Wprowadzenie Do Hałasu Tła W Inżynierii

Jako student inżynierii lub inżynier wiesz, że systemy elektroniczne są wszędzie, od telefonu po samochód i sprzęt AGD w domu.

Ale możesz nie wiedzieć, że te systemy mają ukrytego wroga, który może wpływać na ich działanie i niezawodność: hałas w tle.

Szumy w tle, takie jak szum przewodów elektrycznych lub zakłócenia z innych urządzeń, mogą pogorszyć jakość sygnałów i utrudnić działanie systemów elektronicznych.

Z tego powodu ważne jest, aby wiedzieć dużo o hałasie w tle i jak skutecznie się go pozbyć.

W tym poście na blogu dowiemy się o szumie tła, w tym skąd pochodzi, co robi i jak powstrzymać go przed psuciem elektroniki.

Zrozumienie szumu tła w systemach elektronicznych

Formalna definicja:

Niepożądane sygnały, które są zawsze obecne w systemie elektronicznym lub innym, niezależnie od tego, czy niepożądany sygnał jest obecny, czy nie.

Szum tła to każda energia, która jest niepożądana lub uciążliwa i przeszkadza w przekazywaniu sygnału komunikacyjnego. Może pochodzić z naturalnych czynników, takich jak wiatr, deszcz, śnieg, temperatura, wilgotność i przyciąganie grawitacyjne Księżyca.

Może również pochodzić z rzeczy, które ludzie stworzyli, takich jak systemy elektroniczne, gęstość widmowa mocy, pola magnetyczne, linie przesyłowe, generatory, elektrownie, komputery lub telefony komórkowe.

Hałas w tle wpływa na jakość sygnałów w systemach elektronicznych, utrudniając ludziom komunikację.

Szum to niepożądany błąd lub przypadkowe zakłócenie użytecznego sygnału informacyjnego w kanale komunikacyjnym.

S/N lub SNR oznacza stosunek sygnału do szumu.

Stosunek sygnału do szumu (S/N lub SNR) to sposób na porównanie siły pożądanego sygnału z siłą szumu tła. Jeśli chodzi o usługi sieciowe, wyższy stosunek S/N jest lepszy niż niższy.

Jeśli na przykład stosunek S/N sygnałów Wi-Fi jest zbyt niski, może to negatywnie wpłynąć na wydajność sieci, ponieważ utrudnia urządzeniom odróżnienie żądanego sygnału od szumu.

Może to powodować odrzucanie pakietów i wysyłanie danych w kółko, zmniejszając przepustowość i zwiększając opóźnienia.

Jak ekranowanie i uziemienie pomagają ograniczyć hałas w tle

Ekranowanie i uziemienie mogą pomóc zredukować szum tła w systemach elektronicznych, zapewniając wszystkim urządzeniom pojedynczy punkt uziemienia, zapobiegając powstawaniu pętli uziemienia, zwiększając odległość między sieciami agresora i ofiary, stosując kable ekranowane i tworząc odpowiedni system uziemienia.

Kable ekranowane mogą być używane do zapobiegania przedostawaniu się zakłóceń elektrostatycznych do przewodów i utrzymywania zakłóceń elektrostatycznych wewnątrz ekranu. Używanie ekranowanych kabli we właściwy sposób pomoże zmniejszyć szum elektrostatyczny, który pochodzi z trybu wspólnego.

Aby system DAQ miał mniej problemów z hałasem, uziemienie i połączenie uziemiające należy wykonać na etapie projektowania i instalacji.

Postępując zgodnie z tymi najlepszymi praktykami, można zmniejszyć ilość szumu sygnału, który wpływa na sieci sterowania procesem i upewnić się, że systemy elektroniczne działają prawidłowo.

Ekranowanie może pomóc zredukować zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) i zakłócenia o częstotliwości radiowej (RFI) poprzez umieszczenie bariery przewodzącej między urządzeniem a źródłem zakłóceń.

