Insinööriopiskelijana tai insinöörinä tiedät, että elektronisia järjestelmiä on kaikkialla, puhelimestasi autoon ja kodin laitteisiin.
Mutta et ehkä tiedä, että näillä järjestelmillä on piilotettu vihollinen, joka voi vaikuttaa niiden toimintaan ja luotettavuuteen: taustamelu.
Taustamelu, kuten sähköjohtojen humina tai muiden laitteiden aiheuttama häiriö, voi heikentää signaalien laatua ja vaikeuttaa elektronisten järjestelmien toimintaa.
Tämän vuoksi on tärkeää tietää paljon taustamelusta ja siitä, kuinka päästä eroon siitä tehokkaasti.
Tässä blogiviestissä opimme taustamelusta, mukaan lukien mistä se tulee, mitä se tekee ja kuinka estää sitä sotkemasta elektroniikkaa.
Taustamelun ymmärtäminen elektronisissa järjestelmissä
Muodollinen määritelmä:
Ei-toivotut signaalit, jotka ovat aina läsnä elektronisessa tai muussa järjestelmässä riippumatta siitä, onko ei-toivottua signaalia läsnä vai ei.
Taustakohina on mitä tahansa energiaa, joka on ei-toivottua tai häiritsevää ja estää viestintäsignaalin. Se voi tulla luonnollisista asioista, kuten tuulesta, sateesta, lumesta, lämpötilasta, kosteudesta ja kuun vetovoimasta.
Se voi myös johtua ihmisten valmistamista asioista, kuten elektroniikkajärjestelmistä, tehon spektritiheydestä, magneettikentistä, siirtolinjoista, generaattoreista, voimalaitoksista, tietokoneista tai matkapuhelimista.
Taustakohina vaikuttaa elektronisten järjestelmien signaalien laatuun vaikeuttamalla ihmisten kommunikointia.
Kohina on viestintäkanavan hyödyllisen informaatiosignaalin virhe tai satunnainen häiriö, jota ei haluta.
S/N tai SNR tarkoittaa signaali-kohinasuhdetta.
Signaali-kohinasuhde (S/N tai SNR) on tapa verrata halutun signaalin voimakkuutta taustamelun voimakkuuteen. Mitä tulee verkkopalveluihin, korkeampi S/N-suhde on parempi kuin pienempi.
Jos esimerkiksi Wi-Fi-signaalien S/N-suhde on liian alhainen, se voi heikentää verkon suorituskykyä, koska laitteiden on vaikeampi erottaa haluamansa signaali kohinasta.
Tämä voi aiheuttaa pakettien putoamisen ja tietojen lähettämisen yhä uudelleen ja uudelleen, mikä heikentää suorituskykyä ja lisää viivettä.
Kuinka suojaus ja maadoitus auttavat vähentämään taustamelua
Suojaus ja maadoitus voivat auttaa vähentämään taustamelua elektronisissa järjestelmissä antamalla kaikille laitteille yhden maadoituspisteen, estämällä maadoitussilmukat, lisäämällä etäisyyttä hyökkääjän ja uhrin verkkojen välillä, käyttämällä suojattuja kaapeleita ja perustamalla asianmukaisen maadoitusjärjestelmän.Suojattuja kaapeleita voidaan käyttää estämään sähköstaattisen melun pääsy johtimiin ja pitämään sähköstaattista kohinaa suojavaipan sisällä. Suojattujen kaapeleiden oikea käyttö auttaa vähentämään yhteistilasta tulevaa sähköstaattista melua.
Jotta DAQ-järjestelmässä olisi vähemmän meluongelmia, maadoitus ja maadoitus on tehtävä suunnittelu- ja asennusvaiheessa.
Näitä parhaita käytäntöjä noudattamalla voit vähentää prosessinohjausverkkoihin vaikuttavan signaalikohinan määrää ja varmistaa, että elektroniset järjestelmät toimivat oikein.
Suojaus voi auttaa vähentämään sähkömagneettisia häiriöitä (EMI) ja radiotaajuisia häiriöitä (RFI) asettamalla johtavan esteen laitteen ja häiriölähteen väliin.
