Introduksjon Til Bakgrunnsstøy I Ingeniørfag

Som ingeniørstudent eller ingeniør vet du at elektroniske systemer er overalt, fra telefonen til bilen din til hvitevarene i hjemmet ditt.

Men du vet kanskje ikke at disse systemene har en skjult fiende som kan påvirke hvor godt de fungerer og hvor pålitelige de er: bakgrunnsstøy.

Bakgrunnsstøy, som summing av elektriske ledninger eller forstyrrelser fra andre enheter, kan skade kvaliteten på signaler og gjøre det vanskelig for elektroniske systemer å fungere.

På grunn av dette er det viktig å vite mye om bakgrunnsstøy og hvordan du kan bli kvitt den effektivt.

I dette blogginnlegget vil vi lære om bakgrunnsstøy, inkludert hvor den kommer fra, hva den gjør, og hvordan du kan stoppe den fra å rote til elektronikk.

Forstå bakgrunnsstøy i elektroniske systemer

Formell definisjon:

De uønskede signalene som alltid er tilstede i et elektronisk eller annet system, uavhengig av om det uønskede signalet er tilstede eller ikke.

Bakgrunnsstøy er all energi som er uønsket eller plagsom og kommer i veien for et kommunikasjonssignal. Det kan komme fra naturlige ting som vind, regn, snø, temperatur, fuktighet og månens gravitasjonskraft.

Det kan også komme fra ting som folk har laget, som elektroniske systemer, kraftspektraltetthet, magnetiske felt, overføringslinjer, generatorer, kraftverk, datamaskiner eller mobiltelefoner.

Bakgrunnsstøy påvirker kvaliteten på signalene i elektroniske systemer ved å gjøre det vanskeligere for folk å kommunisere.

Støy er en feil eller tilfeldig forstyrrelse av et nyttig informasjonssignal i en kommunikasjonskanal som ikke er ønsket.

S/N eller SNR står for signal-til-støy-forhold.

Signal-til-støy-forholdet (S/N eller SNR) er en måte å sammenligne styrken til et ønsket signal med styrken til bakgrunnsstøy. Når det gjelder nettverkstjenester, er et høyere S/N-forhold bedre enn et lavere.

Hvis S/N-forholdet for Wi-Fi-signaler er for lavt, kan det for eksempel skade ytelsen til nettverket fordi det gjør det vanskeligere for enheter å skille signalet de ønsker fra støyen.

Dette kan føre til at pakker droppes og data sendes om og om igjen, noe som reduserer gjennomstrømmingen og øker ventetiden.

Hvordan skjerming og jording bidrar til å redusere bakgrunnsstøy

Skjerming og jording kan bidra til å redusere bakgrunnsstøy i elektroniske systemer ved å gi alle enheter et enkelt jordingspunkt, forhindre jordsløyfer, øke avstanden mellom angriperen og offernettet, bruke skjermede kabler og sette opp et skikkelig jordingssystem.

Skjermede kabler kan brukes for å forhindre at elektrostatisk støy kommer inn i lederne og for å holde elektrostatisk støy inne i skjermen. Bruk av skjermede kabler på riktig måte vil bidra til å redusere elektrostatisk støy som kommer fra vanlig modus.

For at DAQ-systemet skal ha mindre støyproblemer, må jording og jordbinding gjøres under design- og installasjonsfasene.

Ved å følge disse beste fremgangsmåtene kan du redusere mengden signalstøy som påvirker prosesskontrollnettverk og sørge for at elektroniske systemer fungerer som de skal.

Skjerming kan bidra til å redusere elektromagnetisk interferens (EMI) og radiofrekvensinterferens (RFI) ved å sette en ledende barriere mellom enheten og kilden til interferens.

Lås opp kraften i bakgrunnsstøy: Fra plage til kreativt verktøy

Fortsatt vanskelig å forstå? La meg endre synspunktet litt:

Er du lei av å ha krystallklar lyd og enkle tilkoblinger på enhetene dine? Vil du gjøre dine elektroniske systemer vanskeligere og mer frustrerende å bruke? Vel, alt du trenger å gjøre er å lytte til bakgrunnsstøyen! Ja det er riktig.