Odblokowywanie mocy szumu tła: od uciążliwości do kreatywnego narzędzia

Nadal trudno to zrozumieć? Zmienię trochę punkt widzenia:

Masz dość krystalicznie czystego dźwięku i łatwych połączeń na swoich urządzeniach? Czy chcesz, aby korzystanie z systemów elektronicznych było trudniejsze i bardziej frustrujące? Cóż, wszystko, co musisz zrobić, to słuchać szumu tła! Tak to prawda.

Możesz zamienić doskonale działający system w chaotyczny bałagan, pozwalając niechcianym sygnałom, które zawsze są obecne w systemach elektronicznych, szaleć.

Nie wierzysz nam? Po prostu usiądź wygodnie, spokojnie i pozwól hałasowi w tle robić swoje!

Dobra, to był tylko żart upozorowany na reklamę telewizyjną.

A teraz wróćmy do wyjaśnień...

Pomiar i ilościowa ocena szumu tła

Hałas w tle może wpływać na układy elektroniczne.

Może to obniżyć jakość sygnałów i wpłynąć na działanie sieci.

Ważne jest, aby mierzyć i liczyć hałas w tle, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób wpływa on na Ciebie i wymyślić sposoby na pozbycie się go.

Metody pomiaru hałasu tła

W systemach elektronicznych istnieje kilka sposobów mierzenia i liczenia szumów tła.

Jednym ze sposobów na to jest źródło szumu, które wysyła znany sygnał szumu do obwodu będącego przedmiotem zainteresowania.

Dzięki temu można zmierzyć, ile losowych szumów występuje w obwodzie.

Współczynnik szumu jest również używany w metodzie wzmocnienia, która jest kolejnym sposobem pomiaru szumu tła w obwodzie.

Współczynnik szumów obwodu jest mierzony metodą wzmocnienia.

Współczynnik szumu jest miarą tego, ile szumu obwód dodaje do sygnału, który jest dostarczany.

Analizator widma może również mierzyć ilość mocy szumów na wyjściu.

To urządzenie mierzy widmo mocy sygnału i może być używane do znajdowania źródeł szumu i określania ich głośności.

Jednostki miary poziomów hałasu elektrycznego

Jednostki pomiaru poziomu hałasu elektrycznego obejmują moc elektryczną N w watach lub dBm, średnią kwadratową (RMS) napięcia w woltach, dBV i średniokwadratowy błąd (MSE) w woltach do kwadratu.

Mierniki poziomu dźwięku

Mierniki poziomu dźwięku to narzędzia, które mierzą ilość hałasu w decybelach (dB).

Urządzenia te mają ustawienie zwane ważeniem A, które zmienia odczyty, aby dopasować je do sposobu, w jaki ludzkie ucho reaguje na różne częstotliwości.

Mierniki poziomu dźwięku są często używane do pomiaru głośności otoczenia i są ważnym narzędziem do ustalania zasad i przepisów dotyczących hałasu.

Stosunek sygnału do szumu (S/N)

Stosunek sygnału do szumu (S/N) to sposób na porównanie siły pożądanego sygnału z siłą szumu w tle.

S/N jest zwykle mierzony w decybelach, a logarytm o podstawie 10 może być wykorzystany do obliczenia.

Na przykład, jeśli mierzysz w mikrowoltach, możesz użyć następującego wzoru: S/N = 20 log10(Ps/Pn), gdzie Ps to moc sygnału, a Pn to moc szumu w tle.

Źródła szumu tła w systemach elektronicznych i sposoby ich minimalizowania lub eliminowania

Hałas może pochodzić zarówno z wnętrza, jak iz zewnątrz układów elektronicznych. Hałas dochodzący z wnętrza wzmacniacza nazywany jest szumem wewnętrznym. Hałas dochodzący z zewnątrz systemu nazywany jest hałasem zewnętrznym.

Hałas przewodzący, który dostaje się do systemu przez kable, oraz hałas promieniowany, który pochodzi z innego miejsca przez powietrze lub próżnię, to oba rodzaje hałasu zewnętrznego.

