Като студент по инженерство или инженер знаете, че електронните системи са навсякъде, от вашия телефон през колата ви до уредите в дома ви.
Но може да не знаете, че тези системи имат скрит враг, който може да повлияе на това колко добре работят и колко надеждни са: фонов шум.
Фоновият шум, като бръмченето на електрически проводници или смущенията от други устройства, може да навреди на качеството на сигналите и да затрудни работата на електронните системи.
Поради това е важно да знаете много за фоновия шум и как да се отървете от него ефективно.
В тази публикация в блога ще научим за фоновия шум, включително откъде идва, какво прави и как да го спрем да обърква електрониката.
Разбиране на фоновия шум в електронните системи
Официална дефиниция:
Нежеланите сигнали, които винаги присъстват в електронна или друга система, независимо от това дали нежеланият сигнал присъства или не.
Фоновият шум е всяка енергия, която е нежелана или досадна и пречи на комуникационния сигнал. Може да дойде от естествени неща като вятър, дъжд, сняг, температура, влажност и гравитационното привличане на луната.
Може да идва и от неща, които хората са направили, като електронни системи, спектрална плътност на мощността, магнитни полета, преносни линии, генератори, електроцентрали, компютри или мобилни телефони.
Фоновият шум влияе върху качеството на сигналите в електронните системи, като затруднява комуникацията между хората.
Шумът е грешка или случайно смущение на полезен информационен сигнал в комуникационен канал, което не е желано.
S/N или SNR означава съотношение сигнал/шум.
Съотношението сигнал/шум (S/N или SNR) е начин за сравняване на силата на желания сигнал със силата на фоновия шум. Когато става въпрос за мрежови услуги, по-високото съотношение S/N е по-добро от по-ниското.
Ако съотношението S/N на Wi-Fi сигналите е твърде ниско, например, това може да навреди на производителността на мрежата, тъй като прави по-трудно за устройствата да разграничат сигнала, който искат, от шума.
Това може да доведе до изпускане на пакети и изпращане на данни отново и отново, намалявайки пропускателната способност и увеличавайки латентността.
Как екранирането и заземяването помагат за намаляване на фоновия шум
Екранирането и заземяването могат да помогнат за намаляване на фоновия шум в електронните системи, като предоставят на всички устройства една единствена точка на заземяване, предотвратяват заземителни вериги, увеличават разстоянието между мрежите на агресора и жертвата, използват екранирани кабели и настройват подходяща система за заземяване.Екранираните кабели могат да се използват за предотвратяване на навлизането на електростатичен шум в проводниците и за задържане на електростатичния шум вътре в екрана. Използването на екранирани кабели по правилния начин ще помогне за намаляване на електростатичния шум, който идва от общ режим.
За да може системата DAQ да има по-малко проблеми с шума, трябва да се направи заземяване и заземяване по време на фазите на проектиране и монтаж.
Като следвате тези най-добри практики, можете да намалите количеството шум на сигнала, който засяга мрежите за управление на процеси, и да се уверите, че електронните системи работят правилно.
Екранирането може да помогне за намаляване на електромагнитните смущения (EMI) и радиочестотните смущения (RFI) чрез поставяне на проводима бариера между устройството и източника на смущения.
Отключване на силата на фоновия шум: от неудобство до креативен инструмент
Все още трудно за разбиране? Да променя малко гледната точка:
Омръзна ли ви да имате кристално чист звук и лесни връзки на вашите устройства? Искате ли да направите вашите електронни системи по-трудни и разочароващи за използване? Е, всичко, което трябва да направите, е да слушате фоновия шум! Да, така е.
Можете да превърнете перфектно работеща система в хаотична бъркотия, като оставите нежеланите сигнали, които винаги присъстват в електронните системи, да вилнеят.
Не ни вярвате? Просто седнете, успокойте се и оставете шума на заден план да свърши работата си!
Добре, това беше просто шега, направена да изглежда като телевизионна реклама.
Сега да се върнем към обяснението...
Измерване и количествено определяне на фонов шум
Фоновият шум може да повлияе на електронните системи.
Това може да понижи качеството на сигналите и да повлияе на това колко добре работи мрежата.
Важно е да измервате и преброявате фоновия шум, за да можете по-добре да разберете как ви влияе и да измислите начини да се отървете от него.
Методи за измерване на фоновия шум
В електронните системи има няколко начина за измерване и преброяване на фоновия шум.
Източник на шум, който изпраща известен шумов сигнал в интересуващата ни верига, е един от начините да направите това.
Това дава възможност да се измери колко произволен шум има във веригата.
Факторът на шума се използва и в метода на усилване, който е друг начин за измерване на фоновия шум във верига.
Коефициентът на шум на верига се измерва по метода на усилването.
Коефициентът на шум е мярка за това колко шум добавя веригата към подавания сигнал.
