Introduktion Till Bakgrundsljud Inom Teknik

Som ingenjörsstudent eller ingenjör vet du att elektroniska system finns överallt, från din telefon till din bil till vitvarorna i ditt hem.

Men du kanske inte vet att dessa system har en dold fiende som kan påverka hur bra de fungerar och hur pålitliga de är: bakgrundsljud.

Bakgrundsbrus, som brummandet av elektriska ledningar eller störningar från andra enheter, kan skada kvaliteten på signaler och göra det svårt för elektroniska system att fungera.

På grund av detta är det viktigt att veta mycket om bakgrundsljud och hur man effektivt kan bli av med det.

I det här blogginlägget kommer vi att lära oss om bakgrundsljud, inklusive var det kommer ifrån, vad det gör och hur man hindrar det från att förstöra elektroniken.

Förstå bakgrundsbrus i elektroniska system

Formell definition:

De oönskade signalerna som alltid finns i ett elektroniskt eller annat system, oberoende av om den oönskade signalen finns eller inte.

Bakgrundsbrus är all energi som är oönskad eller besvärande och som kommer i vägen för en kommunikationssignal. Det kan komma från naturliga saker som vind, regn, snö, temperatur, luftfuktighet och månens gravitationskraft.

Det kan också komma från saker som människor har tillverkat, som elektroniska system, effektspektraltäthet, magnetfält, transmissionsledningar, generatorer, kraftverk, datorer eller mobiltelefoner.

Bakgrundsbrus påverkar kvaliteten på signaler i elektroniska system genom att göra det svårare för människor att kommunicera.

Brus är ett fel eller slumpmässig störning av en användbar informationssignal i en kommunikationskanal som inte är önskvärd.

S/N eller SNR står för signal-to-brus ratio.

Signal-brusförhållandet (S/N eller SNR) är ett sätt att jämföra styrkan hos en önskad signal med styrkan på bakgrundsbrus. När det gäller nätverkstjänster är ett högre S/N-förhållande bättre än ett lägre.

Om till exempel S/N-förhållandet för Wi-Fi-signaler är för lågt kan det skada nätverkets prestanda eftersom det gör det svårare för enheter att avgöra vilken signal de vill ha från bruset.

Detta kan göra att paket tappas och data skickas om och om igen, vilket minskar genomströmningen och ökar latensen.

Hur skärmning och jordning hjälper till att minska bakgrundsljudet

Skärmning och jordning kan hjälpa till att minska bakgrundsljud i elektroniska system genom att ge alla enheter en enda jordpunkt, förhindra jordslingor, öka avståndet mellan angriparens och offrets nät, använda skärmade kablar och sätta upp ett korrekt jordningssystem.

Skärmade kablar kan användas för att förhindra att elektrostatiskt brus kommer in i ledarna och för att hålla elektrostatiskt brus inuti skärmen. Att använda skärmade kablar på rätt sätt hjälper till att minska det elektrostatiska bruset som kommer från common mode.

För att DAQ-systemet ska ha mindre bullerproblem måste jordning och jordbindning göras under konstruktions- och installationsfaserna.

Genom att följa dessa bästa praxis kan du minska mängden signalbrus som påverkar processkontrollnätverk och se till att elektroniska system fungerar korrekt.

Avskärmning kan hjälpa till att minska elektromagnetisk störning (EMI) och radiofrekvensstörning (RFI) genom att placera en ledande barriär mellan enheten och störningskällan.

Låsa upp kraften i bakgrundsljud: från störande till kreativt verktyg

Fortfarande svårt att förstå? Låt mig ändra synvinkeln lite:

Är du trött på att ha kristallklart ljud och enkla anslutningar på dina enheter? Vill du göra dina elektroniska system svårare och mer frustrerande att använda? Allt du behöver göra är att lyssna på bakgrundsljudet! Ja det stämmer.

Du kan förvandla ett perfekt fungerande system till en kaotisk röra genom att låta de oönskade signalerna som alltid finns i elektroniska system löpa amok.

