5 إلى 15 dB | Bonsma وGara وMcCabe، Canadian Acoustics 2017 |
| التركيبة الثانوية نفسها مقابل كرة إسفنجية بقطر 178 mm وحدها، أدنى الترددات | أفضل بما يصل إلى 5 dB أو أكثر | Bonsma وGara وMcCabe، Canadian Acoustics 2017 |
| إعداد IEC 61400-11: الحد الأدنى لأقطار اللوح الأرضي وواقي الرياح الأولي وواقي الرياح الثانوي | 1000 mm، 90 mm، 500 mm | HETMAN D3.2، 2022، واصفا IEC 61400-11:2012 |
| أقصى عدم يقين قياس موسع عند 2.1 m/s، لوح أرضي مع واقي رياح مزدوج مقابل ميكروفون على ارتفاع 4 m | 7.3 dB مقابل 11.3 dB | Energies، Experimental Verification of Windshields 2022 |
وتشير أرقام الشركات المصنعة في الاتجاه نفسه (إذ يدعي Neumann WS 87 بقطر 90 mm تخفيفا قدره 26 dB مقابل 15 dB لـ WS 81 بقطر 50 mm)، لكنها أرقام من الشركة المصنعة لحالة واحدة عند 20 km/h (نحو 5.6 m/s). كما أشار الفريق الكندي إلى المفاضلة: فالواقيات العملاقة هشة وصعبة النقل وتتعرض لأحمال الرياح على الحوامل المرتفعة (Bonsma وآخرون، Insertion Loss and Wind-Induced Noise Results for Secondary Windscreens، 2017). ويأتي صف عدم اليقين من تحقق ميداني أجري عام 2022 لواقيات رياح توربينات الرياح، نشر في Energies. ولمعرفة سبب توغل قياسات التوربينات بهذه القوة في الترددات المنخفضة، راجع إحصائيات الموجات تحت الصوتية لتوربينات الرياح.
4. ثمن الحماية: فقد الإدخال وفقد الترددات العالية والمتانة
كل واقي رياح يخفت أيضا الصوت الذي تريده قليلا. ويسمي المهندسون ذلك فقد الإدخال: أي هبوط مستوى صوت عادي عند وضع واقي الرياح في هواء ساكن. وعند ترددات الكلام تكون الخسارة ضئيلة: من 0.1 إلى 0.6 dB بين 250 Hz و4 kHz في اختبار NBS المرجعي، وأقل من 0.4 dB في تصاميم BYU المقاومة للعوامل الجوية، أي ضمن ميزانية 1 dB التي وضعها المؤلفون بهامش واسع (Hill وآخرون 2006).
وتنتقل الكلفة إلى الترددات العالية كلما كبرت الواقيات أو زادت كثافتها. فقد فقدت الكرة الإسفنجية بقطر 178 mm في الاختبارات الكندية نحو 2 dB عند 10 kHz و3.5 dB عند 16 kHz (Bonsma وآخرون، Insertion Loss and Wind-Induced Noise Results for Secondary Windscreens، 2017)، كما أن لف سلة من الشبك بالقماش قايض الوضوح بالحماية من الرياح (Zhao وآخرون 2018). وهذا هو الخيار الهندسي الحقيقي: فقد أضاف غطاء قماشي سميك من 3.0 إلى 7.0 dB من خفض ضجيج الرياح لكنه رفع فقد الإدخال إلى ما بين 1.1 و2.2 dB، بينما أدت إضافة طبقات من الشبك بدلا من ذلك إلى تحسين الحماية مع إبقاء فقد الإدخال منخفضا.