Спектрален анализатор може също да измерва количеството шумова мощност на изхода.
Това устройство измерва спектъра на мощността на сигнала и може да се използва за намиране на източници на шум и за определяне колко са силни.
Мерни единици за нива на електрически шум
Единиците за измерване на нивото на електрически шум включват електрическа мощност N във ватове или dBm, средно квадратично (RMS) напрежение във волтове, dBV и средна квадратична грешка (MSE) във волтове на квадрат.
Звукомери
Шумомерите са инструменти, които измерват количеството шум в децибели (dB).
Тези устройства имат настройка, наречена A-претегляне, която променя показанията, за да съответстват на начина, по който човешкото ухо реагира на различни честоти.
Шумомерите често се използват за измерване на това колко шумна е околната среда и те са важен инструмент за определяне на правила и разпоредби относно шума.
Съотношение сигнал/шум (S/N)
Съотношението сигнал/шум (S/N) е начин за сравняване на силата на желания сигнал със силата на шума във фонов режим.
S/N обикновено се измерва в децибели и може да се използва логаритъм с основа 10, за да се разбере.
Например, ако измервате в микроволта, можете да използвате следната формула: S/N = 20 log10(Ps/Pn), където Ps е мощността на сигнала, а Pn е мощността на фоновия шум.
Източници на фонов шум в електронните системи и как да ги минимизираме или елиминираме
Шумът може да идва както отвътре, така и отвън на електронните системи. Шумът, който идва от вътрешността на усилвателя, се нарича вътрешен шум. Шумът, който идва извън системата, се нарича външен шум.
Проводимият шум, който идва в системата чрез кабели, и излъчваният шум, който идва от някъде другаде през въздуха или вакуума, са и двата вида външен шум.
Електронните схеми в устройства, които не са добре направени и не блокират достатъчно шум отвътре и отвън, също ще бъдат по-податливи на сигнален шум.
Филтриране и заземяване
Един от начините да намалите или да се отървете от фоновия шум в електронните системи е да поставите филтри на кабелите, където шумът влиза.
За да направите това, можете да добавите феритни скоби към кабела, за да го направите по-индуктивен.
За да могат DAQ системите да имат по-малко проблеми с шума, те трябва да бъдат проектирани и инсталирани с подходящо заземяване и заземяване.
Настройването на заземителна равнина може да помогне за намаляване на шума и да се увери, че всички вериги в системата имат еднакъв референтен потенциал, така че различните сигнали да могат да се сравняват.
Намаляване на честотната лента
Намаляването на честотната лента на системата е друг добър начин за намаляване на шума в сигнала.
Това е същото като съкращаване на времето, необходимо за измерване на цифров сигнал.
Ако един усилвател има същата честотна лента като сигнала, който усилва, той ще добави по-малко външен шум от този с по-висока честотна лента.
Техники за премахване на фонов шум от аудио или видео записи и най-добри практики за предотвратяване на фонов шум
Премахване на фонов шум
Има различни начини да се отървете от шума на фона на аудио или видео записи.
Един от начините е да използвате филтър, като аудио ефекта за намаляване на шума в TechSmith Camtasia или ефекта за намаляване на шума в Audacity, който включва изолиране на клипа и щракване върху Ефект, Намаляване на шума, Вземете шумов профил.
Има и софтуерни инструменти като Krisp, Wavosaur, Samson Sound Deck, Wavepad и NoiseGate, които могат да бъдат изтеглени и използвани за намаляване на фоновия шум.
Предотвратяване на фонов шум
Има няколко най-добри практики, които могат да се използват за спиране на записването на фонов шум.
Един ефективен подход е да записвате в тиха среда.
Това може да стане, като намалите пространството между обекта и микрофона и увеличите пространството между микрофона и шума.
Когато е възможно, също така е важно да се отървете от източниците на фонов шум.
Например, можете да изключите близките климатици или да се преместите на ново място с по-малко шум от трафика.
Използването на насочени микрофони също може да помогне за намаляване на фоновия шум чрез фокусиране върху източника на звук и минимизиране на звуците от други посоки.
Предни стъкла и усилване/усилване на микрофона
Използването на добри предни стъкла на микрофоните, когато записвате навън, е друг добър начин да не пречите на фоновия шум.
В зависимост от устройството, използвано за запис на звуци, промяната на нивото на усилването или усилването на микрофона също може да намали шума.
План за действие
И накрая, важно е да научите как да се справяте с фоновия шум и да направите план какво да правите, ако се появят неочаквани шумове по време на записи или срещи.
Това може да помогне за подобряване на звука и да направи фоновия шум по-малко забележим.
Елиминиране на фоновия шум в комуникационните технологии
Шумът във фонов режим може да бъде голям проблем по време на онлайн срещи или видео разговори.