Obwody elektroniczne w urządzeniach, które nie są dobrze wykonane i nie blokują wystarczającej ilości szumów zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz, będą również bardziej podatne na szum sygnału.

Filtrowanie i uziemienie

Jednym ze sposobów ograniczenia lub pozbycia się szumów tła w systemach elektronicznych jest umieszczenie filtrów na kablach w miejscach, w których dochodzi szum.

Aby to zrobić, możesz dodać zaciski ferrytowe do kabla, aby uczynić go bardziej indukcyjnym.

Aby systemy DAQ miały mniej problemów z hałasem, muszą być zaprojektowane i zainstalowane z odpowiednim uziemieniem i połączeniem uziemiającym.

Ustawienie płaszczyzny uziemienia może pomóc zredukować szumy i upewnić się, że wszystkie obwody w systemie mają ten sam potencjał odniesienia, dzięki czemu można porównywać różne sygnały.

Zmniejszanie przepustowości

Zmniejszenie przepustowości systemu to kolejny dobry sposób na zmniejszenie szumu sygnału.

Jest to to samo, co skrócenie czasu potrzebnego do pomiaru sygnału cyfrowego.

Jeśli wzmacniacz ma taką samą szerokość pasma jak sygnał, który wzmacnia, doda mniej szumów zewnętrznych niż wzmacniacz o większej szerokości pasma.

Techniki usuwania szumu tła z nagrań audio lub wideo oraz najlepsze praktyki zapobiegania szumowi tła

Usuwanie szumu tła

Istnieją różne sposoby na pozbycie się szumu w tle nagrań audio lub wideo.

Jednym ze sposobów jest użycie filtra, takiego jak efekt dźwiękowy Redukcja szumów w TechSmith Camtasia lub efekt redukcji szumów w Audacity, który polega na wyizolowaniu klipu i kliknięciu Efekt, Redukcja szumów, Uzyskaj profil szumu.

Istnieją również narzędzia programowe, takie jak Krisp, Wavosaur, Samson Sound Deck, Wavepad i NoiseGate, które można pobrać i użyć do wyciszenia szumów tła.

Zapobieganie hałasowi w tle

Istnieje kilka najlepszych praktyk, których można użyć, aby zatrzymać nagrywanie szumów tła.

Jednym ze skutecznych sposobów jest nagrywanie w cichym otoczeniu.

Można to zrobić, zmniejszając odległość między obiektem a mikrofonem i zwiększając odległość między mikrofonem a hałasem.

Jeśli to możliwe, ważne jest również pozbycie się źródeł hałasu w tle.

Możesz na przykład wyłączyć znajdujące się w pobliżu klimatyzatory lub przenieść się w nowe miejsce z mniejszym hałasem ulicznym.

Korzystanie z mikrofonów kierunkowych może również pomóc zredukować hałas w tle, skupiając się na źródle dźwięku i minimalizując dźwięki z innych kierunków.

Szyby przednie i wzmocnienie/wzmocnienie mikrofonu

Używanie dobrych osłon przeciwwietrznych na mikrofonach podczas nagrywania na zewnątrz to kolejny dobry sposób na zapobieganie przeszkadzaniu hałasowi w tle.

W zależności od urządzenia używanego do nagrywania dźwięków zmiana poziomu wzmocnienia lub wzmocnienia mikrofonu może również zmniejszyć hałas.

Plan działania

Na koniec ważne jest, aby nauczyć się radzić sobie z hałasami w tle i zaplanować, co zrobić, jeśli podczas nagrań lub spotkań wystąpią nieoczekiwane dźwięki.

Może to pomóc poprawić dźwięk i sprawić, że hałas w tle będzie mniej zauważalny.

Eliminowanie szumu tła w technologiach komunikacyjnych

Hałas w tle może być dużym problemem podczas spotkań online czy rozmów wideo.