| المقياس | القيمة | المصدر |
|---|---|---|
| فقد الإدخال لواقي رياح إسفنجي بقطر 178 mm عند 10 kHz مقابل 16 kHz | نحو 2 dB مقابل نحو 3.5 dB | Bonsma وGara وMcCabe، Canadian Acoustics 2017 |
| واقي رياح شبكي بطبقة واحدة مع غطاء قماشي سميك: خفض إضافي لضجيج الرياح مقابل فقد الإدخال الناتج | من 3.0 إلى 7.0 dB مقابل من 1.1 إلى 2.2 dB | Zhao وآخرون، ICSV 2018 |
| فقد الترددات العالية عند 15 kHz، واقي رياح إسفنجي من Neumann بقطر 50 mm مقابل 90 mm | 2 dB مقابل 3 dB (ادعاء الشركة المصنعة نفسها) | Neumann، صفحتا المنتجين WS 81 وWS 87 |
| الرمل المحتجز خلال 4 دقائق من النفخ، إسفنج قياسي مقابل واقي رياح مخروطي مقاوم للعوامل الجوية | 38.5 g مقابل 0.1 g | Hill وآخرون، Noise Control Engineering Journal 2006 |
| العمر النموذجي لواقيات الرياح الإسفنجية عند التعرض للأشعة فوق البنفسجية في الهواء الطلق | أقل من سنة واحدة | Hill وآخرون، Noise Control Engineering Journal 2006 (نقلا عن أعمال سابقة) |
والمتانة هي الإحصائية الخفية. فالإسفنج الذي ينسد بالحصى أو يتفتت تحت الشمس خلال عام يفقد بصمت التخفيف المطبوع في ورقة مواصفاته، ولهذا تفضل محطات المراقبة الدائمة في الهواء الطلق التصاميم المشكلة المقاومة للعوامل الجوية على كرة إسفنجية عارية. أحدث البيانات المتاحة عن متانة الإسفنج: Hill وآخرون، 2006.
5. ضجيج الرياح في المعينات السمعية والأجهزة السمعية القابلة للارتداء والهواتف
لا تستطيع الأجهزة المحمولة على الجسم أو في الجيب حمل واقي رياح بقطر 90 mm، ولذلك يصبح موضع الميكروفون هو واقي الرياح. فقد وجدت محاكاة للتدفق عام 2025 مستوى 94.84 dB(A) عند موضع الميكروفون خلف الأذن في دمية KEMAR عند 20 km/h، مقابل 70.98 dB(A) في عمق قناة الأذن، بفرق قدره 23.86 dB (94.84 ناقص 70.98) يحدده الموضع وحده (Riedel وآخرون، Investigation of the physical driving mechanisms of wind noise in hearing devices، Scientific Reports 2025). ومضاعفة السرعة من 10 إلى 20 km/h رفعت المستوى عند ذلك الموضع من 75.61 إلى 94.84 dB(A)، أي بمقدار 19.23 dB.
والتفاوت بين التصاميم لا يقل كبرا. ففي دراسة نفق رياح أجرتها Sonova على ثلاثة تصاميم خلف الأذن وثلاثة داخل الأذن، بلغت الفروق بين التصاميم ما يصل إلى 20 dB في بعض الحالات، وخصوصا عند الميكروفون الأمامي للأجهزة الموضوعة خلف الأذن (Köhler وGeorganti، Wind noise variability of different hearing aid designs and ear geometries، DAGA 2017). وتميل أوضاع الميكروفون الاتجاهي إلى جعل أثر الرياح أسوأ، لأن تصحيحها للترددات المنخفضة يضخم أيضا الضجيج غير المترابط، وقد وجدت اختبارات نفق الرياح أن الإعدادات الاتجاهية أكثر ضجيجا عموما من الإعدادات المتعددة الاتجاهات (Chung وMongeau وMcKibben، JASA 2009)؛ ويتناول استعراضنا لنسبة الإشارة إلى الضجيج في المعينات السمعية ذات الميكروفونات الاتجاهية جانب الفائدة في هذه المفاضلة.