Има няколко начина да се отървете от фоновия шум от компютърните микрофони или слушалки, което е добра новина.
Използване на вградени функции за шумопотискане
Много форми на комуникация имат вградени функции за потискане на шума, които улесняват чуването по време на срещи или разговори, когато има фонов шум.
Например, настолното приложение на Microsoft Teams и приложението за iOS имат три нива на потискане на шума, за да помогнат на участниците в срещата да се справят със задачата.
Използване на приложения за премахване на фонов шум на трети страни
Друг начин да се отървете от фоновия шум е да използвате приложения като Krisp, които използват базирана на изкуствен интелект технология, за да премахнат шума във фонов режим.
Когато се използват с други инструменти за комуникация, тези приложения могат да подобрят качеството на звука на разговорите.
Звукоизолиране на стаята или промяна на местоположението
Можете също да се отървете от фоновия шум, като звукоизолирате стаята си или се преместите.
По време на комуникационни сесии прости промени като затваряне на врати и прозорци или преместване в по-тиха стая могат да помогнат за намаляване на шумовите смущения.
Регулиране на разположението на микрофона и високоговорителя
Промяната на мястото, където са поставени вашият микрофон и високоговорители, също може да помогне за намаляване на фоновия шум.
Ако поставите микрофона по-близо до устата си, той може да улови гласа ви при шумни фонови звуци.
Поддържането на високоговорителите далеч от микрофона може да намали количеството на обратната връзка и фоновия шум.
Използване на чисти устройства
Кокетните устройства автоматично премахват фоновия шум за телефонни разговори, като създават виртуален балон за вашата среща и намаляват шума, без да заглушават участниците.
Технологията за интелигентен микрофон и лента за високоговорители в Neat помага да звукът стане кристално чист и намалява фоновия шум.
Минимизиране на фоновия шум в ежедневната среда
Шумът във фонов режим е често срещан проблем в домове, училища, работни места и обществени места.
Има няколко неща, които могат да се направят, за да се намали или премахне фоновият шум.
Източници на фонов шум в ежедневната среда
Някои често срещани източници на фонов шум в ежедневието са:
- Индустриални източници като текстилни фабрики, машиностроителни заводи, печатни преси и металургия.
- Шумни уреди с барабани или въртящи се вентилатори в домовете.
- Шум в училищата, като например в класни стаи, кафенета, коридори и детски площадки.
- Професионален шум в тежки индустриални и производствени среди, като ферми, кафенета или барове.
Стратегии за минимизиране на фоновия шум
- Използване на тапи за уши и бариери.
Използвайте тапи за уши или шумопотискащи слушалки, за да намалите или да се отървете от фоновия шум.
Те могат да се носят на работа или докато спите, за да се намали количеството шум от околната среда.
Стените, вратите и прозорците също могат да се използват за намаляване на вибрациите и силните звукови вълни.
- Използване на по-тихи уреди.
В домовете шумните уреди като барабани или въртящи се вентилатори трябва да бъдат заменени с по-тихи.
Това може да намали много шума в дома.
- Използване на машини с бял/розов шум.
Машините с бял шум могат да се използват и за прикриване на фоновия шум, защото издават постоянен звук, който помага да се заглушат други звуци.
Но машините с бял шум може да не са най-добрият избор във всички ситуации, защото те също могат да увеличат нивото на шума.
- Акустична обработка.
Използването на материали като панели или плочки за абсорбиране на звукови вълни и намаляване на времето за реверберация се нарича акустична обработка.
Това може да бъде особено полезно в класни стаи и други места, където се провежда обучение, където шумът във фонов режим може да разсейва.
- Инженерни модификации.
На работни места, където има твърде много шум, работодателите трябва да разберат кои области или задачи причиняват твърде много шум и да предприемат стъпки за намаляването му.
Това може да означава извършване на промени в източника на шум или средата на работното място чрез инженерство.
Примерите включват:
- Използване на звукопоглъщащи материали в стени, подове и тавани.
- Ограждане или изолиране на шумно оборудване.
- Инсталиране на бариери или звукови завеси за блокиране или абсорбиране на шума.
- Лични предпазни средства.
Когато технологията не е достатъчна за решаване на проблема, хората също трябва да получат лични предпазни средства като тапи за уши или антифони.
Като цяло има няколко начина за намаляване или премахване на фоновия шум.
Те могат да включват промяна на източника на шума, използване на лични предпазни средства, пренареждане на мебели, използване на акустични панели, засаждане на дървета, използване на машини за бял/розов шум или замяна на силни уреди с по-тихи.
Елиминиране на фоновия шум в електронните системи
Активно шумопотискане (ANC)
Технологията за активен контрол на шума (ANC) се използва в света на бизнеса за намаляване на фоновия шум в електронните системи.
