Come studente di ingegneria o ingegnere, sai che i sistemi elettronici sono ovunque, dal tuo telefono alla tua auto agli elettrodomestici di casa tua.
Ma potresti non sapere che questi sistemi hanno un nemico nascosto che può influenzare il loro funzionamento e la loro affidabilità: il rumore di fondo.
Il rumore di fondo, come il ronzio dei cavi elettrici o l'interferenza di altri dispositivi, può danneggiare la qualità dei segnali e rendere difficile il funzionamento dei sistemi elettronici.
Per questo motivo, è importante sapere molto sul rumore di fondo e su come eliminarlo in modo efficace.
In questo post del blog, impareremo a conoscere il rumore di fondo, inclusa la sua provenienza, cosa fa e come impedire che rovini l'elettronica.
Comprensione del rumore di fondo nei sistemi elettronici
Definizione formale:
I segnali indesiderati che sono sempre presenti in un sistema elettronico o di altro tipo, indipendentemente dalla presenza o meno del segnale indesiderato.
Il rumore di fondo è qualsiasi energia indesiderata o fastidiosa che interferisce con un segnale di comunicazione. Può provenire da cose naturali come vento, pioggia, neve, temperatura, umidità e attrazione gravitazionale della luna.
Può anche provenire da cose che le persone hanno fatto, come sistemi elettronici, densità spettrale di potenza, campi magnetici, linee di trasmissione, generatori, centrali elettriche, computer o telefoni cellulari.
Il rumore di fondo influisce sulla qualità dei segnali nei sistemi elettronici rendendo più difficile la comunicazione tra le persone.
Il rumore è un errore o un disturbo casuale di un segnale informativo utile in un canale di comunicazione non desiderato.
S/N o SNR sta per rapporto segnale/rumore.
Il rapporto segnale/rumore (S/N o SNR) è un modo per confrontare l'intensità di un segnale desiderato con l'intensità del rumore di fondo. Quando si tratta di servizi di rete, un rapporto S/N più alto è migliore di uno più basso.
Se il rapporto S/N dei segnali Wi-Fi è troppo basso, ad esempio, può danneggiare le prestazioni della rete perché rende più difficile per i dispositivi distinguere il segnale desiderato dal rumore.
Ciò può causare l'eliminazione dei pacchetti e l'invio ripetuto dei dati, riducendo il throughput e aumentando la latenza.
In che modo la schermatura e la messa a terra aiutano a ridurre il rumore di fondo
La schermatura e la messa a terra possono aiutare a ridurre il rumore di fondo nei sistemi elettronici fornendo a tutti i dispositivi un unico punto di messa a terra, prevenendo loop di terra, aumentando la distanza tra le reti dell'aggressore e della vittima, utilizzando cavi schermati e creando un adeguato sistema di messa a terra.I cavi schermati possono essere utilizzati per evitare che il rumore elettrostatico penetri nei conduttori e per mantenere il rumore elettrostatico all'interno della schermatura. L'uso corretto di cavi schermati contribuirà a ridurre il rumore elettrostatico che proviene dalla modalità comune.
Affinché il sistema DAQ abbia meno problemi di rumore, è necessario eseguire la messa a terra e il collegamento a terra durante le fasi di progettazione e installazione.
Seguendo queste best practice, è possibile ridurre la quantità di rumore del segnale che influisce sulle reti di controllo del processo e assicurarsi che i sistemi elettronici funzionino correttamente.
La schermatura può aiutare a ridurre le interferenze elettromagnetiche (EMI) e le interferenze a radiofrequenza (RFI) inserendo una barriera conduttiva tra il dispositivo e la fonte di interferenza.
Sbloccare il potere del rumore di fondo: dal fastidio allo strumento creativo
Ancora difficile da capire? Permettimi di cambiare un po' il punto di vista:
Sei stufo di avere un suono cristallino e connessioni facili sui tuoi dispositivi? Vuoi rendere i tuoi sistemi elettronici più difficili e frustranti da usare? Bene, non ti resta che ascoltare il rumore di fondo! Si è giusto.
Puoi trasformare un sistema perfettamente funzionante in un caos caotico lasciando che i segnali indesiderati che sono sempre presenti nei sistemi elettronici impazziscano.
Non ci credi? Siediti, rilassati e lascia che il rumore in sottofondo faccia il suo dovere!
Ok, quello era solo uno scherzo fatto per sembrare uno spot televisivo.