| المقياس | القيمة | المصدر |
|---|---|---|
| مستخدمو المعينات السمعية غير الراضين عن معيناتهم في المواقف العاصفة | 42% | MarkeTrak VIII (Kochkin 2010)، مقتبس في Korhonen وآخرون، JAAA 2017 |
| فرق مستوى ضجيج الرياح بين الميكروفونات داخل معينة سمعية واحدة خلف الأذن مقابل الفرق بين أجهزة مختلفة خلف الأذن (الميكروفون الأمامي، الميكروفون الخلفي) | حتى 12 dB مقابل حتى 6 dB (أمامي) وحتى 8 dB (خلفي) | Zakis، JASA 2011 |
| ضجيج الرياح عند موضع الميكروفون خلف الأذن مقابل عمق قناة الأذن، KEMAR، 20 km/h | 94.84 dB(A) مقابل 70.98 dB(A) | Riedel وآخرون، Scientific Reports 2025 |
| الفرق عريض النطاق بين الأسوأ والأفضل داخل طراز المعينة السمعية نفسه، موزون A | من 5 إلى 7 dB | Köhler وGeorganti (Sonova)، DAGA 2017 |
| خفض ضجيج الرياح الفيزيائي بغطاء ميكروفون المعينة السمعية | 18 dB SPL (ادعاء الشركة المصنعة نفسها) | كتيب Widex 2012، مقتبس في Korhonen، Seminars in Hearing 2021 |
| خفض ضجيج الرياح في الطبقة الحدية بشبكة دقيقة فوق ميكروفون غائر، نفق رياح | 8 dB | van Dercreek وآخرون (TU Delft)، AIAA Scitech 2019 |
وتقع الهواتف في أسفل هذا الترتيب: منفذ صغير واحد، بلا واقي رياح، ورياح تصل من أي زاوية. فقد اختبرت دراسة في 14 مارس 2026 تجاويف أمامية أنبوبية بقطر من 1 إلى 3 mm خلف هيكل شبيه بهيكل الهاتف الذكي عند 4 و6 و8 m/s، لكنها لم تقس بعد كلفتها في حساسية الكلام (Experimental Investigation of a Tubular Front Cavity for Wind Noise Suppression in MEMS Microphones of Mobile Devices، Micromachines 2026). ونتيجة الشبك من TU Delft هي أقرب رقم مستقل للشبكات الصوتية المستخدمة في منافذ الهواتف. أحدث البيانات المتاحة لمقارنات الأجهزة: Zakis، 2011، وKöhler وGeorganti، 2017.
6. التقليل الرقمي لضجيج الرياح: ما تقدمه الخوارزميات
عندما تنفد حلول العتاد تتولى معالجة الإشارة الأمر، وأدلة المعينات السمعية هي الأكثر صرامة. فقد خفضت خوارزمية تخفيف ضجيج الرياح الضجيج بمقدار 13 إلى 18 dB عند 1 kHz للرياح الأمامية بسرعة 4 إلى 7 m/s، وبمقدار 19 dB عند 2,200 Hz عند 10 m/s (Korhonen وآخرون 2017، كما لخصت في Seminars in Hearing 2021). وفي التجربة نفسها التي شملت 15 مستخدما من ذوي الخبرة، كان أكبر تحسن في تحديد الفونيمات 48.2% للكلام عند 65 dB SPL في رياح بسرعة 5 m/s (Korhonen وKuk وSeper وMørkebjerg وRoikjer، Evaluation of a Wind Noise Attenuation Algorithm، JAAA 2017). ووجد تقييم منفصل شمل 10 بالغين تحسنا في تحديد الفونيمات بنسبة 17% إلى 35% عبر أربعة مستويات للكلام (Lee، Efficiency of a Wind Noise Attenuation Algorithm، Hearing Review 2016).
وتستهدف النماذج العصبية الآن التسجيلات والهواتف. فقد ارتفع PESQ، وهو مقياس موضوعي معياري لجودة الكلام، من 1.70 للمدخل المشوش إلى 3.07 مع نموذج قائم على الانتشار على ضجيج رياح محاكى، وعممت عائلة النماذج نفسها على تسجيلات حقيقية من نفق الرياح لم ترها من قبل (Lemercier وآخرون، Wind Noise Reduction with a Diffusion-based Stochastic Regeneration Model، 2024). والسؤال المفتوح هو الكلفة: فقد طابق نموذج من Fraunhofer خط أساس رائدا منخفض التعقيد بـ 249K معامل ونحو 73 MHz من الحوسبة، وهي ميزانية تناسب رقائق الهواتف المحمولة (Eftekhari وآخرون، Low-Complexity Neural Wind Noise Reduction for Audio Recordings، 2025).