Taustamelun voiman vapauttaminen: Haitasta luovaan työkaluun
Vieläkö vaikea ymmärtää? Muutanpa hieman näkökulmaa:
Oletko kyllästynyt laitteidesi kristallinkirkkaaseen ääneen ja helppoihin liitäntöihin? Haluatko tehdä elektronisista järjestelmistäsi vaikeampaa ja turhauttavampaa käyttöä? No, sinun tarvitsee vain kuunnella taustamelua! Kyllä, se on oikein.
Voit muuttaa täydellisesti toimivan järjestelmän kaoottiseksi sotkuksi antamalla elektronisissa järjestelmissä aina läsnä olevien ei-toivottujen signaalien jyllää.
Etkö usko meitä? Istu alas, ota rennosti ja anna taustamelun tehdä tehtävänsä!
Okei, se oli vain vitsi, joka tehtiin näyttämään TV-mainokselta.
Palataan nyt selitykseen...
Taustamelun mittaus ja kvantifiointi
Taustamelu voi vaikuttaa elektronisiin järjestelmiin.
Tämä voi heikentää signaalien laatua ja vaikuttaa verkon toimintaan.
On tärkeää mitata ja laskea taustamelua, jotta voit paremmin ymmärtää, miten se vaikuttaa sinuun, ja keksiä tapoja päästä eroon siitä.
Taustamelun mittausmenetelmät
Elektronisissa järjestelmissä on olemassa useita tapoja mitata ja laskea taustamelua.
Kohinalähde, joka lähettää tunnetun kohinasignaalin kiinnostavaan piiriin, on yksi tapa tehdä tämä.
Näin voidaan mitata kuinka paljon satunnaista kohinaa piirissä on.
Kohinatekijää käytetään myös vahvistusmenetelmässä, joka on toinen tapa mitata taustamelua piirissä.
Piirin kohinaluku mitataan vahvistusmenetelmällä.
Kohinaluku on mitta siitä, kuinka paljon kohinaa piiri lisää sille antamaan signaaliin.
Spektrianalysaattori voi myös mitata kohinatehon määrää lähdössä.
Tämä laite mittaa signaalin tehospektrin, ja sitä voidaan käyttää melunlähteiden etsimiseen ja niiden äänenvoimakkuuden selvittämiseen.
Sähköisen melutason mittayksiköt
Sähköiset melutason mittausyksiköt sisältävät sähkötehon N watteina tai dBm, RMS-jännitteen voltteina, dBV ja keskimääräisen neliövirheen (MSE) voltteina neliöinä.
Äänitasomittarit
Äänitasomittarit ovat työkaluja, jotka mittaavat melun määrää desibeleinä (dB).
Näissä laitteissa on asetus nimeltä A-painotus, joka muuttaa lukemia vastaamaan tapaa, jolla ihmiskorva reagoi eri taajuuksiin.
Äänitasomittareita käytetään usein mittaamaan ympäristön melua, ja ne ovat tärkeä työkalu melua koskevien sääntöjen ja määräysten asettamisessa.
Signaali-kohinasuhde (S/N)
Signaali-kohinasuhde (S/N) on tapa verrata halutun signaalin voimakkuutta taustamelun voimakkuuteen.
S/N mitataan yleensä desibeleinä, ja sen selvittämiseen voidaan käyttää 10 peruslogaritmia.
Jos mittaat esimerkiksi mikrovolteissa, voit käyttää tätä kaavaa: S/N = 20 log10(Ps/Pn), missä Ps on signaalin teho ja Pn on taustamelun teho.
Taustamelun lähteet elektronisissa järjestelmissä ja niiden minimoiminen tai poistaminen
Melua voi tulla sekä elektronisten järjestelmien sisältä että ulkopuolelta. Vahvistimen sisältä tulevaa kohinaa kutsutaan sisäiseksi kohinaksi. Järjestelmän ulkopuolelta tulevaa melua kutsutaan ulkoiseksi meluksi.
Johtava melu, joka tulee järjestelmään kaapelien kautta, ja säteilevä melu, joka tulee jostain muualta ilman tai tyhjiön kautta, ovat molemmat ulkoisen melun tyyppejä.
