Introducere În Zgomotul De Fond În Inginerie

Ca student la inginerie sau inginer, știi că sistemele electronice sunt pretutindeni, de la telefon la mașină până la electrocasnicele din casa ta.

Dar s-ar putea să nu știți că aceste sisteme au un inamic ascuns care poate afecta cât de bine funcționează și cât de fiabile sunt: ​​zgomotul de fond.

Zgomotul de fundal, cum ar fi zumzetul firelor electrice sau interferența de la alte dispozitive, poate afecta calitatea semnalelor și poate îngreuna funcționarea sistemelor electronice.

Din acest motiv, este important să știți multe despre zgomotul de fundal și despre cum să scăpați de el în mod eficient.

În această postare pe blog, vom afla despre zgomotul de fundal, inclusiv de unde provine, ce face și cum să-l împiedicăm să distrugă electronicele.

Înțelegerea zgomotului de fond în sistemele electronice

Definiție formală:

Semnalele nedorite care sunt întotdeauna prezente într-un sistem electronic sau alt sistem, indiferent dacă semnalul nedorit este prezent sau nu.

Zgomotul de fundal este orice energie nedorită sau deranjantă și care împiedică un semnal de comunicare. Poate proveni din lucruri naturale cum ar fi vântul, ploaia, zăpada, temperatura, umiditatea și atracția gravitațională a lunii.

De asemenea, poate proveni din lucruri pe care le-au făcut oamenii, cum ar fi sisteme electronice, densitatea spectrală a puterii, câmpurile magnetice, liniile de transmisie, generatoarele, centralele electrice, computerele sau telefoanele mobile.

Zgomotul de fundal afectează calitatea semnalelor din sistemele electronice, îngreunând comunicarea oamenilor.

Zgomotul este o eroare sau o perturbare aleatorie a unui semnal de informare util într-un canal de comunicare care nu este dorit.

S/N sau SNR reprezintă raportul semnal-zgomot.

Raportul semnal-zgomot (S/N sau SNR) este o modalitate de a compara puterea unui semnal dorit cu puterea zgomotului de fundal. Când vine vorba de servicii de rețea, un raport S/N mai mare este mai bun decât unul mai scăzut.

Dacă raportul S/N al semnalelor Wi-Fi este prea scăzut, de exemplu, poate afecta performanța rețelei, deoarece îngreunează dispozitivele să spună semnalul pe care îl doresc din zgomot.

Acest lucru poate face ca pachetele să fie abandonate și datele să fie trimise din nou și din nou, scăzând debitul și crescând latența.

Cum ecranarea și împământarea ajută la reducerea zgomotului de fundal

Ecranarea și împământarea pot ajuta la reducerea zgomotului de fond în sistemele electronice, oferind tuturor dispozitivelor un singur punct de împământare, prevenind buclele de împământare, mărind distanța dintre rețelele agresor și victime, folosind cabluri ecranate și stabilind un sistem de împământare adecvat.

Cablurile ecranate pot fi folosite pentru a împiedica zgomotul electrostatic să pătrundă în conductori și pentru a menține zgomotul electrostatic în interiorul ecranului. Folosirea corectă a cablurilor ecranate va ajuta la reducerea zgomotului electrostatic care provine din modul comun.

Pentru ca sistemul DAQ să aibă mai puține probleme de zgomot, împământarea și legarea la pământ trebuie făcute în timpul fazelor de proiectare și instalare.

Urmând aceste bune practici, puteți reduce cantitatea de zgomot de semnal care afectează rețelele de control al procesului și vă puteți asigura că sistemele electronice funcționează corect.

Ecranarea poate ajuta la reducerea interferențelor electromagnetice (EMI) și interferențelor de radiofrecvență (RFI) prin punerea unei bariere conductoare între dispozitiv și sursa de interferență.

Deblocarea puterii zgomotului de fundal: de la neplăcere la instrument creativ

Inca greu de inteles? Hai sa schimb putin punctul de vedere:

Te-ai săturat să ai un sunet clar și conexiuni ușoare pe dispozitivele tale? Vrei să faci sistemele tale electronice mai greu și mai frustrant de utilizat? Ei bine, tot ce trebuie să faci este să asculți zgomotul de fundal! Da, este corect.

Puteți transforma un sistem perfect funcțional într-o mizerie haotică lăsând semnalele nedorite care sunt întotdeauna prezente în sistemele electronice să funcționeze nebun.

Nu ne crezi? Stai pe spate, ia-o mai ușor și lasă zgomotul din fundal să-și facă treaba!

Bine, a fost doar o glumă făcută să arate ca o reclamă TV.

