Introduktion Til Baggrundsstøj I Teknik

Som ingeniørstuderende eller ingeniør ved du, at elektroniske systemer er overalt, lige fra din telefon til din bil til apparaterne i dit hjem.

Men du ved måske ikke, at disse systemer har en skjult fjende, der kan påvirke, hvor godt de fungerer, og hvor pålidelige de er: baggrundsstøj.

Baggrundsstøj, som brummen fra elektriske ledninger eller interferens fra andre enheder, kan skade kvaliteten af ​​signaler og gøre det svært for elektroniske systemer at fungere.

På grund af dette er det vigtigt at vide meget om baggrundsstøj, og hvordan man kan slippe af med det effektivt.

I dette blogindlæg lærer vi om baggrundsstøj, herunder hvor den kommer fra, hvad den gør, og hvordan man forhindrer den i at ødelægge elektronik.

Forstå baggrundsstøj i elektroniske systemer

Formel definition:

De uønskede signaler, der altid er til stede i et elektronisk eller andet system, uafhængigt af om det uønskede signal er til stede eller ej.

Baggrundsstøj er enhver energi, der er uønsket eller generende og kommer i vejen for et kommunikationssignal. Det kan komme fra naturlige ting som vind, regn, sne, temperatur, luftfugtighed og månens tyngdekraft.

Det kan også komme fra ting, som folk har lavet, såsom elektroniske systemer, effektspektraltæthed, magnetiske felter, transmissionsledninger, generatorer, kraftværker, computere eller mobiltelefoner.

Baggrundsstøj påvirker kvaliteten af ​​signaler i elektroniske systemer ved at gøre det sværere for folk at kommunikere.

Støj er en fejl eller tilfældig forstyrrelse af et nyttigt informationssignal i en kommunikationskanal, som ikke er ønsket.

S/N eller SNR står for signal-til-støj-forhold.

Signal-til-støj-forholdet (S/N eller SNR) er en måde at sammenligne styrken af ​​et ønsket signal med styrken af ​​baggrundsstøj. Når det kommer til netværkstjenester, er et højere S/N-forhold bedre end et lavere.

Hvis S/N-forholdet for Wi-Fi-signaler for eksempel er for lavt, kan det skade netværkets ydeevne, fordi det gør det sværere for enheder at fortælle det signal, de ønsker, fra støjen.

Dette kan forårsage, at pakker droppes og data sendes igen og igen, hvilket sænker gennemløbet og øger latenstiden.

Hvordan afskærmning og jordforbindelse hjælper med at reducere baggrundsstøjen

Afskærmning og jording kan hjælpe med at reducere baggrundsstøj i elektroniske systemer ved at give alle enheder et enkelt jordingspunkt, forhindre jordsløjfer, øge afstanden mellem angriberens og ofrets net, bruge afskærmede kabler og opsætte et ordentligt jordingssystem.

Afskærmede kabler kan bruges til at forhindre elektrostatisk støj i at komme ind i lederne og til at holde elektrostatisk støj inde i skærmen. Brug af skærmede kabler på den rigtige måde vil hjælpe med at reducere den elektrostatiske støj, der kommer fra common mode.

For at DAQ-systemet skal have færre støjproblemer, skal jordforbindelse og jordforbindelse udføres under design- og installationsfaserne.

Ved at følge disse bedste fremgangsmåder kan du reducere mængden af ​​signalstøj, der påvirker proceskontrolnetværk, og sikre dig, at elektroniske systemer fungerer korrekt.

Afskærmning kan hjælpe med at reducere elektromagnetisk interferens (EMI) og radiofrekvensinterferens (RFI) ved at placere en ledende barriere mellem enheden og kilden til interferens.

Frigør kraften i baggrundsstøj: Fra gener til kreativt værktøj

Stadig svært at forstå? Lad mig ændre synspunktet lidt:

Er du træt af at have krystalklar lyd og nemme forbindelser på dine enheder? Vil du gøre dine elektroniske systemer sværere og mere frustrerende at bruge? Alt du skal gøre er at lytte til baggrundsstøjen! Ja det er rigtigt.

Du kan gøre et perfekt fungerende system til et kaotisk rod ved at lade de uønskede signaler, der altid er til stede i elektroniske systemer, løbe amok.