Laitteiden elektroniset piirit, jotka eivät ole hyvin tehtyjä ja eivät estä tarpeeksi melua sekä sisältä että ulkoa, ovat myös herkempiä signaalikohinalle.
Suodatus ja maadoitus
Yksi tapa vähentää taustamelua tai päästä eroon elektroniikkajärjestelmien taustamelusta on laittaa suodattimet kaapeleihin, joihin melu tulee.
Voit tehdä tämän lisäämällä ferriittipuristimia kaapeliin, jotta se olisi induktiivisempi.
Jotta DAQ-järjestelmissä olisi vähemmän meluongelmia, ne on suunniteltava ja asennettava asianmukaisesti maadoitettuna ja maadoitettuna.
Maatason asentaminen voi auttaa vähentämään melua ja varmistaa, että kaikilla järjestelmän piireillä on sama referenssipotentiaali, jotta eri signaaleja voidaan verrata.
Kaistanleveyden vähentäminen
Järjestelmän kaistanleveyden pienentäminen on toinen hyvä tapa vähentää signaalikohinaa.
Tämä on sama kuin digitaalisen signaalin mittaamiseen kuluvan ajan lyhentäminen.
Jos vahvistimella on sama kaistanleveys kuin sen vahvistamalla signaalilla, se lisää vähemmän ulkoista kohinaa kuin vahvistimella, jonka kaistanleveys on suurempi.
Tekniikat taustamelun poistamiseksi ääni- tai videotallenteista ja parhaat käytännöt taustamelun estämiseksi
Taustamelun poistaminen
On olemassa erilaisia tapoja päästä eroon ääni- tai videotallenteiden taustalla olevasta melusta.
Yksi tapa on käyttää suodatinta, kuten TechSmith Camtasian Noise Reduction -äänitehostetta tai Audacityn kohinanvaimennustehostetta, jossa leike eristetään ja napsautetaan Effect, Noise Reduction, Get Noise Profile.
On myös ohjelmistotyökaluja, kuten Krisp, Wavosaur, Samson Sound Deck, Wavepad ja NoiseGate, joita voidaan ladata ja käyttää taustamelun vähentämiseen.
Taustamelun estäminen
On olemassa muutamia parhaita käytäntöjä, joiden avulla voidaan estää taustamelun tallentaminen.
Yksi tehokas tapa on äänittää hiljaisessa ympäristössä.
Tämä voidaan tehdä pienentämällä kohteen ja mikrofonin välistä tilaa ja lisäämällä mikrofonin ja kohinan välistä tilaa.
Mikäli mahdollista, on myös tärkeää päästä eroon taustamelun lähteistä.
Voit esimerkiksi sammuttaa lähellä olevat ilmastointilaitteet tai muuttaa uuteen paikkaan, jossa on vähemmän liikennettä.
Suuntamikrofonien käyttö voi myös auttaa vähentämään taustamelua keskittymällä äänilähteeseen ja minimoimalla muista suunnista tulevat äänet.
Tuulilasit ja mikrofonin Boost/Gain
Hyvien tuulilasien käyttäminen mikrofoneissa ulkona äänitettäessä on toinen hyvä tapa estää taustamelua pääsemästä tielle.
Riippuen äänen tallentamiseen käytetystä laitteesta, myös mikrofonin tehostuksen tai vahvistuksen tason muuttaminen voi vähentää kohinaa.
Toimintasuunnitelma
Lopuksi on tärkeää oppia käsittelemään taustamelua ja laatia suunnitelma, mitä tehdä, jos nauhoitusten tai kokousten aikana ilmenee odottamattomia ääniä.
Tämä voi parantaa ääntä ja vähentää taustamelua.
Taustamelun poistaminen viestintätekniikoista
Taustamelu voi olla suuri ongelma verkkokokouksissa tai videopuheluissa.
On olemassa muutamia tapoja päästä eroon tietokoneen mikrofonien tai kuulokkeiden taustamelusta, mikä on hyvä uutinen.
