作为工科学生或工程师，您知道电子系统无处不在，从手机到汽车再到家中的电器。
但您可能不知道这些系统有一个隐藏的敌人，它会影响它们的工作效果和可靠性：背景噪音。
背景噪音，如电线的嗡嗡声或来自其他设备的干扰，会损害信号质量并使电子系统难以工作。
因此，重要的是要了解背景噪音以及如何有效地消除它。
在这篇博文中，我们将了解背景噪音，包括它的来源、作用以及如何阻止它弄乱电子设备。
了解电子系统中的背景噪声
正式定义：
电子或其他系统中始终存在的不需要的信号，与是否存在不需要的信号无关。
背景噪声是任何不需要或令人讨厌的能量，它们会妨碍通信信号。它可以来自风、雨、雪、温度、湿度和月球引力等自然事物。
它也可能来自人们制造的东西，如电子系统、功率谱密度、磁场、传输线、发电机、发电厂、计算机或手机。
背景噪声使人们更难沟通，从而影响电子系统中的信号质量。
噪声是通信信道中不需要的有用信息信号的错误或随机干扰。
S/N 或 SNR 代表信噪比。
信噪比（S/N 或 SNR）是一种比较有用信号强度与背景噪声强度的方法。就网络服务而言，较高的信噪比优于较低的信噪比。
例如，如果 Wi-Fi 信号的信噪比太低，就会损害网络性能，因为这会使设备更难从噪声中分辨出它们想要的信号。
这可能会导致数据包丢失和数据反复发送，从而降低吞吐量并增加延迟。
屏蔽和接地如何帮助减少背景噪音
屏蔽和接地可以通过为所有设备提供单点接地、防止接地环路、增加攻击者和受害者网络之间的距离、使用屏蔽电缆以及设置适当的接地系统来帮助降低电子系统中的背景噪声。屏蔽电缆可用于防止静电噪声进入导体，并将静电噪声保持在屏蔽层内。以正确的方式使用屏蔽电缆将有助于减少来自共模的静电噪声。
为了使 DAQ 系统具有较少的噪声问题，必须在设计和安装阶段进行接地和接地连接。
通过遵循这些最佳实践，您可以减少影响过程控制网络的信号噪声量并确保电子系统正常工作。
屏蔽可以通过在设备和干扰源之间放置一个导电屏障来帮助减少电磁干扰 (EMI) 和射频干扰 (RFI)。
释放背景噪音的力量：从滋扰到创意工具
还是很难理解？让我稍微改变一下观点：
您是否厌倦了设备上清晰的声音和轻松的连接？您想让您的电子系统使用起来更难、更令人沮丧吗？好吧，您所要做的就是聆听背景噪音！对就这样。
您可以让电子系统中始终存在的不需要的信号胡乱运行，从而将一个完美运行的系统变成一团糟。
不相信我们？坐下来，放轻松，让背景噪音发挥作用！
好吧，那只是一个看起来像电视广告的笑话。
现在让我们回到解释......
测量和量化背景噪声
背景噪声会影响电子系统。
这会降低信号质量并影响网络的运行状况。
测量和计算背景噪音非常重要，这样您才能更好地了解它如何影响您并想出消除它的方法。
测量背景噪声的方法
在电子系统中，有多种方法可以测量和计算背景噪声。
将已知噪声信号发送到感兴趣电路的噪声源是实现此目的的一种方法。
这使得测量电路中有多少随机噪声成为可能。
噪声系数也用在增益法中，这是另一种测量电路中背景噪声的方法。
电路的噪声系数是用增益法测量的。
噪声系数是电路添加到给定信号中的噪声量的量度。
频谱分析仪还可以测量输出端的噪声功率量。
该设备测量信号的功率谱，可用于查找噪声源并计算出它们的响度。
电噪声水平的测量单位
电噪声电平测量单位包括以瓦特或 dBm 为单位的电功率 N、以伏特为单位的均方根 (RMS) 电压、dBV 和以伏特平方为单位的均方误差 (MSE)。
声级计
声级计是以分贝 (dB) 为单位测量噪音量的工具。
这些设备有一个称为 A 加权的设置，可以改变读数以匹配人耳对不同频率的响应方式。
声级计通常用于测量环境的噪音大小，是制定有关噪音的规章制度的重要工具。
信噪比 (S/N)
信噪比 (S/N) 是一种比较有用信号强度与背景噪声强度的方法。
S/N 通常以分贝为单位测量，可以使用以 10 为底的对数来计算。
例如，如果以微伏为单位进行测量，则可以使用以下公式：S/N = 20 log10(Ps/Pn)，其中 Ps 是信号的功率，Pn 是背景噪声的功率。
电子系统中背景噪声的来源以及如何最小化或消除它们
噪声可能来自电子系统的内部和外部。来自放大器内部的噪声称为内部噪声。来自系统外部的噪声称为外部噪声。
通过电缆进入系统的传导噪声和通过空气或真空来自其他地方的辐射噪声都是外部噪声的类型。