Acum sa revenim la explicatie...

Măsurarea și cuantificarea zgomotului de fundal

Zgomotul de fundal poate afecta sistemele electronice.

Acest lucru poate reduce calitatea semnalelor și poate afecta cât de bine funcționează o rețea.

Este important să măsurați și să numărați zgomotul de fond, astfel încât să puteți înțelege mai bine cum vă afectează și să găsiți modalități de a scăpa de el.

Metode de măsurare a zgomotului de fundal

În sistemele electronice, există mai multe modalități de măsurare și numărare a zgomotului de fond.

O sursă de zgomot care trimite un semnal de zgomot cunoscut în circuitul de interes este o modalitate de a face acest lucru.

Acest lucru face posibilă măsurarea cât de mult zgomot aleatoriu există într-un circuit.

Factorul de zgomot este folosit și în metoda câștigului, care este o altă modalitate de a măsura zgomotul de fond într-un circuit.

Figura de zgomot a unui circuit este măsurată prin metoda câștigului.

Cifra de zgomot este o măsură a cât de mult zgomot adaugă circuitul la semnalul pe care îl dă.

Un analizor de spectru poate măsura, de asemenea, cantitatea de putere a zgomotului la ieșire.

Acest dispozitiv măsoară spectrul de putere al unui semnal și poate fi folosit pentru a găsi surse de zgomot și a afla cât de tare sunt.

Unități de măsură pentru nivelurile de zgomot electric

Unitățile de măsurare a nivelului de zgomot electric includ puterea electrică N în wați sau dBm, tensiunea medie pătratică (RMS) în volți, dBV și eroarea pătratică medie (MSE) în volți pătrat.

Sonometre

Sonometrele sunt instrumente care măsoară cantitatea de zgomot în decibeli (dB).

Aceste dispozitive au o setare numită ponderare A care modifică citirile pentru a se potrivi cu modul în care urechea umană răspunde la diferite frecvențe.

Sonometrele sunt adesea folosite pentru a măsura cât de tare este mediul înconjurător și sunt un instrument important pentru stabilirea regulilor și reglementărilor privind zgomotul.

Raportul semnal-zgomot (S/N)

Raportul semnal-zgomot (S/N) este o modalitate de a compara puterea unui semnal dorit cu puterea zgomotului din fundal.

S/N este de obicei măsurat în decibeli, iar un logaritm de bază 10 poate fi folosit pentru a-l da seama.

De exemplu, dacă măsurați în microvolți, puteți utiliza această formulă: S/N = 20 log10(Ps/Pn), unde Ps este puterea semnalului și Pn este puterea zgomotului din fundal.

Surse de zgomot de fundal în sistemele electronice și cum să le minimizezi sau să le elimini

Zgomotul poate veni atât din interiorul, cât și din exteriorul sistemelor electronice. Zgomotul care vine din interiorul amplificatorului se numește zgomot intern. Zgomotul care vine din exteriorul sistemului se numește zgomot extern.

Zgomotul conductiv, care intră în sistem prin cabluri, și zgomotul radiat, care vine din altă parte prin aer sau vid, sunt ambele tipuri de zgomot extern.

Circuitele electronice din dispozitivele care nu sunt bine realizate și nu blochează suficient zgomotul atât din interior, cât și din exterior vor fi, de asemenea, mai susceptibile la zgomotul semnalului.

Filtrare și împământare

O modalitate de a reduce sau de a scăpa de zgomotul de fond în sistemele electronice este de a pune filtre pe cablurile de unde intră zgomotul.

Pentru a face acest lucru, puteți adăuga cleme de ferită la un cablu pentru a-l face mai inductiv.

Pentru ca sistemele DAQ să aibă mai puține probleme de zgomot, acestea trebuie să fie proiectate și instalate cu împământare și împământare adecvate.

Configurarea unui plan de masă poate ajuta la reducerea zgomotului și vă asigurați că toate circuitele dintr-un sistem au același potențial de referință, astfel încât semnale diferite să poată fi comparate.

Reducerea lățimii de bandă

Reducerea lățimii de bandă a sistemului este o altă modalitate bună de a reduce zgomotul semnalului.

Acest lucru este același cu reducerea timpului necesar pentru măsurarea unui semnal digital.

Dacă un amplificator are aceeași lățime de bandă ca și semnalul pe care îl amplifica, va adăuga mai puțin zgomot exterior decât unul cu o lățime de bandă mai mare.

Tehnici pentru eliminarea zgomotului de fundal din înregistrările audio sau video și cele mai bune practici pentru prevenirea zgomotului de fundal

Eliminarea zgomotului de fundal

Există diferite moduri de a scăpa de zgomotul din fundal al înregistrărilor audio sau video.