Ora torniamo alla spiegazione...
Misurazione e quantificazione del rumore di fondo
Il rumore di fondo può influenzare i sistemi elettronici.
Ciò può ridurre la qualità dei segnali e influire sul funzionamento di una rete.
È importante misurare e contare il rumore di fondo in modo da poter capire meglio come ti influenza e trovare modi per eliminarlo.
Metodi per la misurazione del rumore di fondo
Nei sistemi elettronici esistono diversi modi per misurare e contare il rumore di fondo.
Una sorgente di rumore che invia un segnale di rumore noto nel circuito di interesse è un modo per farlo.
Ciò consente di misurare la quantità di rumore casuale presente in un circuito.
Il fattore di rumore viene utilizzato anche nel metodo del guadagno, che è un altro modo per misurare il rumore di fondo in un circuito.
La cifra di rumore di un circuito viene misurata con il metodo del guadagno.
La cifra di rumore è una misura di quanto rumore il circuito aggiunge al segnale che riceve.
Un analizzatore di spettro può anche misurare la quantità di potenza del rumore in uscita.
Questo dispositivo misura lo spettro di potenza di un segnale e può essere utilizzato per trovare fonti di rumore e capire quanto sono forti.
Unità di misura per i livelli di rumore elettrico
Le unità di misura del livello di rumore elettrico includono la potenza elettrica N in watt o dBm, la tensione quadratica media (RMS) in volt, dBV e l'errore quadratico medio (MSE) in volt al quadrato.
Fonometri
I fonometri sono strumenti che misurano la quantità di rumore in decibel (dB).
Questi dispositivi hanno un'impostazione chiamata ponderazione A che modifica le letture in modo che corrispondano al modo in cui l'orecchio umano risponde a frequenze diverse.
I fonometri sono spesso utilizzati per misurare quanto è rumoroso l'ambiente e sono uno strumento importante per stabilire regole e regolamenti sul rumore.
Rapporto segnale/rumore (S/N)
Il rapporto segnale/rumore (S/N) è un modo per confrontare l'intensità di un segnale desiderato con l'intensità del rumore in sottofondo.
Il rapporto S/N viene solitamente misurato in decibel e per capirlo è possibile utilizzare un logaritmo in base 10.
Ad esempio, se si misura in microvolt, è possibile utilizzare questa formula: S/N = 20 log10(Ps/Pn), dove Ps è la potenza del segnale e Pn è la potenza del rumore di fondo.
Fonti di rumore di fondo nei sistemi elettronici e come ridurle o eliminarle
Il rumore può provenire sia dall'interno che dall'esterno dei sistemi elettronici. Il rumore che proviene dall'interno dell'amplificatore è chiamato rumore interno. Il rumore che proviene dall'esterno del sistema è chiamato rumore esterno.
Il rumore conduttivo, che entra nel sistema attraverso i cavi, e il rumore irradiato, che proviene da qualche altra parte attraverso l'aria o il vuoto, sono entrambi tipi di rumore esterno.
Anche i circuiti elettronici nei dispositivi che non sono ben fatti e non bloccano abbastanza il rumore sia dall'interno che dall'esterno saranno più suscettibili al rumore del segnale.
Filtraggio e messa a terra
Un modo per ridurre o eliminare il rumore di fondo nei sistemi elettronici è mettere dei filtri sui cavi dove arriva il rumore.
Per fare ciò, potresti aggiungere morsetti in ferrite a un cavo per renderlo più induttivo.
Affinché i sistemi DAQ abbiano meno problemi di rumore, devono essere progettati e installati con messa a terra e messa a terra adeguate.
L'impostazione di un piano di massa può aiutare a ridurre il rumore e garantire che tutti i circuiti in un sistema abbiano lo stesso potenziale di riferimento in modo da poter confrontare segnali diversi.
Riduzione della larghezza di banda
Ridurre la larghezza di banda del sistema è un altro buon modo per ridurre il rumore del segnale.
Ciò equivale a ridurre il tempo necessario per misurare un segnale digitale.
Se un amplificatore ha la stessa larghezza di banda del segnale che sta amplificando, aggiungerà meno rumore esterno rispetto a uno con una larghezza di banda maggiore.
Tecniche per la rimozione del rumore di fondo da registrazioni audio o video e best practice per la prevenzione del rumore di fondo
Rimozione del rumore di fondo
Esistono diversi modi per eliminare il rumore sullo sfondo delle registrazioni audio o video.