Du kan gjøre et perfekt fungerende system til et kaotisk rot ved å la de uønskede signalene som alltid er tilstede i elektroniske systemer gå amok.

Tror du oss ikke? Bare len deg tilbake, ta det med ro, og la støyen i bakgrunnen gjøre sitt!

Ok, det var bare en spøk laget for å se ut som en TV-reklame.

La oss nå gå tilbake til forklaringen...

Måling og kvantifisering av bakgrunnsstøy

Bakgrunnsstøy kan påvirke elektroniske systemer.

Dette kan senke kvaliteten på signalene og påvirke hvor godt et nettverk fungerer.

Det er viktig å måle og telle bakgrunnsstøy slik at du bedre kan forstå hvordan den påvirker deg og komme opp med måter å bli kvitt den på.

Metoder for måling av bakgrunnsstøy

I elektroniske systemer er det flere måter å måle og telle bakgrunnsstøy på.

En støykilde som sender et kjent støysignal inn i kretsen av interesse er en måte å gjøre dette på.

Dette gjør det mulig å måle hvor mye tilfeldig støy det er i en krets.

Støyfaktoren brukes også i forsterkningsmetoden, som er en annen måte å måle bakgrunnsstøy i en krets.

Støytallet til en krets måles med forsterkningsmetoden.

Støytallet er et mål på hvor mye støy kretsen legger til signalet den gis.

En spektrumanalysator kan også måle mengden støyeffekt ved utgangen.

Denne enheten måler et signals effektspekter og kan brukes til å finne støykilder og finne ut hvor høye de er.

Måleenheter for elektrisk støynivå

Måleenheter for elektrisk støynivå inkluderer elektrisk effekt N i watt eller dBm, RMS-spenning i volt, dBV og gjennomsnittlig kvadratfeil (MSE) i kvadratisk volt.

Lydnivåmålere

Lydnivåmålere er verktøy som måler mengden støy i desibel (dB).

Disse enhetene har en innstilling kalt A-vekting som endrer avlesningene for å matche måten det menneskelige øret reagerer på forskjellige frekvenser.

Lydnivåmålere brukes ofte til å måle hvor høyt miljøet er, og de er et viktig verktøy for å sette regler og forskrifter om støy.

Signal-til-støy-forhold (S/N)

Signal-til-støy-forhold (S/N) er en måte å sammenligne styrken til et ønsket signal med styrken til støy i bakgrunnen.

S/N måles vanligvis i desibel, og en base-10-logaritme kan brukes til å finne ut av det.

Hvis du for eksempel måler i mikrovolt, kan du bruke denne formelen: S/N = 20 log10(Ps/Pn), der Ps er kraften til signalet og Pn er kraften til støyen i bakgrunnen.

Kilder til bakgrunnsstøy i elektroniske systemer og hvordan du kan minimere eller eliminere dem

Støy kan komme både fra innsiden og utsiden av elektroniske systemer. Støy som kommer fra innsiden av forsterkeren kalles intern støy. Støy som kommer utenfra systemet kalles ekstern støy.

Konduktiv støy, som kommer inn i systemet gjennom kabler, og utstrålt støy, som kommer fra et annet sted gjennom luften eller vakuumet, er begge typer ekstern støy.

Elektroniske kretser i enheter som ikke er godt laget og som ikke blokkerer nok støy både fra innsiden og utsiden vil også være mer mottakelig for signalstøy.

Filtrering og jording

En måte å kutte ned på eller bli kvitt bakgrunnsstøy i elektroniske systemer er å sette filtre på kablene der støyen kommer inn.

For å gjøre dette kan du legge til ferrittklemmer til en kabel for å gjøre den mer induktiv.

For at DAQ-systemer skal ha mindre støyproblemer, må de designes og installeres med riktig jording og jordforbindelse.

Å sette opp et jordplan kan bidra til å redusere støy og sørge for at alle kretser i et system har samme referansepotensial slik at ulike signaler kan sammenlignes.

Redusere båndbredde

Å redusere systemets båndbredde er en annen god måte å kutte ned på signalstøy.

Dette er det samme som å forkorte tiden det tar å måle et digitalt signal.

Hvis en forsterker har samme båndbredde som signalet den forsterker, vil den legge til mindre ekstern støy enn en med høyere båndbredde.