O modalitate este de a folosi un filtru, cum ar fi efectul audio Noise Reduction din TechSmith Camtasia sau efectul de reducere a zgomotului din Audacity, care implică izolarea clipului și clic pe Efect, Noise Reduction, Get Noise Profile.

Există, de asemenea, instrumente software precum Krisp, Wavosaur, Samson Sound Deck, Wavepad și NoiseGate, care pot fi descărcate și utilizate pentru a reduce zgomotul de fundal.

Prevenirea zgomotului de fundal

Există câteva bune practici care pot fi folosite pentru a opri înregistrarea zgomotului de fundal.

O abordare eficientă este înregistrarea într-un mediu liniștit.

Acest lucru se poate face făcând spațiul dintre subiect și microfon mai mic și spațiul dintre microfon și zgomot mai mare.

Atunci când este posibil, este de asemenea important să scapi de sursele de zgomot de fundal.

De exemplu, puteți opri aparatele de aer condiționat din apropiere sau vă puteți muta într-un loc nou, cu mai puțin zgomot din trafic.

Utilizarea microfoanelor direcționale poate ajuta, de asemenea, la reducerea zgomotului de fundal, concentrându-se pe sursa de sunet și minimizând sunetele din alte direcții.

Parbrize și Microfon Boost/Gain

Folosirea unor parbrize bune la microfoane atunci când înregistrați în aer liber este o altă modalitate bună de a preveni zgomotul de fundal în cale.

În funcție de dispozitivul utilizat pentru înregistrarea sunetelor, modificarea nivelului de amplificare sau amplificare a microfonului poate reduce și zgomotul.

Plan de acțiune

În cele din urmă, este important să învățați cum să faceți față zgomotelor de fond și să faceți un plan pentru ce să faceți dacă apar zgomote neașteptate în timpul înregistrărilor sau întâlnirilor.

Acest lucru poate ajuta la îmbunătățirea sunetului și poate face zgomotul de fundal mai puțin vizibil.

Eliminarea zgomotului de fond în tehnologiile de comunicare

Zgomotul din fundal poate fi o mare problemă în timpul întâlnirilor online sau apelurilor video.

Există câteva modalități de a scăpa de zgomotul de fundal de la microfoanele computerului sau căștile, ceea ce este o veste bună.

Utilizarea funcțiilor de anulare a zgomotului încorporate

Multe forme de comunicare au funcții de anulare a zgomotului încorporate care fac mai ușor de auzit în timpul întâlnirilor sau apelurilor atunci când există zgomot de fundal.

De exemplu, aplicația desktop Microsoft Teams și aplicația iOS au ambele trei niveluri de suprimare a zgomotului pentru a ajuta participanții la întâlnire să rămână la sarcină.

Utilizarea aplicațiilor terțe de eliminare a zgomotului de fundal

O altă modalitate de a scăpa de zgomotul de fundal este să folosești aplicații precum Krisp, care utilizează tehnologia AI pentru a anula zgomotul de fundal.

Când sunt utilizate cu alte instrumente de comunicare, aceste aplicații pot îmbunătăți calitatea sunetului apelurilor.

Izolarea fonică a camerei sau schimbarea locației

De asemenea, puteți scăpa de zgomotul de fond izolați fonic camera sau mutându-vă.

În timpul sesiunilor de comunicare, schimbări simple, cum ar fi închiderea ușilor și ferestrelor sau mutarea într-o cameră mai liniștită, pot ajuta la reducerea interferențelor de zgomot.

Reglarea plasării microfonului și difuzoarelor

Schimbarea locului în care sunt plasate microfonul și difuzoarele poate ajuta, de asemenea, la reducerea zgomotului de fundal.

Dacă așezați microfonul mai aproape de gură, acesta vă poate capta vocea peste sunete de fundal zgomotoase.

Menținerea difuzoarelor departe de microfon poate reduce cantitatea de feedback și zgomotul de fundal.

Utilizarea dispozitivelor Neat

Dispozitivele îngrijite elimină automat zgomotul de fundal pentru apelurile telefonice, creând o bulă virtuală pentru întâlnirea dvs. Și reducând zgomotul fără a înăbuși participanții.

Tehnologia inteligentă a microfonului și a barei de difuzoare din Neat ajută la ca sunetul audio să devină cristalin și reduce zgomotul de fundal.

Minimizarea zgomotului de fundal în mediile de zi cu zi

Zgomotul de fundal este o problemă comună în case, școli, locuri de muncă și locuri publice.

