Jako student nebo inženýr inženýrství víte, že elektronické systémy jsou všude, od telefonu přes auto až po spotřebiče ve vaší domácnosti.
Možná však nevíte, že tyto systémy mají skrytého nepřítele, který může ovlivnit, jak dobře fungují a jak jsou spolehlivé: hluk na pozadí.
Šum na pozadí, jako je hučení elektrických vodičů nebo rušení z jiných zařízení, může zhoršit kvalitu signálů a ztížit fungování elektronických systémů.
Z tohoto důvodu je důležité vědět hodně o hluku na pozadí a jak se ho efektivně zbavit.
V tomto příspěvku na blogu se dozvíme o hluku na pozadí, včetně toho, odkud pochází, co dělá a jak mu zabránit, aby neničil elektroniku.
Pochopení šumu na pozadí v elektronických systémech
Formální definice:
Nežádoucí signály, které jsou vždy přítomny v elektronickém nebo jiném systému, nezávisle na tom, zda je či není přítomen nežádoucí signál.
Hluk na pozadí je jakákoli energie, která je nežádoucí nebo obtěžující a překáží komunikačnímu signálu. Může pocházet z přírodních věcí, jako je vítr, déšť, sníh, teplota, vlhkost a gravitační přitažlivost Měsíce.
Může také pocházet z věcí, které lidé vyrobili, jako jsou elektronické systémy, spektrální hustota energie, magnetická pole, přenosová vedení, generátory, elektrárny, počítače nebo mobilní telefony.
Šum na pozadí ovlivňuje kvalitu signálů v elektronických systémech tím, že lidem ztěžuje komunikaci.
Šum je chyba nebo náhodné narušení užitečného informačního signálu v komunikačním kanálu, které není žádoucí.
S/N nebo SNR znamená poměr signálu k šumu.
Poměr signálu k šumu (S/N nebo SNR) je způsob, jak porovnat sílu požadovaného signálu se silou šumu na pozadí. Pokud jde o síťové služby, vyšší poměr S/N je lepší než nižší.
Pokud je například poměr S/N signálů Wi-Fi příliš nízký, může to poškodit výkon sítě, protože je pro zařízení obtížnější rozpoznat požadovaný signál od šumu.
To může způsobit zahazování paketů a odesílání dat znovu a znovu, což snižuje propustnost a zvyšuje latenci.
Jak stínění a uzemnění pomáhají snížit hluk na pozadí
Stínění a uzemnění může pomoci snížit šum na pozadí v elektronických systémech tím, že všem zařízením poskytne jeden bod uzemnění, zabrání zemním smyčkám, zvýší vzdálenost mezi sítěmi agresora a oběti, použije stíněné kabely a nastaví správný systém uzemnění.Stíněné kabely lze použít k zabránění pronikání elektrostatického šumu do vodičů ak udržení elektrostatického šumu uvnitř stínění. Použití stíněných kabelů správným způsobem pomůže snížit elektrostatický šum, který pochází z běžného režimu.
Aby měl DAQ systém méně problémů s hlukem, musí být uzemnění a uzemnění provedeno během fáze návrhu a instalace.
Dodržováním těchto osvědčených postupů můžete snížit množství signálového šumu, který ovlivňuje sítě řízení procesů, a zajistit, aby elektronické systémy fungovaly správně.
Stínění může pomoci snížit elektromagnetické rušení (EMI) a vysokofrekvenční rušení (RFI) tím, že mezi zařízení a zdroj rušení umístí vodivou bariéru.
Odemknutí síly hluku na pozadí: Od obtěžování po kreativní nástroj
Stále těžké pochopit? Dovolím si trochu změnit úhel pohledu:
Už vás nebaví mít křišťálově čistý zvuk a snadné připojení na vašich zařízeních? Chcete, aby používání vašich elektronických systémů bylo obtížnější a více frustrující? No, vše, co musíte udělat, je poslouchat hluk v pozadí! Ano, to je správně.
Dokonale fungující systém můžete proměnit v chaotický nepořádek tím, že necháte nechtěné signály, které jsou vždy přítomné v elektronických systémech, řádit.
nevěříte nám? Jen se pohodlně usaďte, uvolněte se a nechte hluk v pozadí udělat svou věc!