Teknikker for å fjerne bakgrunnsstøy fra lyd- eller videoopptak og beste praksis for å forhindre bakgrunnsstøy

Fjerner bakgrunnsstøy

Det er forskjellige måter å bli kvitt støy i bakgrunnen på lyd- eller videoopptak.

En måte er å bruke et filter, som Noise Reduction-lydeffekten i TechSmith Camtasia eller støyreduksjonseffekten i Audacity, som innebærer å isolere klippet og klikke Effekt, Noise Reduction, Get Noise Profile.

Det finnes også programvareverktøy som Krisp, Wavosaur, Samson Sound Deck, Wavepad og NoiseGate som kan lastes ned og brukes til å redusere bakgrunnsstøy.

Forhindrer bakgrunnsstøy

Det er noen få beste fremgangsmåter som kan brukes til å stoppe bakgrunnsstøy fra å bli tatt opp.

En effektiv tilnærming er å ta opp i rolige omgivelser.

Dette kan gjøres ved å gjøre rommet mellom motivet og mikrofonen mindre og rommet mellom mikrofonen og støyen større.

Når det er mulig er det også viktig å kvitte seg med kilder til bakgrunnsstøy.

Du kan for eksempel slå av klimaanlegg i nærheten eller flytte til et nytt sted med mindre trafikkstøy.

Bruk av retningsmikrofoner kan også bidra til å redusere bakgrunnsstøy ved å fokusere på lydkilden og minimere lyder fra andre retninger.

Frontruter og mikrofon Boost/Gain

Å bruke gode frontruter på mikrofoner når du tar opp utendørs er en annen god måte å forhindre at bakgrunnsstøy kommer i veien.

Avhengig av enheten som brukes til å ta opp lyder, kan endring av nivået på mikrofonens boost eller forsterkning også redusere støy.

Handlingsplan

Til slutt er det viktig å lære seg hvordan man håndterer bakgrunnsstøy og lage en plan for hva man skal gjøre hvis det oppstår uventede lyder under opptak eller møter.

Dette kan bidra til å forbedre lyden og gjøre bakgrunnsstøy mindre merkbar.

Eliminere bakgrunnsstøy i kommunikasjonsteknologier

Støy i bakgrunnen kan være et stort problem under nettmøter eller videosamtaler.

Det er noen måter å bli kvitt bakgrunnsstøy fra datamaskinmikrofoner eller hodesett på, som er gode nyheter.

Bruk av innebygde støyreduserende funksjoner

Mange kommunikasjonsformer har innebygde støyreduserende funksjoner som gjør det lettere å høre under møter eller samtaler når det er bakgrunnsstøy.

For eksempel har Microsoft Teams' skrivebordsapp og iOS-app begge tre nivåer av støydemping for å hjelpe møtedeltakerne med å holde seg på oppgaven.

Bruke tredjeparts apper for fjerning av bakgrunnsstøy

En annen måte å bli kvitt bakgrunnsstøy på er å bruke apper som Krisp, som bruker AI-drevet teknologi for å fjerne støy i bakgrunnen.

Når de brukes med andre kommunikasjonsverktøy, kan disse appene forbedre lydkvaliteten på samtaler.

Lydisolering av rommet eller endre plassering

Du kan også bli kvitt bakgrunnsstøy ved å lydisolere rommet ditt eller flytte.

Under kommunikasjonsøkter kan enkle endringer som å lukke dører og vinduer eller flytte til et roligere rom bidra til å redusere støyforstyrrelser.

Justering av plassering av mikrofon og høyttaler

Å endre hvor mikrofonen og høyttalerne er plassert kan også bidra til å redusere bakgrunnsstøy.

Hvis du setter mikrofonen nærmere munnen, kan den fange opp stemmen din over støyende bakgrunnslyder.

Å holde høyttalerne unna mikrofonen kan redusere mengden tilbakemelding og bakgrunnsstøy.

Bruker ryddige enheter

Ryddige enheter eliminerer automatisk bakgrunnsstøy for telefonsamtaler ved å lage en virtuell boble for møtet ditt og redusere støy uten å dempe deltakerne.

Den smarte mikrofonen og høyttalerstangteknologien i Neat hjelper til med å gjøre lyden krystallklar og reduserer bakgrunnsstøyen.

