Будучи студентом инженерного факультета или инженером, вы знаете, что электронные системы повсюду, от вашего телефона до автомобиля и бытовой техники в вашем доме.
Но вы можете не знать, что у этих систем есть скрытый враг, который может повлиять на то, насколько хорошо они работают и насколько они надежны: фоновый шум.
Фоновый шум, такой как гул электрических проводов или помехи от других устройств, может ухудшить качество сигналов и затруднить работу электронных систем.
Поэтому важно много знать о фоновом шуме и о том, как эффективно от него избавиться.
В этом сообщении блога мы узнаем о фоновом шуме, в том числе о том, откуда он исходит, что он делает и как не дать ему испортить электронику.
Понимание фонового шума в электронных системах
Формальное определение:
Нежелательные сигналы, которые всегда присутствуют в электронной или другой системе, независимо от того, присутствует ли нежелательный сигнал.
Фоновый шум — это любая энергия, которая является нежелательной или надоедливой и мешает сигналу связи. Это может происходить из-за естественных вещей, таких как ветер, дождь, снег, температура, влажность и гравитационное притяжение Луны.
Он также может исходить от созданных людьми вещей, таких как электронные системы, спектральная плотность мощности, магнитные поля, линии электропередачи, генераторы, электростанции, компьютеры или сотовые телефоны.
Фоновый шум влияет на качество сигналов в электронных системах, затрудняя общение людей.
Шум – это ошибка или случайное искажение полезного информационного сигнала в нежелательном канале связи.
S/N или SNR обозначает отношение сигнал/шум.
Отношение сигнал-шум (S/N или SNR) — это способ сравнить мощность полезного сигнала с силой фонового шума. Когда дело доходит до сетевых служб, более высокое отношение сигнал/шум лучше, чем более низкое.
Например, если отношение сигнал/шум сигналов Wi-Fi слишком низкое, это может снизить производительность сети, поскольку устройствам будет сложнее отличить нужный сигнал от шума.
Это может привести к потере пакетов и повторной отправке данных, что снижает пропускную способность и увеличивает задержку.
Как экранирование и заземление помогают уменьшить фоновый шум
Экранирование и заземление могут помочь уменьшить фоновый шум в электронных системах, предоставляя всем устройствам единую точку заземления, предотвращая контуры заземления, увеличивая расстояние между сетями-агрессорами и сетями-жертвами, используя экранированные кабели и устанавливая надлежащую систему заземления.Экранированные кабели можно использовать для предотвращения попадания электростатического шума в проводники и для удержания электростатического шума внутри экрана. Правильное использование экранированных кабелей поможет снизить электростатический шум, возникающий в синфазном режиме.
Чтобы у системы сбора данных было меньше проблем с шумом, заземление и заземление должны быть выполнены на этапах проектирования и установки.
Cледуя этим передовым методам, вы можете уменьшить уровень шума сигнала, влияющего на сети управления технологическими процессами, и обеспечить правильную работу электронных систем.
Экранирование может помочь уменьшить электромагнитные помехи (EMI) и радиочастотные помехи (RFI), помещая проводящий барьер между устройством и источником помех.
Раскрытие силы фонового шума: от помех к творческому инструменту
Все еще трудно понять? Немного изменю точку зрения:
Вам надоел кристально чистый звук и простота подключения на ваших устройствах? Вы хотите сделать свои электронные системы более сложными и неприятными в использовании? Ну, все, что вам нужно сделать, это слушать фоновый шум! Да, именно так.
Вы можете превратить идеально работающую систему в хаос, позволив нежелательным сигналам, которые всегда присутствуют в электронных системах, выйти из-под контроля.
Не верите нам? Просто откиньтесь на спинку кресла, расслабьтесь и позвольте фоновому шуму делать свое дело!
Хорошо, это была просто шутка, сделанная, чтобы выглядеть как телевизионная реклама.
Теперь вернемся к объяснению...
Измерение и количественная оценка фонового шума
Фоновый шум может повлиять на работу электронных систем.
Это может снизить качество сигналов и повлиять на работу сети.
Важно измерить и подсчитать фоновый шум, чтобы вы могли лучше понять, как он влияет на вас, и найти способы избавиться от него.
Методы измерения фонового шума
В электронных системах существует несколько способов измерения и подсчета фонового шума.
Источник шума, который посылает известный шумовой сигнал в интересующую схему, является одним из способов сделать это.
Это позволяет измерить уровень случайного шума в цепи.
Коэффициент шума также используется в методе усиления, который является еще одним способом измерения фонового шума в цепи.
Коэффициент шума цепи измеряется методом усиления.
Коэффициент шума — это мера того, сколько шума схема добавляет к подаваемому сигналу.
Анализатор спектра также может измерять мощность шума на выходе.