Există o serie de lucruri care pot fi făcute pentru a reduce sau a scăpa de zgomotul de fundal.

Surse de zgomot de fundal în mediile de zi cu zi

Unele surse comune de zgomot de fond în viața de zi cu zi sunt:

• Surse industriale, cum ar fi fabricile de textile, fabricile de inginerie, presele de tipar și industriile metalice.
• Aparate zgomotoase cu tobe care se răsucesc sau ventilatoare care zbârnesc în case.
• Zgomot în școli, cum ar fi în săli de clasă, cantine, holuri și locuri de joacă.
• Zgomot profesional în medii industriale și de producție grele, cum ar fi ferme, cantine sau baruri.

Strategii pentru minimizarea zgomotului de fundal

• Utilizarea dopurilor de urechi și a barierelor.

Folosiți dopuri de urechi sau căști cu anulare a zgomotului pentru a reduce sau a scăpa de zgomotul de fundal.

Acestea pot fi purtate la serviciu sau în timpul somnului pentru a reduce cantitatea de zgomot din mediu.

Pereții, ușile și ferestrele pot fi, de asemenea, utilizați pentru a reduce vibrațiile și undele sonore puternice.

• Utilizarea aparatelor mai silențioase.

În locuințe, aparatele cu zgomot, cum ar fi tobele sau ventilatoarele care zbârnâie, ar trebui înlocuite cu altele mai silențioase.

Acest lucru poate reduce mult zgomotul din casă.

• Utilizarea aparatelor de zgomot alb/roz.

Aparatele cu zgomot alb pot fi, de asemenea, folosite pentru a acoperi zgomotul de fundal, deoarece emit un sunet constant care ajută la înecarea altor sunete.

Dar mașinile cu zgomot alb s-ar putea să nu fie cea mai bună alegere în toate situațiile, deoarece pot adăuga, de asemenea, la nivelul de zgomot.

• Tratament acustic.

Utilizarea materialelor precum panouri sau plăci pentru a absorbi undele sonore și pentru a reduce timpul de reverberație se numește tratament acustic.

Acest lucru poate fi util în special în sălile de clasă și în alte locuri unde are loc învățarea, unde zgomotul din fundal poate distrage atenția.

• Modificări de inginerie.

În locurile de muncă în care există prea mult zgomot, angajatorii ar trebui să-și dea seama ce zone sau sarcini provoacă prea mult zgomot și să ia măsuri pentru a-l reduce.

Acest lucru ar putea însemna efectuarea de modificări la sursa de zgomot sau la mediul de lucru folosind inginerie.

Exemplele includ:

• Utilizarea de materiale fonoabsorbante în pereți, podele și tavane.
• Închiderea sau izolarea echipamentelor zgomotoase.
• Instalarea de bariere sau perdele de sunet pentru a bloca sau absorbi zgomotul.
• Echipament individual de protecție.

Când tehnologia nu este suficientă pentru a rezolva problema, oamenii ar trebui să primească și echipamente de protecție personală, cum ar fi dopuri de urechi sau căști de urechi.

În general, există o serie de moduri de a reduce sau de a scăpa de zgomotul de fundal.

Acestea pot include modificarea sursei zgomotului, utilizarea echipamentului de protecție personală, rearanjarea mobilierului, utilizarea panourilor acustice, plantarea de copaci, utilizarea mașinilor de zgomot alb/roz sau înlocuirea aparatelor puternice cu altele mai silențioase.

Eliminarea zgomotului de fundal în sistemele electronice

Anularea activă a zgomotului (ANC)

Tehnologia Active Noise Control (ANC) este folosită în lumea afacerilor pentru a reduce zgomotul de fundal în sistemele electronice.

Tehnologia ANC funcționează prin înregistrarea zgomotului de fundal, inversând semnalul de zgomot pentru a face „anti-zgomot și apoi adăugându-l la semnalul de ieșire.

ANC se poate realiza fie cu circuite analogice, fie prin procesarea semnalelor digitale.

Reducere digitală a zgomotului (DNR)

Schemele de reducere digitală a zgomotului (DNR) sunt realizate pentru a reduce cantitatea de sunet pe care o produc aparatele auditive atunci când există zgomot.

Algoritmii DNR se uită la forma de undă a zgomotului de fundal și emit un semnal care fie modifică faza acelei frecvențe, fie o slăbește în timp real.

Tehnologia Digital Active Noise Cancellation (ANC) anulează zgomotul de fundal cu> 40 dB, ceea ce este cel mai bun de pe piață.

Algoritmi avansati

Suprimarea avansată a zgomotului se poate face cu ajutorul algoritmilor avansați.