| المقياس | القيمة | المصدر |
|---|---|---|
| تخفيف ضجيج الرياح بخوارزمية معينة سمعية عند 1 kHz، رياح أمامية 4 إلى 7 m/s، وعند 2,200 Hz عند 10 m/s | من 13 إلى 18 dB، و19 dB | Korhonen وآخرون 2017، كما لخصت في Korhonen، Seminars in Hearing 2021 |
| أكبر تحسن في تحديد الفونيمات مع تشغيل الخوارزمية مقابل إيقافها (كلام 65 dB SPL، رياح 5 m/s، 15 مستخدما) | 48.2% | Korhonen وآخرون، JAAA 2017 |
| تحسن تحديد الفونيمات، الخوارزمية قيد التشغيل مقابل الإيقاف، جميع الفونيمات مقابل أحرف العلة فقط (10 بالغين) | من 17% إلى 35% مقابل من 22% إلى 46% | Lee، Hearing Review 2016 |
| درجة PESQ، المدخل المشوش مقابل النموذج القائم على الانتشار، مجموعة اختبار ضجيج رياح محاكى | 1.70 مقابل 3.07 | Lemercier وآخرون، ITG Speech Communication 2024 |
| DNSMOS (تقدير عصبي لرأي المستمع)، المدخل المشوش مقابل نموذج الانتشار، تسجيلات رياح حقيقية غير مرئية | 1.89 مقابل 3.56 | Lemercier وآخرون، ITG Speech Communication 2024 |
| PESQ مع استشعار تدفق الهواء بالموجات فوق الصوتية مقابل بدونه، مضاف إلى محسن كلام DCCRN | 2.480 مقابل 2.265 | Yuan وآخرون (Carnegie Mellon)، DeWinder 2024 |
| حجم وحوسبة مقلل عصبي منخفض التعقيد لضجيج الرياح | 249K معامل، نحو 73 MHz | Eftekhari وآخرون (Fraunhofer)، 2025 |
والنمط عبر الدراسات متسق: فالخوارزميات تستعيد قدرا مهما من وضوح الكلام عند رياح معتدلة، لكن لا شيء منها يلغي التشبع. فحين يقطع ميكروفون المعينة السمعية عند نحو 12 m/s (انظر القسم 1) تضيع المعلومات، ولهذا ما زالت أفضل الأنظمة تبدأ بموضع المنفذ والواقي المادي. وتأتي نتيجة الموجات فوق الصوتية من النسخة الأولية لورقة DeWinder. وللاطلاع على أرقام التأخير والجودة لمزيلات الضجيج العصبية العامة، راجع إحصائيات كبت الضجيج العصبي.