Tror du os ikke? Bare læn dig tilbage, tag det roligt, og lad støjen i baggrunden gøre sit!

Okay, det var bare en joke lavet til at ligne en tv-reklame.

Lad os nu gå tilbage til forklaringen...

Måling og kvantificering af baggrundsstøj

Baggrundsstøj kan påvirke elektroniske systemer.

Dette kan sænke kvaliteten af ​​signaler og påvirke, hvor godt et netværk fungerer.

Det er vigtigt at måle og tælle baggrundsstøj, så du bedre kan forstå, hvordan den påvirker dig og finde på måder at slippe af med den.

Metoder til måling af baggrundsstøj

I elektroniske systemer er der flere måder at måle og tælle baggrundsstøj på.

En støjkilde, der sender et kendt støjsignal ind i kredsløbet af interesse, er en måde at gøre dette på.

Dette gør det muligt at måle, hvor meget tilfældig støj, der er i et kredsløb.

Støjfaktoren bruges også i gain-metoden, som er en anden måde at måle baggrundsstøj på i et kredsløb.

Støjtallet for et kredsløb måles ved forstærkningsmetoden.

Støjtallet er et mål for, hvor meget støj kredsløbet tilføjer til det signal, det får.

En spektrumanalysator kan også måle mængden af ​​støjeffekt ved udgangen.

Denne enhed måler et signals effektspektrum og kan bruges til at finde støjkilder og finde ud af, hvor høje de er.

Måleenheder for elektriske støjniveauer

Måleenheder for elektrisk støjniveau inkluderer elektrisk effekt N i watt eller dBm, RMS-spænding i volt, dBV og gennemsnitlig kvadratfejl (MSE) i kvadratisk volt.

Lydniveaumålere

Lydniveaumålere er værktøjer, der måler mængden af ​​støj i decibel (dB).

Disse enheder har en indstilling kaldet A-vægtning, der ændrer aflæsningerne, så de passer til den måde, det menneskelige øre reagerer på forskellige frekvenser.

Lydniveaumålere bruges ofte til at måle, hvor højt miljøet er, og de er et vigtigt værktøj til at fastsætte regler og regler om støj.

Signal-til-støj-forhold (S/N)

Signal-til-støj-forhold (S/N) er en måde at sammenligne styrken af ​​et ønsket signal med styrken af ​​støj i baggrunden.

S/N måles normalt i decibel, og en base-10 logaritme kan bruges til at finde ud af det.

Hvis du for eksempel måler i mikrovolt, kan du bruge denne formel: S/N = 20 log10(Ps/Pn), hvor Ps er effekten af ​​signalet og Pn er effekten af ​​støjen i baggrunden.

Kilder til baggrundsstøj i elektroniske systemer og hvordan man minimerer eller eliminerer dem

Støj kan komme både indefra og udefra af elektroniske systemer. Støj, der kommer inde fra forstærkeren, kaldes intern støj. Støj, der kommer udefra, kaldes ekstern støj.

Ledende støj, som kommer ind i systemet gennem kabler, og udstrålet støj, som kommer fra et andet sted gennem luften eller vakuum, er begge typer ekstern støj.

Elektroniske kredsløb i enheder, der ikke er vellavede og ikke blokerer nok støj både indefra og udefra, vil også være mere modtagelige for signalstøj.

Filtrering og jording

En måde at skære ned på eller slippe af med baggrundsstøj i elektroniske systemer er at sætte filtre på kablerne, hvor støjen kommer ind.

For at gøre dette kan du tilføje ferritklemmer til et kabel for at gøre det mere induktivt.

For at DAQ-systemer skal have færre støjproblemer, skal de designes og installeres med korrekt jordforbindelse og jordforbindelse.

Opsætning af et jordplan kan hjælpe med at reducere støjen og sikre, at alle kredsløb i et system har det samme referencepotentiale, så forskellige signaler kan sammenlignes.

Reduktion af båndbredde

Reduktion af systemets båndbredde er en anden god måde at skære ned på signalstøjen.

Dette er det samme som at forkorte den tid, det tager at måle et digitalt signal.