Dobře, to byl jen vtip, který vypadal jako televizní reklama.
Nyní se vraťme k vysvětlení...
Měření a kvantifikace šumu pozadí
Hluk na pozadí může ovlivnit elektronické systémy.
To může snížit kvalitu signálů a ovlivnit, jak dobře síť funguje.
Je důležité měřit a počítat hluk na pozadí, abyste lépe pochopili, jak na vás působí, a přišli na způsoby, jak se ho zbavit.
Metody pro měření hluku pozadí
V elektronických systémech existuje několik způsobů, jak měřit a počítat šum pozadí.
Zdroj šumu, který vysílá známý šumový signál do zájmového obvodu, je jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout.
To umožňuje měřit, kolik náhodného šumu je v obvodu.
Šumový faktor se také používá v metodě zesílení, což je další způsob měření šumu pozadí v obvodu.
Šumové číslo obvodu se měří metodou zesílení.
Šumové číslo je mírou toho, kolik šumu obvod přidává k signálu, který je dán.
Spektrální analyzátor může také měřit množství šumového výkonu na výstupu.
Toto zařízení měří výkonové spektrum signálu a lze jej použít k vyhledání zdrojů hluku a zjištění, jak jsou hlasité.
Jednotky měření úrovně elektrického hluku
Jednotky měření úrovně elektrického hluku zahrnují elektrický výkon N ve wattech nebo dBm, střední kvadraturu napětí (RMS) ve voltech, dBV a střední kvadraturu chyby (MSE) ve voltech na druhou.
Zvukoměry
Zvukoměry jsou nástroje, které měří množství hluku v decibelech (dB).
Tato zařízení mají nastavení zvané A-weighting, které mění naměřené hodnoty tak, aby odpovídaly způsobu, jakým lidské ucho reaguje na různé frekvence.
Zvukoměry se často používají k měření hlučnosti prostředí a jsou důležitým nástrojem pro stanovení pravidel a předpisů o hluku.
Poměr signálu k šumu (S/N)
Poměr signálu k šumu (S/N) je způsob, jak porovnat sílu požadovaného signálu se silou šumu na pozadí.
S/N se obvykle měří v decibelech a k jeho určení lze použít logaritmus se základem 10.
Pokud například měříte v mikrovoltech, můžete použít tento vzorec: S/N = 20 log10(Ps/Pn), kde Ps je síla signálu a Pn je síla šumu na pozadí.
Zdroje hluku na pozadí v elektronických systémech a jak je minimalizovat nebo odstranit
Hluk může pocházet zevnitř i zvenčí elektronických systémů. Hluk, který vychází zevnitř zesilovače, se nazývá vnitřní šum. Hluk, který přichází z vnějšku systému, se nazývá vnější hluk.
Vodivý hluk, který přichází do systému prostřednictvím kabelů, a vyzařovaný hluk, který přichází odjinud vzduchem nebo vakuem, jsou oba typy vnějšího hluku.
Elektronické obvody v zařízeních, které nejsou dobře vyrobené a dostatečně neblokují hluk zevnitř i zvenčí, budou také náchylnější k šumu signálu.
Filtrování a uzemnění
Jedním ze způsobů, jak snížit nebo se zbavit šumu na pozadí v elektronických systémech, je umístit filtry na kabely, kde hluk přichází.
Chcete-li to provést, můžete ke kabelu přidat feritové svorky, aby byl více indukční.
Aby systémy DAQ měly méně problémů s hlukem, musí být navrženy a instalovány se správným uzemněním a uzemněním.
Nastavení zemní plochy může pomoci snížit šum a zajistit, aby všechny obvody v systému měly stejný referenční potenciál, aby bylo možné porovnávat různé signály.
Snížení šířky pásma
Snížení šířky pásma systému je dalším dobrým způsobem, jak snížit šum signálu.
To je stejné jako zkrácení doby potřebné k měření digitálního signálu.
Pokud má zesilovač stejnou šířku pásma jako signál, který zesiluje, přidá méně vnějšího šumu než zesilovač s větší šířkou pásma.
Techniky pro odstranění hluku na pozadí ze zvukových nebo video nahrávek a osvědčené postupy pro předcházení hluku na pozadí
Odstranění šumu na pozadí
Existují různé způsoby, jak se zbavit šumu na pozadí audio nebo video nahrávek.
