作為工科學生或工程師，您知道電子系統無處不在，從手機到汽車再到家中的電器。
但您可能不知道這些系統有一個隱藏的敵人，它會影響它們的工作效果和可靠性：背景噪音。
背景噪音，如電線的嗡嗡聲或來自其他設備的干擾，會損害信號質量並使電子系統難以工作。
因此，重要的是要了解背景噪音以及如何有效地消除它。
在這篇博文中，我們將了解背景噪音，包括它的來源、作用以及如何阻止它弄亂電子設備。
了解電子系統中的背景噪聲
正式定義：
電子或其他系統中始終存在的不需要的信號，與是否存在不需要的信號無關。
背景噪聲是任何不需要或令人討厭的能量，它們會妨礙通信信號。它可以來自風、雨、雪、溫度、濕度和月球引力等自然事物。
它也可能來自人們製造的東西，如電子系統、功率譜密度、磁場、傳輸線、發電機、發電廠、計算機或手機。
背景噪聲使人們更難溝通，從而影響電子系統中的信號質量。
噪聲是通信信道中不需要的有用信息信號的錯誤或隨機干擾。
S/N 或 SNR 代表信噪比。
信噪比（S/N 或 SNR）是一種比較有用信號強度與背景噪聲強度的方法。就網絡服務而言，較高的信噪比優於較低的信噪比。
例如，如果 Wi-Fi 信號的信噪比太低，就會損害網絡性能，因為這會使設備更難從噪聲中分辨出它們想要的信號。
這可能會導致數據包丟失和數據反復發送，從而降低吞吐量並增加延遲。
屏蔽和接地如何幫助減少背景噪音
屏蔽和接地可以通過為所有設備提供單點接地、防止接地環路、增加攻擊者和受害者網絡之間的距離、使用屏蔽電纜以及設置適當的接地系統來幫助降低電子系統中的背景噪聲。屏蔽電纜可用於防止靜電噪聲進入導體，並將靜電噪聲保持在屏蔽層內。以正確的方式使用屏蔽電纜將有助於減少來自共模的靜電噪聲。
為了使 DAQ 系統具有較少的噪聲問題，必須在設計和安裝階段進行接地和接地連接。
通過遵循這些最佳實踐，您可以減少影響過程控製網絡的信號噪聲量並確保電子系統正常工作。
屏蔽可以通過在設備和乾擾源之間放置一個導電屏障來幫助減少電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI)。
釋放背景噪音的力量：從滋擾到創意工具
還是很難理解？讓我稍微改變一下觀點：
您是否厭倦了設備上清晰的聲音和輕鬆的連接？您想讓您的電子系統使用起來更難、更令人沮喪嗎？好吧，您所要做的就是聆聽背景噪音！對就這樣。
您可以讓電子系統中始終存在的不需要的信號胡亂運行，從而將一個完美運行的系統變成一團糟。
不相信我們？坐下來，放輕鬆，讓背景噪音發揮作用！
好吧，那隻是一個看起來像電視廣告的笑話。
現在讓我們回到解釋......
測量和量化背景噪聲
背景噪聲會影響電子系統。
這會降低信號質量並影響網絡的運行狀況。
測量和計算背景噪音非常重要，這樣您才能更好地了解它如何影響您並想出消除它的方法。
測量背景噪聲的方法
在電子系統中，有多種方法可以測量和計算背景噪聲。
將已知噪聲信號發送到感興趣電路的噪聲源是實現此目的的一種方法。
這使得測量電路中有多少隨機噪聲成為可能。
噪聲係數也用在增益法中，這是另一種測量電路中背景噪聲的方法。
電路的噪聲係數是用增益法測量的。
噪聲係數是電路添加到給定信號中的噪聲量的量度。
頻譜分析儀還可以測量輸出端的噪聲功率量。
該設備測量信號的功率譜，可用於查找噪聲源併計算出它們的響度。
電噪聲水平的測量單位
電噪聲電平測量單位包括以瓦特或 dBm 為單位的電功率 N、以伏特為單位的均方根 (RMS) 電壓、dBV 和以伏特平方為單位的均方誤差 (MSE)。
聲級計
聲級計是以分貝 (dB) 為單位測量噪音量的工具。
這些設備有一個稱為 A 加權的設置，可以改變讀數以匹配人耳對不同頻率的響應方式。
聲級計通常用於測量環境的噪音大小，是製定有關噪音的規章制度的重要工具。
信噪比 (S/N)
信噪比 (S/N) 是一種比較有用信號強度與背景噪聲強度的方法。
S/N 通常以分貝為單位測量，可以使用以 10 為底的對數來計算。
例如，如果以微伏為單位進行測量，則可以使用以下公式：S/N = 20 log10(Ps/Pn)，其中 Ps 是信號的功率，Pn 是背景噪聲的功率。
電子系統中背景噪聲的來源以及如何最小化或消除它們
噪聲可能來自電子系統的內部和外部。來自放大器內部的噪聲稱為內部噪聲。來自系統外部的噪聲稱為外部噪聲。