Hvis en forstærker har samme båndbredde som det signal, den forstærker, vil den tilføje mindre støj udefra end en med en højere båndbredde.

Teknikker til fjernelse af baggrundsstøj fra lyd- eller videooptagelser og bedste praksis til at forhindre baggrundsstøj

Fjernelse af baggrundsstøj

Der er forskellige måder at slippe af med støj i baggrunden på lyd- eller videooptagelser.

En måde er at bruge et filter, såsom Noise Reduction-lydeffekten i TechSmith Camtasia eller støjreduktionseffekten i Audacity, som involverer at isolere klippet og klikke på Effect, Noise Reduction, Get Noise Profile.

Der er også softwareværktøjer som Krisp, Wavosaur, Samson Sound Deck, Wavepad og NoiseGate, der kan downloades og bruges til at skære ned på baggrundsstøj.

Forebyggelse af baggrundsstøj

Der er et par bedste fremgangsmåder, der kan bruges til at stoppe baggrundsstøj i at blive optaget.

En effektiv tilgang er at optage i rolige omgivelser.

Dette kan gøres ved at gøre mellemrummet mellem motivet og mikrofonen mindre og mellemrummet mellem mikrofonen og støjen større.

Når det er muligt, er det også vigtigt at slippe af med kilder til baggrundsstøj.

For eksempel kan du slukke for klimaanlæg i nærheden eller flytte til et nyt sted med mindre trafikstøj.

Brug af retningsbestemte mikrofoner kan også hjælpe med at reducere baggrundsstøj ved at fokusere på lydkilden og minimere lyde fra andre retninger.

Forruder og mikrofon Boost/Gain

Brug af gode forruder på mikrofoner, når du optager udenfor, er en anden god måde at forhindre, at baggrundsstøj kommer i vejen.

Afhængigt af den enhed, der bruges til at optage lyde, kan ændring af niveauet af mikrofonens boost eller forstærkning også reducere støj.

Handlingsplan

Til sidst er det vigtigt at lære at håndtere baggrundsstøj og lægge en plan for, hvad man skal gøre, hvis der opstår uventede lyde under optagelser eller møder.

Dette kan hjælpe med at forbedre lyden og gøre baggrundsstøj mindre mærkbar.

Eliminering af baggrundsstøj i kommunikationsteknologier

Støj i baggrunden kan være et stort problem under onlinemøder eller videoopkald.

Der er et par måder at slippe af med baggrundsstøj fra computermikrofoner eller headset, hvilket er gode nyheder.

Brug af indbyggede støjreducerende funktioner

Mange kommunikationsformer har indbyggede støjreducerende funktioner, der gør det nemmere at høre under møder eller opkald, når der er baggrundsstøj.

For eksempel har Microsoft Teams' desktop-app og iOS-app begge tre niveauer af støjdæmpning for at hjælpe mødedeltagere med at forblive på opgaven.

Brug af tredjeparts apps til fjernelse af baggrundsstøj

En anden måde at slippe af med baggrundsstøj på er at bruge apps som Krisp, som bruger AI-drevet teknologi til at fjerne støj i baggrunden.

Når de bruges sammen med andre kommunikationsværktøjer, kan disse apps forbedre lydkvaliteten af ​​opkald.

Lydisolering af rummet eller ændring af placering

Du kan også slippe for baggrundsstøj ved at lydisolere dit værelse eller flytte.

Under kommunikationssessioner kan enkle ændringer som at lukke døre og vinduer eller flytte til et mere stille rum hjælpe med at reducere støjinterferens.

Justering af mikrofon og højttalerplacering

Ændring af, hvor din mikrofon og højttalere er placeret, kan også hjælpe med at reducere baggrundsstøjen.

Hvis du sætter mikrofonen tættere på munden, kan den opfange din stemme over støjende baggrundslyde.

At holde højttalerne væk fra mikrofonen kan reducere mængden af ​​feedback og baggrundsstøj.

Brug af pæne enheder

Pæne enheder eliminerer automatisk baggrundsstøj ved telefonopkald ved at skabe en virtuel boble til dit møde og reducere støj uden at dæmpe deltagerne.