Jedním ze způsobů je použití filtru, jako je zvukový efekt Noise Reduction v TechSmith Camtasia nebo efekt redukce šumu v Audacity, který zahrnuje izolaci klipu a klepnutí na Effect, Noise Reduction, Get Noise Profile.
Existují také softwarové nástroje jako Krisp, Wavosaur, Samson Sound Deck, Wavepad a NoiseGate, které lze stáhnout a použít ke snížení hluku na pozadí.
Prevence hluku na pozadí
Existuje několik osvědčených postupů, které lze použít k zastavení záznamu hluku na pozadí.
Jedním z účinných přístupů je nahrávání v tichém prostředí.
Toho lze dosáhnout zmenšením prostoru mezi objektem a mikrofonem a zvětšením prostoru mezi mikrofonem a hlukem.
Je-li to možné, je také důležité zbavit se zdrojů hluku na pozadí.
Můžete například vypnout okolní klimatizaci nebo se přestěhovat na nové místo s menším hlukem z dopravy.
Použití směrových mikrofonů může také pomoci snížit hluk na pozadí tím, že se zaměří na zdroj zvuku a minimalizuje zvuky z jiných směrů.
Čelní skla a zesílení/zisk mikrofonu
Použití dobrých protivětrných skel na mikrofonech při nahrávání venku je dalším dobrým způsobem, jak zabránit hluku v pozadí.
V závislosti na zařízení použitém k záznamu zvuků může změna úrovně zesílení nebo zesílení mikrofonu také snížit šum.
Akční plán
Nakonec je důležité naučit se zacházet se zvuky na pozadí a vytvořit plán, co dělat, když se během nahrávek nebo schůzek vyskytnou neočekávané zvuky.
To může pomoci zlepšit zvuk a snížit hluk na pozadí.
Eliminace hluku na pozadí v komunikačních technologiích
Velkým problémem při online schůzkách nebo videohovorech může být hluk na pozadí.
Existuje několik způsobů, jak se zbavit hluku na pozadí z počítačových mikrofonů nebo náhlavních souprav, což je dobrá zpráva.
Používání vestavěných funkcí potlačení hluku
Mnoho forem komunikace má vestavěné funkce pro potlačení hluku, které usnadňují slyšení během schůzek nebo hovorů, když je na pozadí hluk.
Například desktopová aplikace Microsoft Teams a aplikace pro iOS mají tři úrovně potlačení hluku, které pomáhají účastníkům schůzky udržet se v úkolu.
Používání aplikací třetích stran pro odstranění hluku na pozadí
Dalším způsobem, jak se zbavit hluku na pozadí, je použití aplikací jako Krisp, které využívají technologii AI k potlačení hluku na pozadí.
Při použití s jinými komunikačními nástroji mohou tyto aplikace zlepšit kvalitu zvuku hovorů.
Zvuková izolace pokoje nebo změna umístění
Hluku na pozadí se můžete zbavit také odhlučněním pokoje nebo přestěhováním.
Během komunikačních relací mohou jednoduché změny, jako je zavření dveří a oken nebo přesun do tišší místnosti, pomoci snížit rušení.
Úprava umístění mikrofonu a reproduktorů
Změna umístění mikrofonu a reproduktorů může také pomoci snížit hluk na pozadí.
Pokud si mikrofon přiložíte blíže k ústům, může zachytit váš hlas přes hlučné zvuky v pozadí.
Umístěním reproduktorů mimo mikrofon můžete snížit množství zpětné vazby a hluku na pozadí.
Použití Neat Devices
Elegantní zařízení automaticky eliminují hluk na pozadí pro telefonní hovory vytvořením virtuální bubliny pro vaši schůzku a snížením hluku bez tlumení účastníků.
Technologie chytrého mikrofonu a reproduktorové lišty v Neat pomáhá křišťálově čistému zvuku a snižuje hluk na pozadí.
Minimalizace hluku na pozadí v každodenním prostředí
Hluk v pozadí je běžným problémem v domácnostech, školách, na pracovištích a na veřejných místech.
Existuje řada věcí, které lze udělat pro snížení nebo odstranění šumu na pozadí.