Istnieje kilka sposobów na pozbycie się szumu tła z mikrofonów komputerowych lub zestawów słuchawkowych, co jest dobrą wiadomością.

Korzystanie z wbudowanych funkcji redukcji szumów

Wiele form komunikacji ma wbudowane funkcje redukcji szumów, które ułatwiają słyszenie podczas spotkań lub rozmów, gdy w tle słychać hałas.

Na przykład aplikacja komputerowa Microsoft Teams i aplikacja iOS mają trzy poziomy tłumienia hałasu, aby pomóc uczestnikom spotkania w skupieniu się na zadaniu.

Korzystanie z aplikacji innych firm do usuwania szumów w tle

Innym sposobem na pozbycie się hałasu w tle jest użycie aplikacji takich jak Krisp, które wykorzystują technologię opartą na sztucznej inteligencji, aby wyeliminować hałas w tle.

W połączeniu z innymi narzędziami komunikacyjnymi aplikacje te mogą poprawić jakość dźwięku połączeń.

Wygłuszenie pokoju lub zmiana lokalizacji

Możesz także pozbyć się hałasu w tle, wygłuszając pokój lub przeprowadzając się.

Podczas sesji komunikacyjnych proste zmiany, takie jak zamknięcie drzwi i okien lub przeniesienie się do cichszego pokoju, mogą pomóc ograniczyć hałas.

Regulacja rozmieszczenia mikrofonu i głośnika

Zmiana miejsca umieszczenia mikrofonu i głośników może również pomóc w zmniejszeniu hałasu w tle.

Jeśli przyłożysz mikrofon bliżej ust, może on przechwycić Twój głos przez hałaśliwe dźwięki w tle.

Trzymanie głośników z dala od mikrofonu może zmniejszyć ilość sprzężeń zwrotnych i szumów tła.

Korzystanie z schludnych urządzeń

Zgrabne urządzenia automatycznie eliminują szum tła podczas rozmów telefonicznych, tworząc wirtualną bańkę na spotkanie i redukując hałas bez tłumienia uczestników.

Inteligentna technologia mikrofonu i głośnika w formie listwy w Neat pomaga uzyskać krystalicznie czysty dźwięk i ogranicza hałas w tle.

Minimalizowanie szumów tła w codziennych środowiskach

Hałas w tle to powszechny problem w domach, szkołach, miejscach pracy i miejscach publicznych.

Istnieje wiele rzeczy, które można zrobić, aby zmniejszyć lub pozbyć się szumu tła.

Źródła hałasu tła w codziennych środowiskach

Niektóre typowe źródła hałasu w życiu codziennym to:

• Źródła przemysłowe, takie jak zakłady tekstylne, zakłady inżynieryjne, prasy drukarskie i przemysł metalowy.
• Głośne urządzenia z dudniącymi bębnami lub wirującymi wentylatorami w domach.
• Hałas w szkołach, na przykład w salach lekcyjnych, stołówkach, korytarzach i na placach zabaw.
• Hałas zawodowy w ciężkich środowiskach przemysłowych i produkcyjnych, takich jak farmy, kawiarnie lub bary.

Strategie minimalizowania szumów tła

• Stosowanie zatyczek do uszu i barier.

Używaj zatyczek do uszu lub słuchawek z redukcją szumów, aby wyciszyć lub pozbyć się hałasu w tle.

Można je nosić w pracy lub podczas snu, aby zmniejszyć ilość hałasu z otoczenia.

Ściany, drzwi i okna mogą również służyć do ograniczania wibracji i głośnych fal dźwiękowych.

• Korzystanie z cichszych urządzeń.

W domach głośne urządzenia, takie jak dudniące bębny lub wirujące wentylatory, należy zastąpić cichszymi.

Może to znacznie zmniejszyć hałas w domu.

• Korzystanie z maszyn białego/różowego szumu.

Maszyny z białym szumem mogą być również używane do zagłuszania szumów tła, ponieważ wytwarzają stały dźwięk, który pomaga zagłuszyć inne dźwięki.