Tror du oss inte? Bara luta dig tillbaka, ta det lugnt och låt bruset i bakgrunden göra sitt!

Okej, det var bara ett skämt för att se ut som en tv-reklam.

Låt oss nu gå tillbaka till förklaringen...

Mätning och kvantifiering av bakgrundsljud

Bakgrundsljud kan påverka elektroniska system.

Detta kan sänka kvaliteten på signalerna och påverka hur väl ett nätverk fungerar.

Det är viktigt att mäta och räkna bakgrundsljud så att du bättre kan förstå hur det påverkar dig och komma på sätt att bli av med det.

Metoder för att mäta bakgrundsbrus

I elektroniska system finns det flera sätt att mäta och räkna bakgrundsljud.

En bruskälla som skickar en känd brussignal till den intressanta kretsen är ett sätt att göra detta.

Detta gör det möjligt att mäta hur mycket slumpmässigt brus det finns i en krets.

Brusfaktorn används även i förstärkningsmetoden, som är ett annat sätt att mäta bakgrundsbrus i en krets.

Brustalet för en krets mäts med förstärkningsmetoden.

Brustalet är ett mått på hur mycket brus kretsen lägger till signalen den ges.

En spektrumanalysator kan också mäta mängden bruseffekt vid utgången.

Den här enheten mäter en signals effektspektrum och kan användas för att hitta bruskällor och ta reda på hur högt de är.

Mätenheter för elektriska ljudnivåer

Mätenheter för elektrisk brusnivå inkluderar elektrisk effekt N i watt eller dBm, RMS-spänning i volt, dBV och medelkvadratfel (MSE) i kvadratvolt.

Ljudnivåmätare

Ljudnivåmätare är verktyg som mäter mängden buller i decibel (dB).

Dessa enheter har en inställning som kallas A-viktning som ändrar avläsningarna för att matcha hur det mänskliga örat reagerar på olika frekvenser.

Ljudnivåmätare används ofta för att mäta hur hög miljön är och de är ett viktigt verktyg för att sätta regler och föreskrifter om buller.

Signal-brusförhållande (S/N)

Signal-brusförhållande (S/N) är ett sätt att jämföra styrkan hos en önskad signal med styrkan på brus i bakgrunden.

S/N mäts vanligtvis i decibel, och en bas-10-logaritm kan användas för att räkna ut det.

Om du till exempel mäter i mikrovolt kan du använda den här formeln: S/N = 20 log10(Ps/Pn), där Ps är effekten av signalen och Pn är effekten av bruset i bakgrunden.

Källor till bakgrundsbrus i elektroniska system och hur man minimerar eller eliminerar dem

Buller kan komma från både insidan och utsidan av elektroniska system. Brus som kommer inifrån förstärkaren kallas internt brus. Buller som kommer utifrån systemet kallas externt brus.

Konduktivt brus, som kommer in i systemet genom kablar, och utstrålat brus, som kommer från någon annanstans genom luften eller vakuumet, är båda typer av externt brus.

Elektroniska kretsar i enheter som inte är välgjorda och som inte blockerar tillräckligt med brus både inifrån och ut kommer också att vara mer mottagliga för signalbrus.

Filtrering och jordning

Ett sätt att minska på eller bli av med bakgrundsljud i elektroniska system är att sätta filter på kablarna där bruset kommer in.

För att göra detta kan du lägga till ferritklämmor till en kabel för att göra den mer induktiv.

För att DAQ-system ska ha mindre brusproblem måste de designas och installeras med korrekt jordning och jordning.

Att sätta upp ett jordplan kan hjälpa till att minska bruset och se till att alla kretsar i ett system har samma referenspotential så att olika signaler kan jämföras.

Minska bandbredden

Att minska systemets bandbredd är ett annat bra sätt att minska signalbruset.

Detta är samma sak som att förkorta tiden det tar att mäta en digital signal.

Om en förstärkare har samma bandbredd som signalen den förstärker, kommer den att lägga till mindre yttre brus än en med högre bandbredd.