Zdroje hluku na pozadí v každodenním prostředí
Některé běžné zdroje hluku na pozadí v každodenním životě jsou:
- Průmyslové zdroje jako textilní továrny, strojírenské závody, tiskárny a kovoprůmysl.
- Hlasité spotřebiče s bubnujícími bubny nebo vrčícími ventilátory v domácnostech.
- Hluk ve školách, například ve třídách, jídelnách, chodbách a na hřištích.
- Hluk z povolání v těžkých průmyslových a výrobních prostředích, jako jsou farmy, bufety nebo bary.
Strategie pro minimalizaci hluku na pozadí
- Použití špuntů do uší a zábran.
Použijte špunty do uší nebo sluchátka s potlačením hluku, abyste snížili nebo odstranili hluk na pozadí.
Lze je nosit v práci nebo při spánku, aby se snížilo množství hluku z okolí.
Stěny, dveře a okna lze také použít ke snížení vibrací a hlasitých zvukových vln.
- Použití tišších spotřebičů.
V domácnostech by měly být hlasité spotřebiče, jako jsou bubnové bubny nebo víření ventilátorů, nahrazeny tiššími.
To může výrazně snížit hluk v domácnosti.
- Použití strojů s bílým/růžovým šumem.
Zařízení s bílým šumem lze také použít k zakrytí hluku na pozadí, protože vydávají stabilní zvuk, který pomáhá přehlušit ostatní zvuky.
Ale stroje s bílým šumem nemusí být nejlepší volbou ve všech situacích, protože mohou také zvýšit hladinu hluku.
- Akustické ošetření.
Použití materiálů, jako jsou panely nebo dlaždice k pohlcování zvukových vln a zkrácení doby dozvuku, se nazývá akustická úprava.
To může být užitečné zejména ve třídách a na dalších místech, kde probíhá učení, kde hluk v pozadí může rušit pozornost.
- Technické úpravy.
Na pracovištích, kde je příliš mnoho hluku, by zaměstnavatelé měli zjistit, které oblasti nebo úkoly způsobují příliš mnoho hluku, a podniknout kroky k jeho snížení.
To by mohlo znamenat provedení změn zdroje hluku nebo prostředí na pracovišti pomocí inženýrství.
Příklady:
- Použití materiálů pohlcujících zvuk ve stěnách, podlahách a stropech.
- Uzavření nebo izolace hlučného zařízení.
- Instalace bariér nebo zvukových clon k blokování nebo pohlcování hluku.
- Osobní ochranné prostředky.
Když technologie k vyřešení problému nestačí, měli by lidé dostat také osobní ochranné pomůcky, jako jsou špunty do uší nebo chrániče sluchu.
Celkově existuje řada způsobů, jak snížit nebo se zbavit hluku na pozadí.
Mezi ně může patřit provádění změn zdroje hluku, používání osobních ochranných prostředků, přeskupování nábytku, používání akustických panelů, výsadba stromů, používání strojů s bílým/růžovým hlukem nebo výměna hlasitých spotřebičů za tišší.
Eliminace šumu na pozadí v elektronických systémech
Aktivní potlačení hluku (ANC)
Technologie Active Noise Control (ANC) se používá v obchodním světě ke snížení hluku na pozadí v elektronických systémech.
Technologie ANC funguje tak, že zaznamenává šum na pozadí, invertuje šumový signál, aby vytvořil „antišum“, a poté jej přidá k výstupnímu signálu.
ANC lze provést buď pomocí analogových obvodů, nebo zpracováním digitálních signálů.
Digitální redukce šumu (DNR)
Schémata digitální redukce šumu (DNR) jsou navržena tak, aby snížila množství zvuku, který sluchadla vydávají při hluku.
Algoritmy DNR sledují tvar vlny šumu na pozadí a vytvářejí signál, který buď mění fázi této frekvence, nebo ji v reálném čase zeslabuje.
Technologie Digital Active Noise Cancellation (ANC) ruší hluk na pozadí o>40 dB, což je to nejlepší na trhu.
Pokročilé algoritmy
Pokročilé potlačení hluku lze provést pomocí pokročilých algoritmů.
Duální všesměrové mikrofony nebo čtyřsměrové všesměrové mikrofony slouží ke snímání zvukových signálů z okolí.