Sisäänrakennettujen melunvaimennusominaisuuksien käyttäminen
Monissa viestintämuodoissa on sisäänrakennetut melunvaimennusominaisuudet, jotka helpottavat taustamelua kuulemista kokousten tai puhelujen aikana.
Esimerkiksi Microsoft Teamsin työpöytäsovelluksessa ja iOS-sovelluksessa on molemmissa kolme melunvaimennustasoa, jotka auttavat kokouksen osallistujia pysymään tehtävässä.
Kolmannen osapuolen taustamelunpoistosovellusten käyttäminen
Toinen tapa päästä eroon taustamelusta on käyttää Krispin kaltaisia sovelluksia, jotka käyttävät tekoälyllä toimivaa tekniikkaa taustamelun poistamiseen.
Muiden viestintätyökalujen kanssa käytettäessä nämä sovellukset voivat parantaa puheluiden äänenlaatua.
Huoneen äänieristys tai paikan vaihtaminen
Voit myös päästä eroon taustamelusta eristämällä huoneesi tai muuttamalla.
Viestintäistuntojen aikana yksinkertaiset muutokset, kuten ovien ja ikkunoiden sulkeminen tai siirtyminen hiljaisempaan huoneeseen, voivat auttaa vähentämään meluhäiriöitä.
Mikrofonin ja kaiuttimien sijainnin säätö
Mikrofonin ja kaiuttimien sijaintipaikan muuttaminen voi myös vähentää taustamelua.
Jos asetat mikrofonin lähemmäs suutasi, se voi poimia äänesi meluisten taustaäänien yli.
Kaiuttimien pitäminen loitolla mikrofonista voi vähentää palautteen ja taustamelun määrää.
Puhtaiden laitteiden käyttö
Siistit laitteet poistavat automaattisesti taustamelun puheluista luomalla virtuaalisen kuplan kokouksellesi ja vähentämällä melua vaimentamatta osallistujia.
Neatin älykäs mikrofoni- ja kaiutinpalkkitekniikka auttaa tekemään äänentoistosta kristallinkirkkaan ja vähentämään taustamelua.
Taustamelun minimoiminen jokapäiväisissä ympäristöissä
Taustamelu on yleinen ongelma kodeissa, kouluissa, työpaikoilla ja julkisilla paikoilla.
Taustamelun vähentämiseksi tai poistamiseksi voidaan tehdä useita asioita.
Taustamelun lähteet jokapäiväisissä ympäristöissä
Joitakin yleisiä taustamelun lähteitä jokapäiväisessä elämässä ovat:
- Teolliset lähteet, kuten tekstiilitehtaat, konepajat, painokoneet ja metalliteollisuus.
- Kovaääniset kodinkoneet, joissa on rummut tai surisevat tuulettimet.
- Melu kouluissa, kuten luokkahuoneissa, kahviloissa, käytävillä ja leikkikentillä.
- Työmelu raskaassa teollisuus- ja tuotantoympäristöissä, kuten maatiloilla, kahviloissa tai baareissa.
Strategiat taustamelun minimoimiseksi
- Korvatulppien ja suojusten käyttö.
Käytä korvatulppia tai melua vaimentavia kuulokkeita vähentääksesi taustamelua tai päästäksesi eroon siitä.
Näitä voidaan käyttää töissä tai nukkuessa ympäristön aiheuttaman melun vähentämiseksi.
Seiniä, ovia ja ikkunoita voidaan käyttää myös tärinän ja kovien ääniaaltojen vähentämiseen.
- Hiljaisempien laitteiden käyttö.
Kodissa äänekkäät laitteet, kuten rummut tai surisevat tuulettimet, tulisi korvata hiljaisemmilla.
Tämä voi vähentää kodin melua huomattavasti.
- White/Pink Noise -koneiden käyttö.
Valkokohinakoneita voidaan käyttää myös taustamelun peittämiseen, koska ne tuottavat tasaisen äänen, joka auttaa peittämään muut äänet.
Mutta valkoisen kohinan koneet eivät välttämättä ole paras valinta kaikissa tilanteissa, koska ne voivat myös lisätä melutasoa.