Технологията ANC работи, като записва фоновия шум, обръща шумовия сигнал, за да направи "анти-шум" и след това го добавя към изходния сигнал.
ANC може да се направи или с аналогови схеми, или чрез обработка на цифрови сигнали.
Цифрово намаляване на шума (DNR)
Схемите за цифрово намаляване на шума (DNR) са създадени, за да намалят количеството звук, който издават слуховите апарати, когато има шум.
Алгоритмите на DNR разглеждат формата на вълната на фоновия шум и създават сигнал, който или променя фазата на тази честота, или я прави по-слаба в реално време.
Технологията за цифрово активно шумопотискане (ANC) премахва фоновия шум с>40dB, което е най-доброто на пазара.
Разширени алгоритми
Усъвършенстваното потискане на шума може да се извърши с помощта на усъвършенствани алгоритми.
Двойни всепосочни микрофони или четворни всепосочни микрофони се използват за улавяне на звукови сигнали от околната среда.
Тези аудио сигнали се изпращат до процесор за цифрови сигнали (DSP), който използва алгоритми, за да помогне за отделянето и премахването на фоновия шум.
С по-усъвършенствани алгоритми това може да включва изолиране и усилване на речта, така че да можете да чувате и да бъдете чути ясно, независимо колко е силен.
Активното потискане на шума, цифровото намаляване на шума и усъвършенстваните алгоритми са усъвършенствани методи, използвани в индустрията за намаляване на фоновия шум в електронните системи.
Можете да правите тези неща с аналогови схеми или цифрова обработка на сигнала и можете да използвате два или четири всепосочни микрофона, за да улавяте звуци от околната среда.
В крайна сметка усъвършенстваното потискане на шума помага за отделянето и блокирането на фоновия шум, което прави речта по-ясна и намалява нежеланите звуци.
Как да премахнете фоновия шум в Audacity
Съвет: Включете бутона за надписи, ако имате нужда от него. Изберете „автоматичен превод“ в бутона за настройки, ако не сте запознати с говоримия език. Може да се наложи първо да щракнете върху езика на видеоклипа, преди любимият ви език да стане достъпен за превод.
Могат ли тези шумове да бъдат полезни?
| Използвано в: | Описание: |
|---|---|
| Маскиране на звука: | На някои места, като офиси с отворен план или болници, може да е трудно да запазите поверителността си и хората да не ви безпокоят. Маскирането на звука е едно от решенията. Това е, когато нарочно се добавя фонов шум, за да затрудни чуването на разговори и други звуци. Например, машина за бял шум или генератор на естествен звук може да се използва за създаване на успокояващ фонов звук, който прикрива по-разсейващите звуци в околната среда. |
| Аудио воден знак: | Аудио водният знак е начин да се проследи откъде идва аудио сигналът или кой го притежава, като се добави уникален идентификатор или код към него. Един от начините да направите това е да добавите определен тип фонов шум към аудио сигнала, който хората не могат да чуят но това може да бъде уловено от софтуер или оборудване с правилния вид сензори. |
| Обработка на сигнала: | Някои задачи за обработка на сигнали, като разпознаване на реч или обработка на изображения, могат да бъдат направени по-точни чрез добавяне на малко количество фонов шум. Това е така, защото фоновият шум може да помогне за намаляване на ефектите от пренастройване или отклонение в системата и да я направи по-устойчива на промени във входа. |
| Аудио или музикална продукция: | Фоновият шум може да се използва по креативен начин за добавяне на текстура или атмосфера към песен или запис. Например звукът от дъжд или трафик може да се използва на фона на песен, за да се зададе определено настроение или сцена. |
| Тестване и оценяване: | По време на тестване и оценка, фоновият шум може понякога да бъде добавен нарочно към електронните системи, за да ги направи по-приличащи на реалния свят или да тества колко добре работят при стрес. Например, производител на автомобили може да тества електронната система на автомобил в различни видове фонов шум, за да сте сигурни, че работи добре във всички ситуации. |
Заключение
В крайна сметка фоновият шум е голям проблем в света на инженерството, който често се пренебрегва.
Както видяхме, това може да повлияе на качеството и надеждността на електронните системи и може да бъде трудно да се отървете напълно.
Но добрата новина е, че има много начини за намаляване на неговите ефекти, от прости като екраниране и заземяване до по-сложни като алгоритми за обработка на сигнали и активно шумопотискане.
Инженерите могат да направят електронни системи, които са силни, надеждни и ефективни, като знаят откъде идва фоновият шум и какво могат да направят, за да се отърват от него.
Така че следващия път, когато попаднете на шумна електронна система, не забравяйте, че фоновият шум не е просто дразнене; това също е инженерно предизвикателство, което се нуждае от творчески решения и техническо ноу-хау.
Сподели на…