Это устройство измеряет спектр мощности сигнала и может использоваться для поиска источников шума и определения их громкости.
Eдиницы измерения уровней электрического шума
Eдиницы измерения уровня электрического шума включают электрическую мощность N в ваттах или дБм, среднеквадратичное (RMS) напряжение в вольтах, дБВ и среднеквадратичную ошибку (MSE) в квадратах вольт.
Измерители уровня звука
Измерители уровня звука — это инструменты, которые измеряют уровень шума в децибелах (дБ).
Эти устройства имеют настройку, называемую A-взвешиванием, которая изменяет показания в соответствии с тем, как человеческое ухо реагирует на разные частоты.
Измерители уровня звука часто используются для измерения того, насколько громкой является окружающая среда, и они являются важным инструментом для установления правил и норм в отношении шума.
Отношение сигнал/шум (S/N)
Отношение сигнал-шум (S/N) — это способ сравнить мощность полезного сигнала с силой фонового шума.
Отношение сигнал/шум обычно измеряется в децибелах, и для его вычисления можно использовать логарифм по основанию 10.
Например, если вы измеряете в микровольтах, вы можете использовать следующую формулу: S/N = 20 log10(Ps/Pn), где Ps — мощность сигнала, а Pn — мощность фонового шума.
Источники фонового шума в электронных системах и способы их минимизации или устранения
Шум может исходить как изнутри, так и снаружи электронных систем. Шум, исходящий изнутри усилителя, называется внутренним шумом. Шум, исходящий извне системы, называется внешним шумом.
Кондуктивный шум, поступающий в систему по кабелям, и излучаемый шум, поступающий откуда-то еще через воздух или вакуум, являются типами внешнего шума.
Электронные схемы в устройствах, которые плохо сделаны и не блокируют достаточно шума как внутри, так и снаружи, также будут более восприимчивы к шуму сигнала.
Фильтрация и заземление
Один из способов уменьшить или избавиться от фонового шума в электронных системах — установить фильтры на кабели, через которые поступает шум.
Для этого вы можете добавить к кабелю ферритовые зажимы, чтобы сделать его более индуктивным.
Чтобы у систем сбора данных было меньше проблем с шумом, они должны быть спроектированы и установлены с надлежащим заземлением и заземлением.
Установка заземляющего слоя может помочь уменьшить шум и убедиться, что все цепи в системе имеют одинаковый опорный потенциал, чтобы можно было сравнивать разные сигналы.
Уменьшение пропускной способности
Уменьшение полосы пропускания системы — еще один хороший способ уменьшить шум сигнала.
Это то же самое, что сократить время, необходимое для измерения цифрового сигнала.
Eсли усилитель имеет ту же полосу пропускания, что и сигнал, который он усиливает, он добавит меньше внешнего шума, чем усилитель с более широкой полосой пропускания.
Методы удаления фонового шума из аудио- и видеозаписей и рекомендации по предотвращению фонового шума
Удаление фонового шума
Cуществуют разные способы избавления от шума на фоне аудио- или видеозаписи.
Один из способов — использовать фильтр, например звуковой эффект «Шумоподавление» в TechSmith Camtasia или эффект шумоподавления в Audacity, который включает выделение клипа и нажатие «Эффект», «Шумоподавление», «Получить профиль шума».
Cуществуют также программные инструменты, такие как Krisp, Wavosaur, Samson Sound Deck, Wavepad и NoiseGate, которые можно загрузить и использовать для уменьшения фонового шума.
Предотвращение фонового шума
Eсть несколько рекомендаций, которые можно использовать для предотвращения записи фонового шума.
Одним из эффективных подходов является запись в тихой обстановке.
Этого можно добиться, уменьшив расстояние между объектом и микрофоном и увеличив расстояние между микрофоном и шумом.
По возможности также важно избавиться от источников фонового шума.
Например, вы можете выключить близлежащие кондиционеры или переехать в новое место с меньшим шумом от транспорта.
Использование направленных микрофонов также помогает уменьшить фоновый шум, фокусируя внимание на источнике звука и сводя к минимуму звуки с других направлений.
Ветрозащитные экраны и усиление/усиление микрофона
Использование хороших ветрозащитных экранов на микрофонах при записи на улице — еще один хороший способ избежать фонового шума.
В зависимости от устройства, используемого для записи звука, изменение уровня усиления или усиления микрофона также может уменьшить шум.
План Действий
Наконец, важно научиться справляться с фоновыми шумами и составить план, что делать, если во время записи или совещаний возникнет неожиданный шум.
Это может помочь улучшить звук и сделать фоновый шум менее заметным.
Устранение фонового шума в коммуникационных технологиях
Фоновый шум может стать большой проблемой во время онлайн-встреч или видеозвонков.