- Akustinen hoito.
Materiaalien, kuten paneelien tai laattojen, käyttöä ääniaaltojen imemiseen ja jälkikaiunta-ajan lyhentämiseen kutsutaan akustiseksi käsittelyksi.
Tämä voi olla erityisen hyödyllistä luokkahuoneissa ja muissa oppimispaikoissa, joissa taustamelu voi häiritä.
- Tekniset muutokset.
Työpaikoilla, joissa melua on liikaa, työnantajien tulee selvittää, mitkä alueet tai tehtävät aiheuttavat liikaa melua, ja ryhtyä toimiin sen vähentämiseksi.
Tämä voi tarkoittaa muutosten tekemistä melulähteeseen tai työpaikan ympäristöön tekniikan avulla.
Esimerkkejä:
- Ääntä vaimentavien materiaalien käyttö seinissä, lattioissa ja katoissa.
- Meluisten laitteiden sulkeminen tai eristäminen.
- Esteiden tai ääniverhojen asentaminen melun estämiseksi tai vaimentamiseksi.
- Henkilökohtaiset suojaimet.
Kun tekniikka ei riitä ratkaisemaan ongelmaa, ihmisille tulisi antaa myös henkilökohtaisia suojavarusteita, kuten korvatulppia tai kuulosuojaimia.
Kaiken kaikkiaan on olemassa useita tapoja vähentää taustamelua tai päästä eroon siitä.
Näitä voivat olla melun lähteen muuttaminen, henkilösuojainten käyttö, huonekalujen uudelleenjärjestely, akustisten paneelien käyttö, puiden istuttaminen, valkoisen/vaaleanpunaisen melukoneiden käyttö tai kovien laitteiden vaihtaminen hiljaisempaan.
Taustamelun poistaminen elektronisista järjestelmistä
Aktiivinen melunvaimennus (ANC)
Active Noise Control (ANC) -tekniikkaa käytetään liike-elämässä taustamelun vähentämiseen elektronisissa järjestelmissä.
ANC-tekniikka toimii tallentamalla taustamelua, kääntämällä kohinasignaalin "anti-kohinaksi" ja lisäämällä sen sitten lähtösignaaliin.
ANC voidaan tehdä joko analogisilla piireillä tai käsittelemällä digitaalisia signaaleja.
Digitaalinen kohinanvaimennus (DNR)
Digital Noise Reduction (DNR) -järjestelmät on tehty vähentämään kuulokojeiden tuottaman äänen määrää, kun on melua.
DNR-algoritmit tarkastelevat taustamelun aaltomuotoa ja antavat signaalin, joka joko muuttaa kyseisen taajuuden vaihetta tai heikentää sitä reaaliajassa.
Digital Active Noise Cancellation (ANC) -tekniikka vaimentaa taustamelun yli 40 dB, mikä on markkinoiden paras.
Kehittyneet algoritmit
Edistynyt kohinanvaimennus voidaan tehdä edistyneiden algoritmien avulla.
Kaksisuuntaisia tai nelisuuntaisia mikrofoneja käytetään äänisignaalien poimimiseen ympäristöstä.
Nämä äänisignaalit lähetetään digitaaliseen signaaliprosessoriin (DSP), joka käyttää algoritmeja taustamelun erottamiseen ja poistamiseen.
Edistyneemmillä algoritmeilla tämä voi sisältää puheen eristämisen ja vahvistamisen, jotta voit kuulla ja tulla kuulluksi selkeästi riippumatta siitä, kuinka kovaa se on.
Aktiivinen melunvaimennus, digitaalinen kohinanvaimennus ja edistyneet algoritmit ovat kaikki kehittyneitä menetelmiä, joita teollisuudessa käytetään vähentämään taustamelua elektronisissa järjestelmissä.
Voit tehdä nämä asiat analogisilla piireillä tai digitaalisella signaalinkäsittelyllä, ja voit käyttää kahta tai neljää ympärisuuntaista mikrofonia poimimaan ääniä ympäristöstä.