Tekniker för att ta bort bakgrundsbrus från ljud- eller videoinspelningar och bästa praxis för att förhindra bakgrundsbrus

Ta bort bakgrundsbrus

Det finns olika sätt att bli av med brus i bakgrunden på ljud- eller videoinspelningar.

Ett sätt är att använda ett filter, som ljudeffekten Noise Reduction i TechSmith Camtasia eller brusreduceringseffekten i Audacity, som innebär att isolera klippet och klicka på Effect, Noise Reduction, Get Noise Profile.

Det finns också mjukvaruverktyg som Krisp, Wavosaur, Samson Sound Deck, Wavepad och NoiseGate som kan laddas ner och användas för att minska bakgrundsljudet.

Förhindrar bakgrundsljud

Det finns några bästa metoder som kan användas för att stoppa bakgrundsljud från att spelas in.

Ett effektivt sätt är att spela in i en tyst miljö.

Detta kan göras genom att göra utrymmet mellan motivet och mikrofonen mindre och utrymmet mellan mikrofonen och bruset större.

När det är möjligt är det också viktigt att bli av med källor till bakgrundsljud.

Du kan till exempel stänga av närliggande luftkonditioneringar eller flytta till en ny plats med mindre trafikbuller.

Att använda riktade mikrofoner kan också bidra till att minska bakgrundsljudet genom att fokusera på ljudkällan och minimera ljud från andra håll.

Vindrutor och mikrofon Boost/Gain

Att använda bra vindrutor på mikrofoner när du spelar in utomhus är ett annat bra sätt att förhindra att bakgrundsljud kommer i vägen.

Beroende på vilken enhet som används för att spela in ljud kan en ändring av nivån på mikrofonens förstärkning eller förstärkning också minska bruset.

Handlingsplan

Slutligen är det viktigt att lära sig hur man hanterar bakgrundsljud och göra en plan för vad man ska göra om oväntade ljud inträffar under inspelningar eller möten.

Detta kan bidra till att förbättra ljudet och göra bakgrundsljudet mindre märkbart.

Eliminera bakgrundsbrus i kommunikationsteknik

Brus i bakgrunden kan vara ett stort problem under onlinemöten eller videosamtal.

Det finns några sätt att bli av med bakgrundsljud från datormikrofoner eller headset, vilket är goda nyheter.

Använda inbyggda brusreducerande funktioner

Många kommunikationsformer har inbyggda brusreducerande funktioner som gör det lättare att höra under möten eller samtal när det finns bakgrundsljud.

Till exempel har Microsoft Teams skrivbordsapp och iOS-app båda tre nivåer av brusreducering för att hjälpa mötesdeltagarna att hålla på med uppgiften.

Använda appar för borttagning av bakgrundsbrus från tredje part

Ett annat sätt att bli av med bakgrundsljud är att använda appar som Krisp, som använder AI-driven teknik för att ta bort brus i bakgrunden.

När de används med andra kommunikationsverktyg kan dessa appar förbättra ljudkvaliteten på samtal.

Ljudisolering av rummet eller byte av plats

Du kan också bli av med bakgrundsljud genom att ljudisolera ditt rum eller flytta.

Under kommunikationssessioner kan enkla förändringar som att stänga dörrar och fönster eller flytta till ett tystare rum hjälpa till att minska bullerstörningar.

Justering av placering av mikrofon och högtalare

Att ändra var mikrofonen och högtalarna är placerade kan också hjälpa till att minska bakgrundsljudet.

Om du sätter mikrofonen närmare munnen kan den fånga upp din röst över bullriga bakgrundsljud.

Att hålla högtalarna borta från mikrofonen kan minska mängden feedback och bakgrundsljud.

Använder snygga enheter

Snygga enheter eliminerar automatiskt bakgrundsljud för telefonsamtal genom att skapa en virtuell bubbla för ditt möte och minska bruset utan att dämpa deltagarna.

Den smarta mikrofon- och högtalartekniken i Neat hjälper till att göra ljudet kristallklart och minskar bakgrundsljudet.