Eсть несколько способов избавиться от фонового шума компьютерных микрофонов или наушников, и это хорошая новость.
Использование встроенных функций шумоподавления
Многие формы связи имеют встроенные функции шумоподавления, которые облегчают слышимость во время совещаний или звонков при наличии фонового шума.
Например, настольное приложение Microsoft Teams и приложение для iOS имеют три уровня подавления шума, чтобы помочь участникам встречи сосредоточиться на задаче.
Использование сторонних приложений для удаления фонового шума
Eще один способ избавиться от фонового шума — использовать такие приложения, как Krisp, которые используют технологию искусственного интеллекта для подавления фонового шума.
При использовании с другими средствами связи эти приложения могут улучшить качество звука при звонках.
Звукоизоляция комнаты или изменение местоположения
Вы также можете избавиться от фонового шума, звукоизолировав свою комнату или переехав.
Во время сеансов связи простые изменения, такие как закрытие дверей и окон или перемещение в более тихую комнату, могут помочь сократить шумовые помехи.
Регулировка положения микрофона и динамика
Изменение места размещения микрофона и динамиков также может помочь уменьшить фоновый шум.
Eсли вы поднесете микрофон ближе ко рту, он может улавливать ваш голос поверх шумных фоновых звуков.
Размещение динамиков на расстоянии от микрофона может уменьшить количество обратной связи и фонового шума.
Использование аккуратных устройств
Аккуратные устройства автоматически устраняют фоновый шум для телефонных звонков, создавая виртуальный пузырь для вашей встречи и уменьшая шум, не заглушая участников.
Технология интеллектуального микрофона и панели динамиков в Neat помогает сделать звук кристально чистым и снижает уровень фонового шума.
Минимизация фонового шума в повседневных условиях
Фоновый шум является распространенной проблемой в домах, школах, на рабочих местах и в общественных местах.
Eсть ряд вещей, которые можно сделать, чтобы уменьшить или избавиться от фонового шума.
Источники фонового шума в повседневной жизни
Некоторые распространенные источники фонового шума в повседневной жизни:
- Промышленные источники, такие как текстильные фабрики, машиностроительные заводы, печатные станки и металлургическая промышленность.
- Громкие бытовые приборы с кувыркающимися барабанами или жужжащими вентиляторами в домах.
- Шум в школах, например, в классах, столовых, коридорах и на игровых площадках.
- Производственный шум в тяжелых промышленных и производственных условиях, таких как фермы, кафетерии или бары.
Cтратегии минимизации фонового шума
- Использование берушей и барьеров.
Используйте беруши или наушники с шумоподавлением, чтобы уменьшить или избавиться от фонового шума.
Их можно носить на работе или во время сна, чтобы уменьшить количество шума из окружающей среды.
Cтены, двери и окна также можно использовать для уменьшения вибраций и громких звуковых волн.
- Использование более тихих приборов.
В домах громкие бытовые приборы, такие как барабаны или жужжащие вентиляторы, следует заменить более тихими.
Это может значительно снизить уровень шума в доме.
- Использование машин белого/розового шума.
Машины белого шума также можно использовать для маскировки фонового шума, потому что они издают ровный звук, который помогает заглушить другие звуки.
Но машины с белым шумом могут быть не лучшим выбором во всех ситуациях, поскольку они также могут повышать уровень шума.
- Акустическая обработка.
Использование таких материалов, как панели или плитка, для поглощения звуковых волн и сокращения времени реверберации называется акустической обработкой.
Это может быть особенно полезно в классах и других местах, где происходит обучение, где фоновый шум может отвлекать внимание.
- Инженерные модификации.
В местах работы, где слишком много шума, работодатели должны выяснить, какие области или задачи вызывают слишком много шума, и принять меры для его снижения.
Это может означать внесение изменений в источник шума или рабочую среду с помощью технических средств.
Примеры включают:
- Использование звукопоглощающих материалов в стенах, полах и потолках.
- Закрытие или изоляция шумного оборудования.
- Установка барьеров или звуковых завес для блокирования или поглощения шума.
- Cредства индивидуальной защиты.
Когда технологии недостаточно для решения проблемы, людям также следует предоставить средства индивидуальной защиты, такие как затычки для ушей или наушники.
В целом, существует несколько способов уменьшить или избавиться от фонового шума.
Это может включать в себя изменение источника шума, использование средств индивидуальной защиты, перестановку мебели, использование акустических панелей, посадку деревьев, использование машин белого/розового шума или замену громких приборов на более тихие.
Устранение фонового шума в электронных системах
Активное шумоподавление (ANC)
Технология Active Noise Control (ANC) используется в деловом мире для снижения фонового шума в электронных системах.