Un modo è utilizzare un filtro, come l'effetto audio Riduzione del rumore in TechSmith Camtasia o l'effetto di riduzione del rumore in Audacity, che consiste nell'isolare la clip e fare clic su Effetto, Riduzione del rumore, Ottieni profilo del rumore.
Esistono anche strumenti software come Krisp, Wavosaur, Samson Sound Deck, Wavepad e NoiseGate che possono essere scaricati e utilizzati per ridurre il rumore di fondo.
Prevenzione del rumore di fondo
Esistono alcune best practice che possono essere utilizzate per impedire la registrazione del rumore di fondo.
Un approccio efficace consiste nel registrare in un ambiente silenzioso.
Questo può essere fatto riducendo lo spazio tra il soggetto e il microfono e aumentando lo spazio tra il microfono e il rumore.
Quando possibile, è anche importante eliminare le fonti di rumore di fondo.
Ad esempio, potresti spegnere i condizionatori d'aria nelle vicinanze o spostarti in un posto nuovo con meno rumore del traffico.
L'uso di microfoni direzionali può anche aiutare a ridurre il rumore di fondo concentrandosi sulla sorgente sonora e riducendo al minimo i suoni provenienti da altre direzioni.
Antivento e amplificazione/guadagno del microfono
L'uso di buoni schermi antivento sui microfoni durante la registrazione all'aperto è un altro buon modo per evitare che il rumore di fondo si intrometta.
A seconda del dispositivo utilizzato per registrare i suoni, anche la modifica del livello di amplificazione o guadagno del microfono può ridurre il rumore.
Piano d'azione
Infine, è importante imparare a gestire i rumori di sottofondo e fare un piano su cosa fare se si verificano rumori imprevisti durante le registrazioni o le riunioni.
Questo può aiutare a migliorare il suono e rendere meno evidente il rumore di fondo.
Eliminazione del rumore di fondo nelle tecnologie della comunicazione
Il rumore di sottofondo può essere un grosso problema durante le riunioni online o le videochiamate.
Esistono alcuni modi per eliminare il rumore di fondo dai microfoni o dalle cuffie dei computer, il che è una buona notizia.
Utilizzo delle funzioni di eliminazione del rumore integrate
Molte forme di comunicazione dispongono di funzioni di eliminazione del rumore integrate che rendono più facile l'ascolto durante le riunioni o le chiamate in presenza di rumore di fondo.
Ad esempio, l'app desktop e l'app iOS di Microsoft Teams hanno entrambe tre livelli di soppressione del rumore per aiutare i partecipanti alla riunione a rimanere concentrati sull'attività.
Utilizzo di app di rimozione del rumore di sottofondo di terze parti
Un altro modo per eliminare il rumore di fondo è utilizzare app come Krisp, che utilizzano la tecnologia basata sull'intelligenza artificiale per eliminare il rumore di sottofondo.
Se utilizzate con altri strumenti di comunicazione, queste app possono migliorare la qualità del suono delle chiamate.
Insonorizzazione della stanza o cambio di posizione
Puoi anche eliminare il rumore di fondo isolando acusticamente la tua stanza o spostandoti.
Durante le sessioni di comunicazione, semplici modifiche come la chiusura di porte e finestre o lo spostamento in una stanza più silenziosa possono aiutare a ridurre l'interferenza del rumore.
Regolazione della posizione del microfono e dell'altoparlante
Cambiare la posizione del microfono e degli altoparlanti può anche aiutare a ridurre il rumore di fondo.
Se avvicini il microfono alla bocca, può captare la tua voce su rumori di sottofondo rumorosi.
Tenere gli altoparlanti lontani dal microfono può ridurre la quantità di feedback e il rumore di fondo.
Utilizzo di dispositivi ordinati
I dispositivi Neat eliminano automaticamente il rumore di fondo delle telefonate creando una bolla virtuale per la riunione e riducendo il rumore senza attutire i partecipanti.
La tecnologia intelligente del microfono e della barra degli altoparlanti di Neat aiuta a rendere l'audio cristallino e riduce il rumore di fondo.
Riduzione al minimo del rumore di fondo negli ambienti quotidiani
Il rumore di fondo è un problema comune nelle case, nelle scuole, nei luoghi di lavoro e nei luoghi pubblici.
Ci sono una serie di cose che possono essere fatte per ridurre o eliminare il rumore di fondo.