Ale urządzenia z białym szumem mogą nie być najlepszym wyborem we wszystkich sytuacjach, ponieważ mogą również zwiększać poziom hałasu.

• Obróbka akustyczna.

Używanie materiałów takich jak panele lub płytki do pochłaniania fal dźwiękowych i skracania czasu pogłosu nazywa się obróbką akustyczną.

Może to być szczególnie przydatne w salach lekcyjnych i innych miejscach, w których odbywa się nauka, gdzie hałas w tle może rozpraszać uwagę.

• Modyfikacje inżynierskie.

W miejscach pracy, w których panuje zbyt duży hałas, pracodawcy powinni dowiedzieć się, które obszary lub zadania powodują zbyt duży hałas i podjąć kroki w celu jego ograniczenia.

Może to oznaczać wprowadzanie zmian w źródle hałasu lub środowisku pracy za pomocą inżynierii.

Przykłady obejmują:

• Stosowanie materiałów dźwiękochłonnych w ścianach, podłogach i sufitach.
• Zamykanie lub izolowanie hałaśliwego sprzętu.
• Instalowanie barier lub kurtyn akustycznych w celu blokowania lub pochłaniania hałasu.
• Sprzęt ochrony osobistej.

Kiedy technologia nie wystarczy, aby rozwiązać problem, ludzie powinni również otrzymać środki ochrony osobistej, takie jak zatyczki do uszu lub nauszniki.

Ogólnie rzecz biorąc, istnieje wiele sposobów na zmniejszenie lub pozbycie się szumu tła.

Może to obejmować wprowadzanie zmian w źródle hałasu, stosowanie środków ochrony osobistej, przestawianie mebli, stosowanie paneli akustycznych, sadzenie drzew, używanie urządzeń wytwarzających biały/różowy szum lub wymianę głośnych urządzeń na cichsze.

Eliminacja szumów tła w systemach elektronicznych

Aktywna redukcja szumów (ANC)

Technologia Active Noise Control (ANC) jest wykorzystywana w świecie biznesu do redukcji szumów tła w systemach elektronicznych.

Technologia ANC działa poprzez rejestrowanie szumu tła, odwracanie sygnału szumu w celu wyeliminowania szumu, a następnie dodawanie go do sygnału wyjściowego.

ANC można wykonać za pomocą obwodów analogowych lub przetwarzając sygnały cyfrowe.

Cyfrowa redukcja szumów (DNR)

Schematy cyfrowej redukcji szumów (DNR) mają na celu zmniejszenie ilości dźwięku generowanego przez aparaty słuchowe, gdy występuje hałas.

Algorytmy DNR analizują kształt fali szumu tła i generują sygnał, który albo zmienia fazę tej częstotliwości, albo ją osłabia w czasie rzeczywistym.

Technologia cyfrowej aktywnej redukcji szumów (ANC) eliminuje szumy tła o>40dB, co jest najlepszym wynikiem na rynku.

Zaawansowane algorytmy

Zaawansowane tłumienie szumów można wykonać za pomocą zaawansowanych algorytmów.

Podwójne mikrofony dookólne lub poczwórne mikrofony dookólne służą do odbierania sygnałów dźwiękowych z otoczenia.

Te sygnały audio są przesyłane do cyfrowego procesora sygnałowego (DSP), który wykorzystuje algorytmy do oddzielania i usuwania szumów tła.

W przypadku bardziej zaawansowanych algorytmów może to obejmować izolowanie i wzmacnianie mowy, dzięki czemu możesz słyszeć i być słyszanym wyraźnie, bez względu na to, jak głośno jest.

Aktywna redukcja szumów, cyfrowa redukcja szumów i zaawansowane algorytmy to zaawansowane metody stosowane w przemyśle do redukcji szumów tła w systemach elektronicznych.

Możesz to zrobić za pomocą obwodów analogowych lub cyfrowego przetwarzania sygnału, a także możesz użyć dwóch lub czterech mikrofonów dookólnych do zbierania dźwięków z otoczenia.