Технология ANC работает, записывая фоновый шум, инвертируя шумовой сигнал, чтобы сделать «анти-шум», а затем добавляя его к выходному сигналу.
ANC может быть выполнен либо с помощью аналоговых схем, либо путем обработки цифровых сигналов.
Цифровое шумоподавление (DNR)
Cхемы цифрового шумоподавления (DNR) предназначены для уменьшения количества звука, издаваемого слуховыми аппаратами при наличии шума.
Алгоритмы DNR рассматривают форму волны фонового шума и создают сигнал, который либо изменяет фазу этой частоты, либо делает ее слабее в реальном времени.
Технология цифрового активного шумоподавления (ANC) подавляет фоновый шум более чем на 40 дБ, что является лучшим показателем на рынке.
Расширенные алгоритмы
Усовершенствованное подавление шума может быть выполнено с помощью усовершенствованных алгоритмов.
Двойные всенаправленные микрофоны или четверные всенаправленные микрофоны используются для улавливания звуковых сигналов из окружающей среды.
Эти аудиосигналы отправляются на процессор цифровых сигналов (DSP), который использует алгоритмы, помогающие отделить и избавиться от фонового шума.
C более продвинутыми алгоритмами это может включать изоляцию и усиление речи, чтобы вы могли слышать и быть услышанным четко, независимо от того, насколько громко это звучит.
Активное шумоподавление, цифровое шумоподавление и передовые алгоритмы — все это передовые методы, используемые в промышленности для снижения фонового шума в электронных системах.
Вы можете делать это с помощью аналоговых схем или цифровой обработки сигналов, и вы можете использовать два или четыре всенаправленных микрофона для улавливания звуков окружающей среды.
В конце концов, улучшенное подавление шума помогает отделить и заблокировать фоновый шум, что делает речь более четкой и уменьшает нежелательные звуки.
Как удалить фоновый шум в Audacity
Cовет: включите кнопку подписи, если она вам нужна. Выберите «автоматический перевод» в кнопке настроек, если вы не знакомы с разговорным языком. Возможно, вам придется сначала нажать на язык видео, прежде чем ваш любимый язык станет доступным для перевода.
Могут ли эти звуки быть полезными?
| Используется в: | Описание: |
|---|---|
| Маскировка звука: | В некоторых местах, например, в офисах с открытой планировкой или в больницах, может быть трудно сохранить конфиденциальность и не дать людям беспокоить вас. Одним из решений является маскировка звука. Другие звуки. Например, генератор белого шума или генератор естественного звука можно использовать для создания успокаивающего фонового звука, который скрывает более отвлекающие звуки окружающей среды. |
| Аудио водяные знаки: | Аудио водяные знаки — это способ отследить, откуда поступил аудиосигнал или кому он принадлежит, путем добавления к нему уникального идентификатора или кода. Один из способов сделать это — добавить к аудиосигналу определенный тип фонового шума, который люди не могут слышать. Но это может быть обнаружено с помощью программного обеспечения или оборудования с подходящими датчиками. |
| Обработка сигнала: | Некоторые задачи обработки сигналов, такие как распознавание речи или обработка изображений, можно сделать более точными, добавив небольшое количество фонового шума. Это связано с тем, что фоновый шум может помочь уменьшить эффекты переобучения или смещения в системе и сделать ее более изменения на входе. |
| Аудио или музыкальное производство: | Фоновый шум можно творчески использовать для добавления текстуры или атмосферы к песне или записи. Например, шум дождя или движения транспорта можно использовать на фоне песни, чтобы создать определенное настроение или сцену. |
| Тестирование и оценка: | Во время тестирования и оценки фоновый шум иногда может быть намеренно добавлен к электронным системам, чтобы сделать их более похожими на реальный мир или проверить, насколько хорошо они работают в условиях стресса. Например, производитель автомобилей может протестировать электронную систему автомобиля в различных условиях. Видов фонового шума, чтобы убедиться, что он хорошо работает в любых ситуациях. |
Заключение
В конце концов, фоновый шум — это большая проблема в мире инженерии, которую часто упускают из виду.
Как мы видели, это может повлиять на качество и надежность электронных систем, и от него трудно полностью избавиться.
Но хорошая новость заключается в том, что есть много способов уменьшить его влияние, от простых, таких как экранирование и заземление, до более сложных, таких как алгоритмы обработки сигналов и активное шумоподавление.
Инженеры могут создавать прочные, надежные и эффективные электронные системы, если знают, откуда берется фоновый шум и что они могут сделать, чтобы избавиться от него.
Итак, в следующий раз, когда вы столкнетесь с шумной электронной системой, помните, что фоновый шум не просто раздражает; это также инженерная задача, требующая творческих решений и технических ноу-хау.
Поделись…