Minimera bakgrundsljud i vardagliga miljöer

Buller i bakgrunden är ett vanligt problem i hem, skolor, arbetsplatser och offentliga platser.

Det finns ett antal saker som kan göras för att minska eller bli av med bakgrundsljud.

Källor till bakgrundsljud i vardagliga miljöer

Några vanliga källor till bakgrundsljud i det dagliga livet är:

• Industriella källor som textilfabriker, verkstadsanläggningar, tryckpressar och metallindustrier.
• Högljudda apparater med trumlande trummor eller snurrande fläktar i hemmen.
• Buller i skolor, till exempel i klassrum, kaféer, korridorer och lekplatser.
• Yrkesbuller i tunga industri- och tillverkningsmiljöer, såsom gårdar, cafeterier eller barer.

Strategier för att minimera bakgrundsljud

• Användning av öronproppar och barriärer.

Använd öronproppar eller brusreducerande hörlurar för att minska eller bli av med bakgrundsljud.

Dessa kan bäras på jobbet eller när du sover för att minska mängden buller från omgivningen.

Väggar, dörrar och fönster kan också användas för att minska vibrationer och höga ljudvågor.

• Användning av tystare apparater.

I hemmen bör högljudda apparater som trumlande trummor eller snurrande fläktar ersättas med tystare.

Detta kan minska bullret i hemmet mycket.

• Användning av White/Pink Noise Machines.

Vitbrusmaskiner kan också användas för att dölja bakgrundsljud eftersom de gör ett stadigt ljud som hjälper till att överrösta andra ljud.

Men maskiner för vitt brus kanske inte är det bästa valet i alla situationer eftersom de också kan öka ljudnivån.

• Akustisk behandling.

Att använda material som paneler eller kakel för att absorbera ljudvågor och minska efterklangstiden kallas för akustisk behandling.

Detta kan vara särskilt användbart i klassrum och andra platser där lärande äger rum där buller i bakgrunden kan vara distraherande.

• Tekniska ändringar.

På arbetsplatser där det är för mycket buller bör arbetsgivare ta reda på vilka områden eller arbetsuppgifter som orsakar för mycket buller och vidta åtgärder för att minska det.

Detta kan innebära att man gör ändringar i bullerkällan eller arbetsmiljön med hjälp av teknik.

Exempel inkluderar:

• Använda ljudabsorberande material i väggar, golv och tak.
• Omsluta eller isolera bullrig utrustning.
• Installation av barriärer eller ljudgardiner för att blockera eller absorbera buller.
• Personlig skyddsutrustning.

När tekniken inte räcker till för att lösa problemet bör människor också få personlig skyddsutrustning som öronproppar eller hörselkåpor.

Sammantaget finns det ett antal sätt att minska eller bli av med bakgrundsljud.

Dessa kan inkludera att ändra källan till bullret, använda personlig skyddsutrustning, omorganisera möbler, använda akustikpaneler, plantera träd, använda vita/rosa ljudmaskiner eller ersätta högljudda apparater med tystare.

Eliminera bakgrundsbrus i elektroniska system

Active Noise Cancellation (ANC)

Active Noise Control (ANC)-teknik används i affärsvärlden för att minska bakgrundsljudet i elektroniska system.

ANC-teknik fungerar genom att spela in bakgrundsbruset, invertera brussignalen för att skapa "anti-brus och sedan lägga till det till utsignalen.

ANC kan göras antingen med analoga kretsar eller genom att bearbeta digitala signaler.

Digital brusreducering (DNR)

Digital Noise Reduction (DNR) system är gjorda för att sänka mängden ljud som hörapparater avger när det finns brus.

DNR-algoritmer tittar på vågformen för bakgrundsbruset och skapar en signal som antingen ändrar fasen för den frekvensen eller gör den svagare i realtid.

Digital Active Noise Cancellation (ANC)-teknik tar bort bakgrundsljud med>40dB, vilket är det bästa på marknaden.

Avancerade algoritmer

Avancerad brusreducering kan göras med hjälp av avancerade algoritmer.