الخلاصة: ضجيج الرياح في الميكروفونات وتخفيف واقيات الرياح بالأرقام
| المقياس | القيمة | المصدر |
|---|---|---|
| خفض ضجيج الرياح بواقيات الرياح التجارية | نحو 15 إلى 25 dB | NBS (NIST حاليا)، NBSIR 79-1599، 1979 |
| الزيادة النظرية في ضجيج الرياح عند كل مضاعفة لسرعة الرياح | نحو 12 dB | Korhonen، Seminars in Hearing 2021 |
| نقطة تشبع ميكروفون المعينة السمعية | 12 m/s، حتى 116 dB SPL | Zakis، JASA 2011 |
| واقي رياح إسفنجي بقطر 3.81 cm عند 20.9 km/h | خفض 8.1 dB | Hill وآخرون، Noise Control Engineering Journal 2006 |
| واقي رياح من الشبك المعدني بخمس طبقات | خفض 18.2 dB | Zhao وآخرون، ICSV 2018 |
| واقي رياح سلّي مع غطاء فرو عند 100 Hz | 50 dB (ادعاء الشركة المصنعة نفسها) | ورقة منتج Rycote 2014 |
| فائدة واقي ثانوي بقطر 610 mm مقابل كرة إسفنجية بقطر 76 mm، دون نحو 160 Hz | من 5 إلى 15 dB | Bonsma وآخرون، Canadian Acoustics 2017 |
| الحد الأدنى لقطري واقي الرياح الأولي والثانوي في IEC 61400-11 | 90 mm و500 mm | HETMAN D3.2، 2022 |
| مستخدمو المعينات السمعية غير الراضين في الرياح | 42% | MarkeTrak VIII، مقتبس في Korhonen وآخرون، JAAA 2017 |
| موضع الميكروفون خلف الأذن عند 20 km/h، KEMAR | 94.84 dB(A) | Riedel وآخرون، Scientific Reports 2025 |
| فروق ضجيج الرياح بين تصاميم المعينات السمعية | حتى 20 dB | Köhler وGeorganti (Sonova)، DAGA 2017 |
| شبكة دقيقة فوق ميكروفون غائر | ضجيج أقل في الطبقة الحدية بمقدار 8 dB | van Dercreek وآخرون (TU Delft)، AIAA Scitech 2019 |
| أكبر تحسن في تحديد الفونيمات من خوارزمية ضجيج الرياح | 48.2% | Korhonen وآخرون، JAAA 2017 |
| تحسن تحديد الفونيمات في تقييم منفصل | من 17% إلى 35% | Lee، Hearing Review 2016 |
| PESQ قبل وبعد تقليل ضجيج الرياح بنموذج الانتشار | 1.70 مقابل 3.07 | Lemercier وآخرون 2024 |
| مقلل عصبي منخفض التعقيد لضجيج الرياح | 249K معامل، نحو 73 MHz | Eftekhari وآخرون (Fraunhofer)، 2025 |
المنهجية والمصادر
أجرينا 13 عملية بحث على الويب وقرأنا الوثائق الأولية مباشرة، مستخدمين المستودعات المفتوحة وقاعدتي OpenAlex وEurope PMC حيث كانت صفحات الناشرين محجوبة. وقد وسمنا أرقام الشركات المصنعة بأنها ادعاء الشركة نفسها وأبقيناها أقلية في كل قسم.
- Hosier وDonavan، National Bureau of Standards (NIST حاليا): Microphone Windscreen Performance, NBSIR 79-1599، 1979 (وهو أيضا مصدر معادلة الحجم لدى Bleazey).
- Hill وBlotter وLeishman وSommerfeldt (Brigham Young University): Development of a Weatherproof Windscreen for a Microphone Array، Noise Control Engineering Journal، 2006.
- أوراق واقيات الرياح من University of Technology Sydney لـ Zhao وCheng وQiu وBurnett وLiu: آلية واقي الرياح المسامي، JASA 2017؛ إزالة الترابط المكاني، JASA 2018؛ واقيات الرياح شبه الكروية من الشبك المعدني، ICSV 2018.
- Bonsma وGara وMcCabe (HGC Engineering): Insertion Loss and Wind-Induced Noise Results for Secondary Windscreens، Canadian Acoustics، 2017.
- Experimental Verification of Windshields in the Measurement of Low Frequency Noise from Wind Turbines، Energies، 2022.
- Wszołek وآخرون: HETMAN project deliverable D3.2، 2022، الذي يصف إعداد القياس في IEC 61400-11:2012.
- Zakis: Wind noise at microphones within and across hearing aids، JASA، 2011.
- Korhonen: Wind Noise Management in Hearing Aids، Seminars in Hearing، 2021 (مراجعة تنقل عن Strasberg 1988 وDillon وآخرون 1999 وكتيب Widex لعام 2012).
- Korhonen وKuk وSeper وMørkebjerg وRoikjer: Evaluation of a Wind Noise Attenuation Algorithm، Journal of the American Academy of Audiology، 2017 (وهو أيضا مصدر رقم 42% من MarkeTrak VIII).