Minimerer bakgrunnsstøy i hverdagsmiljøer

Støy i bakgrunnen er et vanlig problem i hjem, skoler, arbeidsplasser og offentlige steder.

Det er en rekke ting som kan gjøres for å redusere eller kvitte seg med bakgrunnsstøy.

Kilder til bakgrunnsstøy i hverdagsmiljøer

Noen vanlige kilder til bakgrunnsstøy i dagliglivet er:

• Industrielle kilder som tekstilfabrikker, ingeniøranlegg, trykkpresser og metallindustri.
• Høylytte apparater med tumlende trommer eller surrende vifter i hjemmene.
• Støy på skoler, som i klasserom, kafeteriaer, ganger og lekeplasser.
• Yrkesstøy i tunge industri- og produksjonsmiljøer, som gårder, kafeteriaer eller barer.

Strategier for å minimere bakgrunnsstøy

• Bruk av ørepropper og barrierer.

Bruk ørepropper eller støyreduserende hodetelefoner for å kutte ned på eller bli kvitt bakgrunnsstøy.

Disse kan brukes på jobb eller mens du sover for å redusere mengden støy fra omgivelsene.

Vegger, dører og vinduer kan også brukes til å redusere vibrasjoner og høye lydbølger.

• Bruk av stillere apparater.

I hjem bør høylytte apparater som tromler eller vifter som snurrer erstattes med mer stillegående.

Dette kan redusere støyen i hjemmet mye.

• Bruk av hvit/rosa støymaskiner.

Hvitstøymaskiner kan også brukes til å dekke over bakgrunnsstøy fordi de lager en jevn lyd som hjelper til med å overdøve andre lyder.

Men hvite støymaskiner er kanskje ikke det beste valget i alle situasjoner fordi de også kan øke støynivået.

• Akustisk behandling.

Å bruke materialer som paneler eller fliser for å absorbere lydbølger og redusere etterklangstiden kalles akustisk behandling.

Dette kan være spesielt nyttig i klasserom og andre steder der læring foregår der støy i bakgrunnen kan være distraherende.

• Tekniske modifikasjoner.

På arbeidsplasser der det er for mye støy, bør arbeidsgivere finne ut hvilke områder eller oppgaver som forårsaker for mye støy og iverksette tiltak for å redusere det.

Dette kan bety endringer i støykilden eller arbeidsmiljøet ved hjelp av ingeniørarbeid.

Eksempler inkluderer:

• Bruk av lydabsorberende materialer i vegger, gulv og tak.
• Omslutter eller isolerer støyende utstyr.
• Installere barrierer eller lydgardiner for å blokkere eller absorbere støy.
• Personlig verneutstyr.

Når teknologien ikke er nok til å løse problemet, bør folk også få personlig verneutstyr som ørepropper eller øreklokker.

Totalt sett er det en rekke måter å redusere eller bli kvitt bakgrunnsstøy på.

Disse kan omfatte endringer i kilden til støyen, bruk av personlig verneutstyr, omorganisering av møbler, bruk av akustikkpaneler, planting av trær, bruk av hvite/rosa støymaskiner eller utskifting av høylytte apparater med stillere.

Eliminere bakgrunnsstøy i elektroniske systemer

Aktiv støyreduksjon (ANC)

Active Noise Control (ANC)-teknologi brukes i næringslivet for å redusere bakgrunnsstøy i elektroniske systemer.

ANC-teknologi fungerer ved å ta opp bakgrunnsstøyen, invertere støysignalet for å lage "anti-støy, og deretter legge det til utgangssignalet.

ANC kan gjøres enten med analoge kretser eller ved å behandle digitale signaler.

Digital støyreduksjon (DNR)

Digital Noise Reduction (DNR)-ordninger er laget for å redusere mengden lyd som høreapparater lager når det er støy.

DNR-algoritmer ser på bølgeformen til bakgrunnsstøyen og lager et signal som enten endrer fasen til den frekvensen eller gjør den svakere i sanntid.

Digital Active Noise Cancellation (ANC)-teknologi kansellerer bakgrunnsstøy med>40dB, som er det beste på markedet.

Avanserte algoritmer

Avansert støydemping kan gjøres ved hjelp av avanserte algoritmer.