W końcu zaawansowana redukcja szumów pomaga oddzielić i zablokować szumy tła, co sprawia, że ​​mowa jest wyraźniejsza i zmniejsza niepożądane dźwięki.

Jak usunąć szum tła w Audacity

Wskazówka: włącz przycisk napisów, jeśli go potrzebujesz. Wybierz „automatyczne tłumaczenie” w przycisku ustawień, jeśli nie znasz języka mówionego. Może być konieczne kliknięcie najpierw języka filmu, zanim Twój ulubiony język będzie dostępny do tłumaczenia.

Czy te dźwięki mogą być przydatne?

Stosuje się w:	Opis:
Maskowanie dźwięku:	W niektórych miejscach, takich jak biura na planie otwartym lub szpitale, zachowanie prywatności i przeszkadzanie innym może być trudne. Jednym z rozwiązań jest maskowanie dźwięku. Dzieje się tak wtedy, gdy celowo dodaje się hałas w tle, aby utrudnić słyszenie rozmów i inne dźwięki. Na przykład urządzenie generujące biały szum lub generator dźwięków naturalnych można wykorzystać do stworzenia kojącego dźwięku tła, który zagłuszy bardziej rozpraszające dźwięki w otoczeniu.
Znak wodny dźwięku:	Audio znak wodny to sposób na śledzenie, skąd pochodzi sygnał audio lub kto jest jego właścicielem, poprzez dodanie do niego unikalnego identyfikatora lub kodu. Jednym ze sposobów na to jest dodanie pewnego rodzaju szumu tła do sygnału audio, którego ludzie nie słyszą ale może to zostać wykryte przez oprogramowanie lub sprzęt z odpowiednimi czujnikami.
Przetwarzanie sygnałów:	Niektóre zadania przetwarzania sygnału, takie jak rozpoznawanie mowy lub przetwarzanie obrazu, można zwiększyć, dodając niewielką ilość szumu tła. Dzieje się tak, ponieważ szum tła może pomóc zredukować skutki przeuczenia lub odchylenia w systemie i uczynić go bardziej odpornym na zakłócenia. Zmiany na wejściu.
Produkcja dźwięku lub muzyki:	Hałas tła można wykorzystać w kreatywny sposób, aby nadać piosence lub nagraniu teksturę lub atmosferę. Na przykład dźwięk deszczu lub ruchu ulicznego można wykorzystać w tle utworu, aby wprowadzić określony nastrój lub scenę.
Testowanie i ocenianie:	Podczas testowania i oceny czasami do systemów elektronicznych można celowo dodawać szumy tła, aby upodobnić je do rzeczywistego świata lub sprawdzić, jak dobrze działają w warunkach stresowych. Na przykład producent samochodów może testować układ elektroniczny samochodu w różnych rodzaje szumów tła, aby upewnić się, że działa dobrze we wszystkich sytuacjach.

Wniosek

W końcu hałas w tle jest dużym problemem w świecie inżynierii, który często jest pomijany.

Jak widzieliśmy, może wpływać na jakość i niezawodność systemów elektronicznych i może być trudne do całkowitego pozbycia się.

Ale dobrą wiadomością jest to, że istnieje wiele sposobów na ograniczenie jego skutków, od prostych, takich jak ekranowanie i uziemienie, po bardziej złożone, takie jak algorytmy przetwarzania sygnału i aktywna redukcja szumów.

Inżynierowie mogą tworzyć systemy elektroniczne, które są mocne, niezawodne i wydajne, wiedząc, skąd pochodzi hałas w tle i co mogą zrobić, aby się go pozbyć.

Więc następnym razem, gdy napotkasz hałaśliwy system elektroniczny, pamiętaj, że hałas w tle nie jest tylko irytujący; jest to również wyzwanie inżynieryjne, które wymaga kreatywnych rozwiązań i technicznego know-how.