Loppujen lopuksi edistynyt kohinanvaimennus auttaa erottamaan ja peittämään taustamelun, mikä tekee puheesta selkeämmän ja vähentää ei-toivottuja ääniä.
Kuinka poistaa taustamelu Audacitystä
Vinkki: Ota tekstityspainike käyttöön, jos tarvitset sitä. Valitse asetuspainikkeesta "automaattinen käännös", jos puhuttu kieli ei ole sinulle tuttu. Sinun on ehkä napsautettava ensin videon kieltä, ennen kuin suosikkikielesi on saatavilla käännettäväksi.
Voiko näistä äänistä olla hyötyä?
| Käytetty: | Kuvaus: |
|---|---|
| Äänen peitto: | Joissakin paikoissa, kuten avotoimistoissa tai sairaaloissa, voi olla vaikeaa säilyttää yksityisyytesi ja estää ihmisiä häiritsemästä sinua. Äänen peittäminen on yksi ratkaisu. Tämä on silloin, kun taustamelua lisätään tarkoituksella vaikeuttaakseen keskustelujen kuulemista ja muita ääniä. Esimerkiksi valkoisen kohinakoneen tai luonnonäänigeneraattorin avulla voidaan luoda rauhoittava taustaääni, joka peittää ympäristön häiritsevämmät äänet. |
| Äänen vesileima: | Äänivesileima on tapa seurata, mistä äänisignaali on peräisin tai kuka sen omistaa, lisäämällä siihen yksilöllinen tunniste tai koodi. Yksi tapa tehdä tämä on lisätä äänisignaaliin tietyntyyppistä taustakohinaa, jota ihmiset eivät kuule. Mutta se voidaan poimia ohjelmistolla tai laitteistolla, jossa on oikeanlaiset anturit. |
| Signaalinkäsittely: | Joitakin signaalinkäsittelytehtäviä, kuten puheentunnistusta tai kuvankäsittelyä, voidaan tarkentaa lisäämällä pieni määrä taustakohinaa. Tämä johtuu siitä, että taustamelu voi auttaa vähentämään järjestelmän ylisovituksen tai vinoutumisen vaikutuksia ja tekemään siitä kestävämmän muutoksia tuloon. |
| Ääni- tai musiikkituotanto: | Taustamelua voidaan käyttää luovalla tavalla lisäämään tekstuuria tai tunnelmaa kappaleeseen tai tallenteeseen. Esimerkiksi sateen tai liikenteen ääntä voidaan käyttää kappaleen taustalla luomaan tietty tunnelma tai kohtaus. |
| Testaus ja arvostelu: | Testauksen ja arvioinnin aikana taustamelua voidaan joskus lisätä tarkoituksella elektronisiin järjestelmiin, jotta ne muistuttaisivat enemmän todellista maailmaa tai testataan, kuinka hyvin ne toimivat stressissä. Esimerkiksi autonvalmistaja voi testata auton elektroniikkajärjestelmää eri erilaista taustamelua varmistaaksesi, että se toimii hyvin kaikissa tilanteissa. |
Johtopäätös
Loppujen lopuksi taustamelu on suuri ongelma tekniikan maailmassa, joka usein unohdetaan.
Kuten olemme nähneet, se voi vaikuttaa elektronisten järjestelmien laatuun ja luotettavuuteen, ja siitä voi olla vaikea päästä eroon kokonaan.
Mutta hyvä uutinen on, että sen vaikutuksia voidaan vähentää monilla tavoilla, yksinkertaisista, kuten suojauksesta ja maadoituksesta, monimutkaisempiin, kuten signaalinkäsittelyalgoritmit ja aktiivinen melunvaimennus.
Insinöörit voivat tehdä elektronisia järjestelmiä, jotka ovat vahvoja, luotettavia ja tehokkaita, kun he tietävät, mistä taustamelu tulee ja mitä he voivat tehdä sen poistamiseksi.
Joten, kun seuraavan kerran kohtaat meluisan elektronisen järjestelmän, muista, että taustamelu ei ole vain ärsyttävää; se on myös insinöörihaaste, joka vaatii luovia ratkaisuja ja teknistä osaamista.
Jaa…