To omnidireksjonelle mikrofoner eller quad rundstrålende mikrofoner brukes til å fange opp lydsignaler fra omgivelsene.

Disse lydsignalene sendes til en digital signalprosessor (DSP) som bruker algoritmer for å separere og kvitte seg med bakgrunnsstøy.

Med mer avanserte algoritmer kan dette inkludere å isolere og forsterke tale slik at du kan høre og bli hørt tydelig uansett hvor høyt det er.

Aktiv støydemping, digital støyreduksjon og avanserte algoritmer er alle avanserte metoder som brukes i industrien for å redusere bakgrunnsstøy i elektroniske systemer.

Du kan gjøre disse tingene med analoge kretser eller digital signalbehandling, og du kan bruke to eller fire rundstrålende mikrofoner for å fange opp lyder fra miljøet.

Til slutt hjelper avansert støydemping å skille og blokkere bakgrunnsstøy, noe som gjør talen klarere og reduserer uønskede lyder.

Slik fjerner du bakgrunnsstøy i Audacity

Tips: Slå på bildetekstknappen hvis du trenger det. Velg "automatisk oversettelse" i innstillingsknappen hvis du ikke er kjent med talespråket. Du må kanskje klikke på språket til videoen først før favorittspråket ditt blir tilgjengelig for oversettelse.

Kan disse lydene være nyttige?

Brukt i:	Beskrivelse:
Lydmaskering:	Noen steder, som åpne kontorer eller sykehus, kan det være vanskelig å holde personvernet ditt og hindre folk i å plage deg. Lydmaskering er én løsning. Dette er når bakgrunnsstøy legges til med vilje for å gjøre det vanskeligere å høre samtaler og andre lyder. For eksempel kan en hvit støymaskin eller en naturlig lydgenerator brukes til å lage en beroligende bakgrunnslyd som dekker over de mer distraherende lydene i miljøet.
Lydvannmerking:	Lydvannmerking er en måte å spore hvor et lydsignal kom fra eller hvem som eier det ved å legge til en unik identifikator eller kode til det. En måte å gjøre dette på er å legge til en bestemt type bakgrunnsstøy til lydsignalet som mennesker ikke kan høre men det kan fanges opp av programvare eller utstyr med riktig type sensorer.
Signal Prosessering:	Noen signalbehandlingsoppgaver, som talegjenkjenning eller bildebehandling, kan gjøres mer nøyaktig ved å legge til en liten mengde bakgrunnsstøy. Dette er fordi bakgrunnsstøy kan bidra til å redusere effekten av overtilpasning eller skjevhet i systemet og gjøre det mer motstandsdyktig mot endringer i inngangen.
Lyd- eller musikkproduksjon:	Bakgrunnsstøy kan brukes på en kreativ måte for å legge til tekstur eller atmosfære til en sang eller innspilling. For eksempel kan lyden av regn eller trafikk brukes i bakgrunnen til en sang for å sette en bestemt stemning eller scene.
Testing og vurdering:	Under testing og evaluering kan bakgrunnsstøy noen ganger legges til med vilje til elektroniske systemer for å gjøre dem mer lik den virkelige verden eller for å teste hvor godt de fungerer under stress. For eksempel kan en bilprodusent teste det elektroniske systemet til en bil i forskjellige typer bakgrunnsstøy for å sikre at den fungerer bra i alle situasjoner.

Konklusjon

Til syvende og sist er bakgrunnsstøy et stort problem i ingeniørverdenen som ofte blir oversett.

Som vi har sett, kan det påvirke kvaliteten og påliteligheten til elektroniske systemer og kan være vanskelig å bli helt kvitt.

Men den gode nyheten er at det er mange måter å kutte ned på effektene på, fra enkle som skjerming og jording til mer komplekse som signalbehandlingsalgoritmer og aktiv støykansellering.

Ingeniører kan lage elektroniske systemer som er sterke, pålitelige og effektive ved å vite hvor bakgrunnsstøy kommer fra og hva de kan gjøre for å bli kvitt den.

Så neste gang du kommer over et støyende elektronisk system, husk at bakgrunnsstøy ikke bare er en irritasjon; det er også en ingeniørutfordring som krever kreative løsninger og teknisk kunnskap.