设备中的电子电路如果制作不精良且无法阻挡来自内部和外部的足够噪声，也将更容易受到信号噪声的影响。
滤波和接地
减少或消除电子系统中背景噪音的一种方法是在噪音进入的电缆上放置滤波器。
为此，您可以在电缆上添加铁氧体夹具以使其更具电感性。
为使 DAQ 系统具有较少的噪声问题，它们的设计和安装必须采用适当的接地和接地连接。
设置接地层有助于降低噪声并确保系统中的所有电路都具有相同的参考电位，以便可以比较不同的信号。
减少带宽
降低系统带宽是减少信号噪声的另一种好方法。
这与缩短测量数字信号所需的时间相同。
如果放大器的带宽与其放大的信号相同，则与具有更高带宽的放大器相比，它会增加更少的外部噪声。
从音频或视频记录中去除背景噪声的技术以及防止背景噪声的最佳实践
去除背景噪音
有多种方法可以消除音频或视频录制背景中的噪音。
一种方法是使用过滤器，例如 TechSmith Camtasia 中的降噪音频效果或 Audacity 中的降噪效果，这涉及隔离剪辑并单击效果、降噪、获取噪声配置文件。
还有 Krisp、Wavosaur、Samson Sound Deck、Wavepad 和 NoiseGate 等软件工具可以下载并用于降低背景噪音。
防止背景噪音
有一些最佳实践可用于阻止记录背景噪音。
一种有效的方法是在安静的环境中进行录制。
这可以通过缩小主体和麦克风之间的空间以及增大麦克风和噪音之间的空间来实现。
如果可能，消除背景噪音源也很重要。
例如，您可以关闭附近的空调或搬到交通噪音较小的新地方。
使用定向麦克风还可以通过专注于声源并最大限度地减少来自其他方向的声音来帮助减少背景噪音。
挡风玻璃和麦克风增强/增益
在室外录音时，在麦克风上使用良好的防风罩是防止背景噪音干扰的另一种好方法。
根据用于录制声音的设备，改变麦克风的增强或增益级别也可以降低噪音。
行动计划
最后，重要的是要学习如何处理背景噪音，并制定计划以应对在录音或会议期间发生意外噪音时应采取的措施。
这有助于改善声音并使背景噪音不那么明显。
消除通信技术中的背景噪声
在线会议或视频通话期间，背景噪音可能是个大问题。
有几种方法可以消除计算机麦克风或耳机的背景噪音，这是个好消息。
使用内置降噪功能
许多形式的通信都具有内置的降噪功能，可以在有背景噪音的会议或通话中更容易听到。
例如，Microsoft Teams 的桌面应用程序和 iOS 应用程序都具有三级噪音抑制功能，以帮助与会者专注于任务。
使用第三方背景噪音消除应用程序
消除背景噪音的另一种方法是使用像 Krisp 这样的应用程序，它使用人工智能技术来消除背景噪音。
当与其他通讯工具一起使用时，这些应用程序可以改善通话的音质。
隔音房间或改变位置
您还可以通过对房间进行隔音或搬家来消除背景噪音。
在沟通过程中，简单的改变，比如关上门窗或搬到更安静的房间，都有助于减少噪音干扰。
调整麦克风和扬声器的位置
改变麦克风和扬声器的放置位置也有助于减少背景噪音。
如果您将麦克风靠近您的嘴巴，它可以在嘈杂的背景声音中拾取您的声音。
让扬声器远离麦克风可以减少反馈量和背景噪音。
使用 Neat 设备
Neat 设备通过为您的会议创建一个虚拟泡泡并在不影响参与者的情况下降低噪音，自动消除电话的背景噪音。
Neat 中的智能麦克风和扬声器条形技术有助于使音频声音清晰并减少背景噪音。
最大限度地减少日常环境中的背景噪音
背景噪音是家庭、学校、工作场所和公共场所的常见问题。
可以采取多种措施来减少或消除背景噪音。
日常环境中的背景噪音来源
日常生活中一些常见的背景噪音来源有：
- 纺织厂、工程厂、印刷机和金属工业等工业来源。
- 家里的电器发出响亮的鼓声或呼呼作响的风扇。
- 学校的噪音，例如教室、自助餐厅、走廊和操场。
- 重工业和制造业环境中的职业噪音，例如农场、自助餐厅或酒吧。
最小化背景噪音的策略
- 使用耳塞和屏障。
使用耳塞或降噪耳机来减少或消除背景噪音。
这些可以在工作或睡觉时佩戴，以减少环境噪音。
墙壁、门和窗户也可以用来减少振动和响亮的声波。
- 使用更安静的电器。
在家里，应该用更安静的设备来代替翻滚的鼓声或呼呼的风扇等响亮的设备。
这可以大大减少家里的噪音。
- 使用白/粉红噪声机。