Fonti di rumore di fondo negli ambienti quotidiani
Alcune fonti comuni di rumore di fondo nella vita quotidiana sono:
- Fonti industriali come fabbriche tessili, impianti di ingegneria, macchine da stampa e industrie metallurgiche.
- Apparecchi rumorosi con tamburi che rullano o ventole che ronzano nelle case.
- Rumore nelle scuole, come nelle aule, nelle mense, nei corridoi e nei campi da gioco.
- Rumore professionale in ambienti industriali e manifatturieri pesanti, come fattorie, caffetterie o bar.
Strategie per ridurre al minimo il rumore di fondo
- Uso di tappi per le orecchie e barriere.
Usa tappi per le orecchie o cuffie con cancellazione del rumore per ridurre o eliminare il rumore di fondo.
Questi possono essere indossati al lavoro o durante il sonno per ridurre la quantità di rumore dall'ambiente.
Pareti, porte e finestre possono anche essere utilizzate per ridurre le vibrazioni e le forti onde sonore.
- Uso di apparecchi più silenziosi.
Nelle case, gli apparecchi rumorosi come i tamburi che rullano o le ventole ronzanti dovrebbero essere sostituiti con altri più silenziosi.
Questo può ridurre di molto il rumore in casa.
- Uso di macchine a rumore bianco/rosa.
Le macchine a rumore bianco possono anche essere utilizzate per coprire il rumore di fondo perché emettono un suono costante che aiuta a soffocare altri suoni.
Ma le macchine a rumore bianco potrebbero non essere la scelta migliore in tutte le situazioni perché possono anche aumentare il livello di rumore.
- Trattamento acustico.
L'uso di materiali come pannelli o piastrelle per assorbire le onde sonore e ridurre il tempo di riverbero è chiamato trattamento acustico.
Ciò può essere particolarmente utile nelle aule e in altri luoghi in cui si svolge l'apprendimento, dove il rumore di sottofondo può distrarre.
- Modifiche ingegneristiche.
Nei luoghi di lavoro dove c'è troppo rumore, i datori di lavoro dovrebbero capire quali aree o attività causano troppo rumore e adottare misure per ridurlo.
Ciò potrebbe significare apportare modifiche alla fonte di rumore o all'ambiente di lavoro utilizzando l'ingegneria.
Esempi inclusi:
- Utilizzo di materiali fonoassorbenti in pareti, pavimenti e soffitti.
- Racchiudere o isolare apparecchiature rumorose.
- Installazione di barriere o tende acustiche per bloccare o assorbire il rumore.
- Equipaggiamento per la protezione personale.
Quando la tecnologia non è sufficiente per risolvere il problema, alle persone dovrebbero essere forniti anche dispositivi di protezione individuale come tappi per le orecchie o cuffie antirumore.
Nel complesso, ci sono diversi modi per ridurre o eliminare il rumore di fondo.
Questi potrebbero includere la modifica della fonte del rumore, l'uso di dispositivi di protezione individuale, la riorganizzazione dei mobili, l'uso di pannelli acustici, la piantagione di alberi, l'uso di macchine per il rumore bianco/rosa o la sostituzione di apparecchi rumorosi con altri più silenziosi.
Eliminazione del rumore di fondo nei sistemi elettronici
Cancellazione attiva del rumore (ANC)
La tecnologia Active Noise Control (ANC) viene utilizzata nel mondo degli affari per ridurre il rumore di fondo nei sistemi elettronici.
La tecnologia ANC funziona registrando il rumore di fondo, invertendo il segnale di rumore per creare "anti-rumore" e quindi aggiungendolo al segnale di uscita.
L'ANC può essere eseguito con circuiti analogici o elaborando segnali digitali.
Riduzione digitale del rumore (DNR)
Gli schemi di riduzione del rumore digitale (DNR) sono realizzati per ridurre la quantità di suono emesso dagli apparecchi acustici in presenza di rumore.
Gli algoritmi DNR esaminano la forma d'onda del rumore di fondo e producono un segnale che cambia la fase di quella frequenza o la rende più debole in tempo reale.
La tecnologia Digital Active Noise Cancellation (ANC) annulla il rumore di fondo di>40 dB, il migliore sul mercato.
Algoritmi avanzati
La soppressione avanzata del rumore può essere eseguita con l'aiuto di algoritmi avanzati.
Due microfoni omnidirezionali o quattro microfoni omnidirezionali vengono utilizzati per captare i segnali sonori dall'ambiente.