- Lee: Efficiency of a Wind Noise Attenuation Algorithm، Hearing Review، 2016.
- Riedel وBecker وNäger وCzwielong وSchoder: Investigation of the physical driving mechanisms of wind noise in hearing devices by computational fluid dynamics، Scientific Reports، 2025.
- Köhler وGeorganti (Sonova): Wind noise variability of different hearing aid designs and ear geometries، DAGA 2017.
- van Dercreek وManjunath وRagni وSnellen (TU Delft): Design and Evaluation of Microphone Cavity Geometries for Wind-Tunnel Acoustic Measurements، AIAA Scitech 2019.
- مؤلفون من Qingdao University of Technology: Experimental Investigation of a Tubular Front Cavity for Wind Noise Suppression in MEMS Microphones of Mobile Devices، Micromachines، 14 مارس 2026.
- Lemercier وThiemann وKoning وGerkmann: Wind Noise Reduction with a Diffusion-based Stochastic Regeneration Model، ITG Conference on Speech Communication، 2024.
- Yuan وHan وKumar وRaj (Carnegie Mellon University): DeWinder: Single-Channel Wind Noise Reduction using Ultrasound Sensing، 2024.
- Eftekhari وChetupalli وShetu وHabets وThiergart: Low-Complexity Neural Wind Noise Reduction for Audio Recordings، 2025.
- ادعاءات الشركات المصنعة: صفحتا منتجي Neumann WS 81 وWS 87؛ وRycote، ورقة Modular Windshield Kit، 2014.
- ملاحظة حول البيانات: كثير من أدلة واقيات الرياح قديم (الاختبار المرجعي لعام 1979، ودراسة BYU لعام 2006، ودراسة نفق الرياح للمعينات السمعية لعام 2011) وقد وسمناه بأنه أحدث البيانات المتاحة؛ ولا توجد دراسة مفتوحة أحدث تكرر مسحا كاملا لسرعات الرياح على ميكروفون غير محمي. ولم نجد قياسا محكما يقارن الفرو بالإسفنج جنبا إلى جنب، ولذلك فإن أرقام الفرو الوحيدة هنا هي ادعاءات Rycote عند تردد واحد (100 Hz)، وهي غير قابلة للمقارنة مع أرقام Neumann عريضة النطاق عند 20 km/h. وتختلف عتبات التشبع بين المصادر: فقد قاس Zakis التشبع عند 12 m/s، بينما يورد Lee (Hearing Review 2016) عن Dillon وآخرون أن رياحا بسرعة 5 m/s قد تشبع الميكروفونات عند 90 إلى 100 dB SPL؛ والرقمان من أجهزة وإعدادات اختبار مختلفة، ولذلك أوردنا القيمة المقيسة من JASA. وتورد مراجعة Seminars in Hearing نسبة 49.6% لتحديد الفونيمات مع الخوارزمية وفائدة قدرها 8.4 dB في نسبة الإشارة إلى الضجيج، بينما يذكر ملخص JAAA أكبر تحسن بنسبة 48.2%؛ وهما مقياسان مختلفان ونحن نقتبس رقم JAAA. كما يورد Lee رضا بنسبة 58% في الرياح من MarkeTrak، وهو متسق مع رقم 42% غير الراضين. وفي Riedel وآخرون 2025 لا تطابق بضع قيم تخفيف واردة في النص الجدول 1 في الورقة؛ فاستخدمنا الجدول 1 فقط. أما IEC 61400-11 نفسه فهو مدفوع، ولذلك أخذت أبعاد واقيات الرياح فيه من وصف مخرج HETMAN للإصدار 2012؛ وقد يختلف تعديل 2018.
آخر تحديث: 6 نوفمبر 2026. نحدث هذا الاستعراض كل ثلاثة أشهر، ومن المتوقع أن يأتي التحديث التالي عند صدور الإصدار أو التعديل التالي من IEC 61400-11 ونشر استطلاع MarkeTrak التالي لرضا مستخدمي المعينات السمعية.