白噪声机也可用于掩盖背景噪音，因为它们发出稳定的声音有助于淹没其他声音。
但白噪音机器可能不是在所有情况下都是最佳选择，因为它们也会增加噪音水平。
- 声学处理。
使用面板或瓷砖等材料吸收声波并减少混响时间称为声学处理。
这在教室和其他学习场所特别有用，因为背景噪音可能会分散注意力。
- 工程修改。
在噪音太大的工作场所，雇主应该弄清楚哪些区域或任务会产生太多噪音，并采取措施减少噪音。
这可能意味着使用工程学来改变噪声源或工作环境。
例子包括：
- 在墙壁、地板和天花板上使用吸音材料。
- 封闭或隔离嘈杂的设备。
- 安装屏障或声幕以阻挡或吸收噪音。
- 个人保护设备。
当技术不足以解决问题时，还应为人们提供耳塞或耳罩等个人防护装备。
总的来说，有很多方法可以减少或消除背景噪音。
这些措施可能包括改变噪音源、使用个人防护装备、重新布置家具、使用隔音板、植树、使用白噪声/粉红噪音机器，或者用更安静的设备替换大声的设备。
消除电子系统中的背景噪声
主动降噪 (ANC)
主动噪声控制 (ANC) 技术在商业领域用于降低电子系统中的背景噪声。
ANC 技术的工作原理是记录背景噪声，将噪声信号反相以进行“抗噪声”，然后将其添加到输出信号中。
ANC 可以通过模拟电路或通过处理数字信号来完成。
数字降噪 (DNR)
数字降噪 (DNR) 方案旨在降低助听器在有噪音时发出的声音量。
DNR 算法查看背景噪声的波形，并生成一个信号，该信号要么改变该频率的相位，要么实时使其变弱。
数字主动降噪 (ANC) 技术可消除>40dB 的背景噪音，这是市场上最好的。
高级算法
高级噪声抑制可以在高级算法的帮助下完成。
双全向麦克风或四全向麦克风用于从环境中拾取声音信号。
这些音频信号被发送到数字信号处理器 (DSP)，该处理器使用算法来帮助分离和消除背景噪音。
使用更先进的算法，这可能包括隔离和放大语音，这样无论声音有多大，您都可以清楚地听到和被听到。
主动降噪、数字降噪和高级算法都是工业上用于降低电子系统背景噪声的先进方法。
你可以用模拟电路或数字信号处理来完成这些事情，你可以使用两个或四个全向麦克风来从环境中拾取声音。
最后，高级噪声抑制有助于分离和阻挡背景噪声，从而使语音更清晰并减少不需要的声音。
如何消除 Audacity 中的背景噪音
提示：如果需要，请打开字幕按钮。如果您不熟悉口语，请在设置按钮中选择“自动翻译”。在您最喜欢的语言可供翻译之前，您可能需要先点击视频的语言。
这些噪音有用吗？
| 用于： | 描述： |
|---|---|
| 声音掩蔽： | 在某些地方，例如开放式办公室或医院，可能很难保护您的隐私并防止人们打扰您。声音掩蔽是一种解决方案。这是在故意添加背景噪音以使其更难听到对话和其他声音。例如，可以使用白噪声机或自然发声器来创建舒缓的背景声音，以掩盖环境中更分散注意力的声音。 |
| 音频水印： | 音频水印是一种通过向其添加唯一标识符或代码来跟踪音频信号来自何处或谁拥有它的方法。实现此目的的一种方法是在音频信号中添加人类听不到的某种类型的背景噪声但这可以通过带有合适传感器的软件或设备来获取。 |
| 信号处理： | 一些信号处理任务，例如语音识别或图像处理，可以通过添加少量背景噪声来提高准确性。这是因为背景噪声可以帮助减少系统中过拟合或偏差的影响，使其更能抵抗输入的变化。 |
| 音频或音乐制作： | 可以创造性地使用背景噪音来为歌曲或录音添加质感或氛围。例如，可以在歌曲的背景中使用雨声或交通声来设置特定的情绪或场景。 |
| 测试与判断： | 在测试和评估过程中，有时会故意将背景噪声添加到电子系统中，以使它们更接近真实世界或测试它们在压力下的工作情况。例如，汽车制造商可能会在不同的环境中测试汽车的电子系统各种背景噪音，以确保它在所有情况下都能正常工作。 |
结论
最后，背景噪音是工程领域中经常被忽视的一个大问题。
正如我们所见，它会影响电子系统的质量和可靠性，并且很难完全消除。
但好消息是，有很多方法可以减少其影响，从屏蔽和接地等简单方法到信号处理算法和主动降噪等更复杂的方法。
工程师可以通过了解背景噪声的来源以及如何消除这些噪声来制造强大、可靠和高效的电子系统。
所以，下次您遇到嘈杂的电子系统时，请记住背景噪音不仅仅是一种烦恼；这也是一项工程挑战，需要创造性的解决方案和技术诀窍。
分享…