Microfoanele omnidirecționale duale sau microfoanele omnidirecționale cu patru sunt folosite pentru a capta semnalele sonore din mediul înconjurător.

Aceste semnale audio sunt trimise la un procesor de semnal digital (DSP) care folosește algoritmi pentru a ajuta la separarea și a scăpa de zgomotul de fundal.

Cu algoritmi mai avansați, aceasta ar putea include izolarea și amplificarea vorbirii, astfel încât să puteți auzi și să fiți auzit clar, indiferent cât de tare este.

Anularea activă a zgomotului, reducerea digitală a zgomotului și algoritmii avansați sunt toate metode avansate utilizate în industrie pentru a reduce zgomotul de fond în sistemele electronice.

Puteți face aceste lucruri cu circuite analogice sau procesare digitală a semnalului și puteți folosi două sau patru microfoane omnidirecționale pentru a capta sunetele din mediu.

În cele din urmă, suprimarea avansată a zgomotului ajută la separarea și blocarea zgomotului de fundal, ceea ce face vorbirea mai clară și diminuează sunetele nedorite.

Cum să eliminați zgomotul de fundal în Audacity

Sfat: activați butonul de subtitrare dacă aveți nevoie de el. Alegeți „traducere automată” în butonul de setări, dacă nu sunteți familiarizat cu limba vorbită. Poate fi necesar să faceți mai întâi clic pe limba videoclipului înainte ca limba preferată să devină disponibilă pentru traducere.

Pot fi utile aceste zgomote?

Folosit in:	Descriere:
Mascarea sunetului:	În unele locuri, cum ar fi birourile în plan deschis sau spitalele, poate fi greu să vă păstrați confidențialitatea și să împiedicați oamenii să vă deranjeze. Mascarea sunetului este o soluție. Acesta este atunci când zgomotul de fundal este adăugat intenționat pentru a îngreuna auzirea conversațiilor și alte sunete. De exemplu, o mașină de zgomot alb sau un generator de sunet natural poate fi folosit pentru a crea un sunet de fundal liniștitor care acoperă sunetele mai distractive din mediu.
Filigran audio:	Filigranul audio este o modalitate de a urmări de unde a venit un semnal audio sau cine îl deține prin adăugarea unui identificator sau cod unic la acesta. O modalitate de a face acest lucru este să adăugați un anumit tip de zgomot de fundal la semnalul audio pe care oamenii nu îl pot auzi. Dar care poate fi detectat de software sau echipamente cu tipul potrivit de senzori.
Procesare a semnalului:	Unele sarcini de procesare a semnalului, cum ar fi recunoașterea vorbirii sau procesarea imaginilor, pot fi făcute mai precise prin adăugarea unei cantități mici de zgomot de fundal. Acest lucru se datorează faptului că zgomotul de fond poate ajuta la reducerea efectelor supraajustării sau părtinirii sistemului și îl face mai rezistent la modificări la intrare.
Productie audio sau muzicala:	Zgomotul de fundal poate fi folosit într-un mod creativ pentru a adăuga textură sau atmosferă unei melodii sau unei înregistrări. De exemplu, sunetul ploii sau al traficului poate fi folosit pe fundalul unei melodii pentru a stabili o anumită stare de spirit sau o anumită scenă.
Testare și jurizare:	În timpul testării și evaluării, zgomotul de fond poate fi uneori adăugat intenționat sistemelor electronice pentru a le face mai asemănătoare cu lumea reală sau pentru a testa cât de bine funcționează în condiții de stres. De exemplu, un producător de mașini poate testa sistemul electronic al unei mașini în diferite moduri. Fel de zgomot de fundal pentru a vă asigura că funcționează bine în toate situațiile.

Concluzie

În cele din urmă, zgomotul de fundal este o mare problemă în lumea ingineriei, care este adesea trecută cu vederea.

După cum am văzut, poate afecta calitatea și fiabilitatea sistemelor electronice și poate fi greu de eliminat complet.

Dar vestea bună este că există multe modalități de a reduce efectele sale, de la cele simple, cum ar fi ecranarea și împământarea, la altele mai complexe, cum ar fi algoritmii de procesare a semnalului și anularea activă a zgomotului.

Inginerii pot realiza sisteme electronice puternice, fiabile și eficiente, știind de unde provine zgomotul de fundal și ce pot face pentru a scăpa de el.

Așadar, data viitoare când dați peste un sistem electronic zgomotos, amintiți-vă că zgomotul de fundal nu este doar o supărare; este, de asemenea, o provocare inginerească care necesită soluții creative și know-how tehnic.