Questi segnali audio vengono inviati a un processore di segnale digitale (DSP) che utilizza algoritmi per aiutare a separare ed eliminare il rumore di fondo.
Con algoritmi più avanzati, ciò potrebbe includere l'isolamento e l'amplificazione del parlato in modo da poter ascoltare ed essere ascoltati chiaramente, indipendentemente da quanto sia rumoroso.
La cancellazione attiva del rumore, la riduzione del rumore digitale e gli algoritmi avanzati sono tutti metodi avanzati utilizzati nell'industria per ridurre il rumore di fondo nei sistemi elettronici.
Puoi fare queste cose con circuiti analogici o elaborazione del segnale digitale e potresti usare due o quattro microfoni omnidirezionali per captare i suoni dall'ambiente.
Infine, la soppressione avanzata del rumore aiuta a separare e bloccare il rumore di fondo, il che rende il parlato più chiaro e riduce i suoni indesiderati.
Come rimuovere il rumore di fondo in Audacity
Suggerimento: attiva il pulsante dei sottotitoli se ne hai bisogno. Scegli "traduzione automatica" nel pulsante delle impostazioni, se non hai familiarità con la lingua parlata. Potrebbe essere necessario fare clic sulla lingua del video prima che la tua lingua preferita diventi disponibile per la traduzione.
Questi rumori possono essere utili?
| Usato in: | Descrizione: |
|---|---|
| Mascheramento sonoro: | In alcuni luoghi, come uffici open space o ospedali, può essere difficile mantenere la tua privacy e impedire alle persone di disturbarti. Il mascheramento del suono è una soluzione. Questo è quando il rumore di fondo viene aggiunto di proposito per rendere più difficile l'ascolto delle conversazioni e altri suoni. Ad esempio, è possibile utilizzare una macchina per il rumore bianco o un generatore di suoni naturali per creare un suono di sottofondo rilassante che copra i suoni più fastidiosi nell'ambiente. |
| Filigrana audio: | La filigrana audio è un modo per tenere traccia della provenienza di un segnale audio o di chi lo possiede aggiungendovi un identificatore o un codice univoco. Un modo per farlo è aggiungere un certo tipo di rumore di fondo al segnale audio che gli esseri umani non possono sentire ma che possono essere rilevati da software o apparecchiature con il giusto tipo di sensori. |
| Elaborazione del segnale: | Alcune attività di elaborazione del segnale, come il riconoscimento vocale o l'elaborazione delle immagini, possono essere rese più accurate aggiungendo una piccola quantità di rumore di fondo. Questo perché il rumore di fondo può aiutare a ridurre gli effetti dell'overfitting o del bias nel sistema e renderlo più resistente a cambiamenti nell'input. |
| Produzione audio o musicale: | Il rumore di sottofondo può essere utilizzato in modo creativo per aggiungere consistenza o atmosfera a una canzone o a una registrazione. Ad esempio, il suono della pioggia o del traffico può essere utilizzato sullo sfondo di una canzone per creare un determinato stato d'animo o una scena. |
| Test e giudizio: | Durante i test e le valutazioni, a volte può essere aggiunto di proposito del rumore di fondo ai sistemi elettronici per renderli più simili al mondo reale o per testare il loro funzionamento sotto stress. Ad esempio, un produttore di automobili potrebbe testare il sistema elettronico di un'auto in diversi tipi di rumore di fondo per assicurarsi che funzioni bene in tutte le situazioni. |
Conclusione
Alla fine, il rumore di fondo è un grosso problema nel mondo dell'ingegneria che viene spesso trascurato.
Come abbiamo visto, può influenzare la qualità e l'affidabilità dei sistemi elettronici e può essere difficile liberarsene completamente.
Ma la buona notizia è che ci sono molti modi per ridurre i suoi effetti, da quelli semplici come la schermatura e la messa a terra a quelli più complessi come gli algoritmi di elaborazione del segnale e la cancellazione attiva del rumore.
Gli ingegneri possono realizzare sistemi elettronici robusti, affidabili ed efficienti sapendo da dove proviene il rumore di fondo e cosa possono fare per eliminarlo.
Quindi, la prossima volta che ti imbatti in un sistema elettronico rumoroso, ricorda che il rumore di fondo non è solo un fastidio; è anche una sfida ingegneristica che richiede soluzioni creative e know-how tecnico.
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