通過電纜進入系統的傳導噪聲和通過空氣或真空來自其他地方的輻射噪聲都是外部噪聲。
設備中的電子電路如果製作不精良且無法阻擋來自內部和外部的足夠噪聲，也將更容易受到信號噪聲的影響。
濾波和接地
減少或消除電子系統中背景噪音的一種方法是在噪音進入的電纜上放置濾波器。
為此，您可以在電纜上添加鐵氧體夾具以使其更具電感性。
為使 DAQ 系統具有較少的噪聲問題，它們的設計和安裝必須採用適當的接地和接地連接。
設置接地層有助於降低噪聲並確保系統中的所有電路都具有相同的參考電位，以便可以比較不同的信號。
減少帶寬
降低系統帶寬是減少信號噪聲的另一種好方法。
這與縮短測量數字信號所需的時間相同。
如果放大器的帶寬與其放大的信號相同，則與具有更高帶寬的放大器相比，它會增加更少的外部噪聲。
從音頻或視頻記錄中去除背景噪聲的技術以及防止背景噪聲的最佳實踐
去除背景噪音
有多種方法可以消除音頻或視頻錄製背景中的噪音。
一種方法是使用過濾器，例如 TechSmith Camtasia 中的降噪音頻效果或 Audacity 中的降噪效果，這涉及隔離剪輯並單擊效果、降噪、獲取噪聲配置文件。
還有 Krisp、Wavosaur、Samson Sound Deck、Wavepad 和 NoiseGate 等軟件工具可以下載並用於降低背景噪音。
防止背景噪音
有一些最佳實踐可用於阻止記錄背景噪音。
一種有效的方法是在安靜的環境中進行錄製。
這可以通過縮小主體和麥克風之間的空間以及增大麥克風和噪音之間的空間來實現。
如果可能，消除背景噪音源也很重要。
例如，您可以關閉附近的空調或搬到交通噪音較小的新地方。
使用定向麥克風還可以通過專注於聲源並最大限度地減少來自其他方向的聲音來幫助減少背景噪音。
擋風玻璃和麥克風增強/增益
在室外錄音時，在麥克風上使用良好的防風罩是防止背景噪音干擾的另一種好方法。
根據用於錄製聲音的設備，改變麥克風的增強或增益級別也可以降低噪音。
行動計劃
最後，重要的是要學習如何處理背景噪音，並製定計劃以應對在錄音或會議期間發生意外噪音時應採取的措施。
這有助於改善聲音並使背景噪音不那麼明顯。
消除通信技術中的背景噪聲
在線會議或視頻通話期間，背景噪音可能是個大問題。
有幾種方法可以消除計算機麥克風或耳機的背景噪音，這是個好消息。
使用內置降噪功能
許多形式的通信都具有內置的降噪功能，可以在有背景噪音的會議或通話中更容易聽到。
例如，Microsoft Teams 的桌面應用程序和 iOS 應用程序都具有三級噪音抑制功能，以幫助與會者專注於任務。
使用第三方背景噪音消除應用程序
消除背景噪音的另一種方法是使用像 Krisp 這樣的應用程序，它使用人工智能技術來消除背景噪音。
當與其他通訊工具一起使用時，這些應用程序可以改善通話的音質。
隔音房間或改變位置
您還可以通過對房間進行隔音或搬家來消除背景噪音。
在溝通過程中，簡單的改變，比如關上門窗或搬到更安靜的房間，都有助於減少噪音干擾。
調整麥克風和揚聲器的位置
改變麥克風和揚聲器的放置位置也有助於減少背景噪音。
如果您將麥克風靠近您的嘴巴，它可以在嘈雜的背景聲音中拾取您的聲音。
讓揚聲器遠離麥克風可以減少反饋量和背景噪音。
使用 Neat 設備
Neat 設備通過為您的會議創建一個虛擬泡泡並在不影響參與者的情況下降低噪音，自動消除電話的背景噪音。
Neat 中的智能麥克風和揚聲器條形技術有助於使音頻聲音清晰並減少背景噪音。
最大限度地減少日常環境中的背景噪音
背景噪音是家庭、學校、工作場所和公共場所的常見問題。
可以採取多種措施來減少或消除背景噪音。
日常環境中的背景噪音來源
日常生活中一些常見的背景噪音來源有：
- 紡織廠、工程廠、印刷機和金屬工業等工業來源。
- 家裡的電器發出響亮的鼓聲或呼呼作響的風扇。
- 學校的噪音，例如教室、自助餐廳、走廊和操場。
- 重工業和製造業環境中的職業噪音，例如農場、自助餐廳或酒吧。
最小化背景噪音的策略
- 使用耳塞和屏障。
使用耳塞或降噪耳機來減少或消除背景噪音。
這些可以在工作或睡覺時佩戴，以減少環境噪音。
牆壁、門和窗戶也可以用來減少振動和響亮的聲波。
- 使用更安靜的電器。
在家裡，應該用更安靜的設備來代替翻滾的鼓聲或呼呼的風扇等響亮的設備。
這可以大大減少家裡的噪音。
- 使用白/粉紅噪聲機。
白噪聲機也可用於掩蓋背景噪音，因為它們發出穩定的聲音有助於淹沒其他聲音。