Dubbla rundstrålande mikrofoner eller quad rundstrålande mikrofoner används för att fånga upp ljudsignaler från omgivningen.

Dessa ljudsignaler skickas till en digital signalprocessor (DSP) som använder algoritmer för att separera och bli av med bakgrundsbrus.

Med mer avancerade algoritmer kan detta inkludera isolering och förstärkning av tal så att du kan höra och höras tydligt oavsett hur högt det är.

Aktiv brusreducering, digital brusreducering och avancerade algoritmer är alla avancerade metoder som används inom industrin för att minska bakgrundsbrus i elektroniska system.

Du kan göra dessa saker med analoga kretsar eller digital signalbehandling, och du kan använda två eller fyra rundstrålande mikrofoner för att fånga upp ljud från omgivningen.

I slutändan hjälper avancerad brusreducering att separera och blockera bakgrundsljud, vilket gör talet tydligare och minskar oönskade ljud.

Hur man tar bort bakgrundsbrus i Audacity

Tips: Slå på bildtextknappen om du behöver den. Välj "automatisk översättning" i inställningsknappen om du inte är bekant med det talade språket. Du kan behöva klicka på språket för videon först innan ditt favoritspråk blir tillgängligt för översättning.

Kan dessa ljud vara användbara?

Använd i:	Beskrivning:
Ljudmaskering:	På vissa ställen, som kontor med öppen planlösning eller sjukhus, kan det vara svårt att hålla din integritet och hindra människor från att störa dig. Ljudmaskering är en lösning. Det är när bakgrundsljud läggs till avsiktligt för att göra det svårare att höra konversationer och andra ljud. Till exempel kan en white noise-maskin eller en naturlig ljudgenerator användas för att skapa ett lugnande bakgrundsljud som täcker över de mer distraherande ljuden i miljön.
Ljudvattenmärkning:	Ljudvattenmärkning är ett sätt att spåra var en ljudsignal kom ifrån eller vem som äger den genom att lägga till en unik identifierare eller kod till den. Ett sätt att göra detta är att lägga till en viss typ av bakgrundsljud till ljudsignalen som människor inte kan höra men det kan plockas upp av programvara eller utrustning med rätt typ av sensorer.
Signalbehandling:	Vissa signalbehandlingsuppgifter, som taligenkänning eller bildbehandling, kan göras mer exakt genom att lägga till en liten mängd bakgrundsbrus. Detta beror på att bakgrundsbrus kan hjälpa till att minska effekterna av överanpassning eller förspänning i systemet och göra det mer motståndskraftigt mot ändringar i inmatningen.
Ljud- eller musikproduktion:	Bakgrundsbrus kan användas på ett kreativt sätt för att lägga till textur eller atmosfär till en låt eller inspelning. Till exempel kan ljudet av regn eller trafik användas i bakgrunden av en låt för att skapa en viss stämning eller scen.
Testa och bedöma:	Under testning och utvärdering kan bakgrundsljud ibland läggas till med avsikt till elektroniska system för att göra dem mer som den verkliga världen eller för att testa hur väl de fungerar under stress. Till exempel kan en biltillverkare testa det elektroniska systemet i en bil i olika typer av bakgrundsljud för att se till att det fungerar bra i alla situationer.

Slutsats

I slutändan är bakgrundsljud ett stort problem inom ingenjörsvärlden som ofta förbises.

Som vi har sett kan det påverka kvaliteten och pålitligheten hos elektroniska system och kan vara svårt att bli av med helt.

Men den goda nyheten är att det finns många sätt att skära ner på dess effekter, från enkla som skärmning och jordning till mer komplexa som signalbehandlingsalgoritmer och aktiv brusreducering.

Ingenjörer kan göra elektroniska system som är starka, pålitliga och effektiva genom att veta var bakgrundsljud kommer ifrån och vad de kan göra för att bli av med det.

Så, nästa gång du stöter på ett bullrigt elektroniskt system, kom ihåg att bakgrundsljud inte bara är ett irritationsmoment; det är också en ingenjörsutmaning som kräver kreativa lösningar och tekniskt kunnande.