Tyto audio signály jsou odesílány do digitálního signálového procesoru (DSP), který používá algoritmy, které pomáhají oddělit a zbavit se šumu na pozadí.
S pokročilejšími algoritmy by to mohlo zahrnovat izolování a zesilování řeči, takže můžete slyšet a být slyšet jasně bez ohledu na to, jak je hlasitý.
Aktivní potlačení šumu, digitální redukce šumu a pokročilé algoritmy jsou pokročilé metody používané v průmyslu ke snížení hluku na pozadí v elektronických systémech.
Tyto věci můžete provádět pomocí analogových obvodů nebo digitálního zpracování signálu a můžete použít dva nebo čtyři všesměrové mikrofony pro zachycení zvuků z prostředí.
Pokročilé potlačení hluku nakonec pomáhá oddělit a blokovat hluk na pozadí, což činí řeč jasnější a snižuje nežádoucí zvuky.
Jak odstranit hluk na pozadí v Audacity
Tip: Pokud potřebujete, zapněte tlačítko titulků. Pokud nejste obeznámeni s mluveným jazykem, vyberte v tlačítku nastavení „automatický překlad“. Než bude váš oblíbený jazyk dostupný pro překlad, možná budete muset nejprve kliknout na jazyk videa.
Mohou být tyto zvuky užitečné?
| Použito v: | Popis: |
|---|---|
| Maskování zvuku: | Na některých místech, jako jsou velkoprostorové kanceláře nebo nemocnice, může být těžké zachovat si soukromí a zabránit lidem, aby vás obtěžovali. Jedním z řešení je maskování zvuku. V tomto případě se záměrně přidává hluk na pozadí, aby bylo obtížnější slyšet konverzace a jiné zvuky. Například stroj s bílým šumem nebo generátor přirozeného zvuku lze použít k vytvoření uklidňujícího zvuku na pozadí, který překryje rušivější zvuky v okolí. |
| Zvukový vodoznak: | Zvukový vodoznak je způsob, jak sledovat, odkud zvukový signál pochází nebo kdo jej vlastní, přidáním jedinečného identifikátoru nebo kódu. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je přidat do zvukového signálu určitý typ šumu na pozadí, který lidé neslyší. Ale to může být zachyceno softwarem nebo zařízením se správným druhem senzorů. |
| Zpracování signálu: | Některé úlohy zpracování signálu, jako je rozpoznávání řeči nebo zpracování obrazu, lze zpřesnit přidáním malého množství šumu na pozadí. Je to proto, že šum na pozadí může pomoci snížit účinky nadměrného přizpůsobení nebo zkreslení v systému a učinit jej odolnějším vůči změny na vstupu. |
| Zvuková nebo hudební produkce: | Hluk na pozadí lze použít kreativním způsobem k přidání textury nebo atmosféry do skladby nebo nahrávky. Například zvuk deště nebo dopravy lze použít na pozadí skladby k nastavení určité nálady nebo scény. |
| Testování a posuzování: | Během testování a hodnocení může být někdy k elektronickým systémům záměrně přidán hluk na pozadí, aby se více podobaly skutečnému světu nebo aby se otestovalo, jak dobře fungují při zátěži. Například výrobce automobilů může otestovat elektronický systém automobilu v různých druhy šumu na pozadí, aby bylo zajištěno, že bude fungovat dobře ve všech situacích. |
Závěr
Hluk na pozadí je nakonec ve světě inženýrství velkým problémem, který je často přehlížen.
Jak jsme viděli, může to ovlivnit kvalitu a spolehlivost elektronických systémů a může být těžké se toho úplně zbavit.
Dobrou zprávou však je, že existuje mnoho způsobů, jak omezit jeho účinky, od jednoduchých, jako je stínění a uzemnění, až po složitější, jako jsou algoritmy zpracování signálu a aktivní potlačení hluku.
Inženýři mohou vyrábět elektronické systémy, které jsou silné, spolehlivé a účinné, protože vědí, odkud hluk na pozadí pochází a co mohou udělat, aby se ho zbavili.
Takže až příště narazíte na hlučný elektronický systém, pamatujte, že hluk na pozadí není jen obtěžující; je to také inženýrská výzva, která vyžaduje kreativní řešení a technické know-how.
Sdílet na…