但白噪音機器可能不是在所有情況下都是最佳選擇，因為它們也會增加噪音水平。
- 聲學處理。
使用面板或瓷磚等材料吸收聲波並減少混響時間稱為聲學處理。
這在教室和其他學習場所特別有用，因為背景噪音可能會分散注意力。
- 工程修改。
在噪音太大的工作場所，雇主應該弄清楚哪些區域或任務會產生太多噪音，並採取措施減少噪音。
這可能意味著使用工程學來改變噪聲源或工作環境。
例子包括：
- 在牆壁、地板和天花板上使用吸音材料。
- 封閉或隔離嘈雜的設備。
- 安裝屏障或聲幕以阻擋或吸收噪音。
- 個人保護設備。
當技術不足以解決問題時，還應為人們提供耳塞或耳罩等個人防護裝備。
總的來說，有很多方法可以減少或消除背景噪音。
這些措施可能包括改變噪音源、使用個人防護裝備、重新佈置家具、使用隔音板、植樹、使用白噪聲/粉紅噪音機器，或者用更安靜的設備替換大聲的設備。
消除電子系統中的背景噪聲
主動降噪 (ANC)
主動噪聲控制 (ANC) 技術在商業領域用於降低電子系統中的背景噪聲。
ANC 技術的工作原理是記錄背景噪聲，將噪聲信號反相以進行“抗噪聲”，然後將其添加到輸出信號中。
ANC 可以通過模擬電路或通過處理數字信號來完成。
數字降噪 (DNR)
數字降噪 (DNR) 方案旨在降低助聽器在有噪音時發出的聲音量。
DNR 算法查看背景噪聲的波形，並生成一個信號，該信號要么改變該頻率的相位，要么實時使其變弱。
數字主動降噪 (ANC) 技術可消除>40dB 的背景噪音，這是市場上最好的。
高級算法
高級噪聲抑制可以在高級算法的幫助下完成。
雙全向麥克風或四全向麥克風用於從環境中拾取聲音信號。
這些音頻信號被發送到數字信號處理器 (DSP)，該處理器使用算法來幫助分離和消除背景噪音。
使用更先進的算法，這可能包括隔離和放大語音，這樣無論聲音有多大，您都可以清楚地聽到和被聽到。
主動降噪、數字降噪和高級算法都是工業上用於降低電子系統背景噪聲的先進方法。
你可以用模擬電路或數字信號處理來完成這些事情，你可以使用兩個或四個全向麥克風來從環境中拾取聲音。
最後，高級噪聲抑制有助於分離和阻擋背景噪聲，從而使語音更清晰並減少不需要的聲音。
如何消除 Audacity 中的背景噪音
提示：如果需要，請打開字幕按鈕。如果您不熟悉口語，請在設置按鈕中選擇“自動翻譯”。在您最喜歡的語言可供翻譯之前，您可能需要先點擊視頻的語言。
這些噪音有用嗎？
| 用於： | 描述： |
|---|---|
| 聲音掩蔽： | 在某些地方，例如開放式辦公室或醫院，可能很難保護您的隱私並防止人們打擾您。聲音掩蔽是一種解決方案。這是在故意添加背景噪音以使其更難聽到對話和其他聲音。例如，可以使用白噪聲機或自然發聲器來創建舒緩的背景聲音，以掩蓋環境中更分散注意力的聲音。 |
| 音頻水印： | 音頻水印是一種通過向其添加唯一標識符或代碼來跟踪音頻信號來自何處或誰擁有它的方法。實現此目的的一種方法是在音頻信號中添加人類聽不到的某種類型的背景噪聲但這可以通過帶有合適傳感器的軟件或設備來獲取。 |
| 信號處理： | 一些信號處理任務，例如語音識別或圖像處理，可以通過添加少量背景噪聲來提高準確性。這是因為背景噪聲可以幫助減少系統中過擬合或偏差的影響，使其更能抵抗輸入的變化。 |
| 音頻或音樂製作： | 可以創造性地使用背景噪音來為歌曲或錄音添加質感或氛圍。例如，可以在歌曲的背景中使用雨聲或交通聲來設置特定的情緒或場景。 |
| 測試與判斷： | 在測試和評估過程中，有時會故意將背景噪聲添加到電子系統中，以使它們更接近真實世界或測試它們在壓力下的工作情況。例如，汽車製造商可能會在不同的環境中測試汽車的電子系統各種背景噪音，以確保它在所有情況下都能正常工作。 |
結論
最後，背景噪音是工程領域中經常被忽視的一個大問題。
正如我們所見，它會影響電子系統的質量和可靠性，並且很難完全消除。
但好消息是，有很多方法可以減少其影響，從屏蔽和接地等簡單方法到信號處理算法和主動降噪等更複雜的方法。
工程師可以通過了解背景噪聲的來源以及如何消除這些噪聲來製造強大、可靠和高效的電子系統。
所以，下次您遇到嘈雜的電子系統時，請記住背景噪音不僅僅是一種煩惱；這也是一項工程挑戰，需要創造性的解決方案和技術訣竅。
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