Den smarte mikrofon- og højttalerbar-teknologi i Neat hjælper med at gøre lyden krystalklar og reducerer baggrundsstøjen.

Minimering af baggrundsstøj i hverdagsmiljøer

Støj i baggrunden er et almindeligt problem i hjem, skoler, arbejdspladser og offentlige steder.

Der er en række ting, der kan gøres for at reducere eller slippe af med baggrundsstøj.

Kilder til baggrundsstøj i hverdagsmiljøer

Nogle almindelige kilder til baggrundsstøj i dagligdagen er:

• Industrielle kilder såsom tekstilfabrikker, ingeniøranlæg, trykpresser og metalindustrier.
• Højlydte apparater med tumlende trommer eller hvirvlende blæsere i hjemmet.
• Støj i skoler, såsom i klasseværelser, cafeterier, gange og legepladser.
• Arbejdsstøj i tunge industri- og produktionsmiljøer, såsom gårde, cafeterier eller barer.

Strategier til at minimere baggrundsstøj

• Brug af ørepropper og barrierer.

Brug ørepropper eller støjreducerende hovedtelefoner til at skære ned på eller slippe af med baggrundsstøj.

Disse kan bæres på arbejdet eller mens du sover for at reducere mængden af ​​støj fra omgivelserne.

Vægge, døre og vinduer kan også bruges til at reducere vibrationer og høje lydbølger.

• Brug af mere støjsvage apparater.

I boliger bør højlydte apparater som tromler eller snurrende blæsere udskiftes med mere støjsvage.

Dette kan reducere støjen i hjemmet meget.

• Brug af White/Pink Noise Machines.

White noise-maskiner kan også bruges til at dække over baggrundsstøj, fordi de laver en stabil lyd, der hjælper med at overdøve andre lyde.

Men hvide støjmaskiner er måske ikke det bedste valg i alle situationer, fordi de også kan øge støjniveauet.

• Akustisk behandling.

Brug af materialer som paneler eller fliser til at absorbere lydbølger og skære ned på efterklangstiden kaldes akustisk behandling.

Dette kan især være nyttigt i klasseværelser og andre steder, hvor læring finder sted, hvor støj i baggrunden kan være distraherende.

• Tekniske ændringer.

På arbejdspladser, hvor der er for meget støj, bør arbejdsgiverne finde ud af, hvilke områder eller opgaver, der forårsager for meget støj og tage skridt til at reducere den.

Dette kan betyde ændringer i støjkilden eller arbejdsmiljøet ved hjælp af teknik.

Eksempler omfatter:

• Brug af lydabsorberende materialer i vægge, gulve og lofter.
• Indkapsling eller isolering af støjende udstyr.
• Installation af barrierer eller lydgardiner for at blokere eller absorbere støj.
• Personligt beskyttelsesudstyr.

Når teknologien ikke er nok til at løse problemet, bør folk også have personligt beskyttelsesudstyr som ørepropper eller høreværn.

Overordnet set er der en række måder at reducere eller slippe af med baggrundsstøj på.

Disse kan omfatte ændringer i kilden til støjen, brug af personlige værnemidler, omarrangering af møbler, brug af akustikpaneler, plantning af træer, brug af hvide/lyserøde støjmaskiner eller udskiftning af højlydte apparater med mere støjsvage.

Eliminering af baggrundsstøj i elektroniske systemer

Aktiv støjreduktion (ANC)

Active Noise Control (ANC) teknologi bruges i erhvervslivet til at skære ned på baggrundsstøj i elektroniske systemer.

ANC-teknologi fungerer ved at optage baggrundsstøjen, invertere støjsignalet for at lave "anti-støj, og derefter tilføje det til udgangssignalet.

ANC kan udføres enten med analoge kredsløb eller ved at behandle digitale signaler.

Digital Noise Reduction (DNR)

Digital Noise Reduction (DNR)-ordninger er lavet for at sænke mængden af ​​lyd, som høreapparater laver, når der er støj.

DNR-algoritmer ser på bølgeformen af ​​baggrundsstøjen og laver et signal, der enten ændrer fasen af ​​den frekvens eller gør den svagere i realtid.

Digital Active Noise Cancellation (ANC) teknologi udelukker baggrundsstøj med>40dB, hvilket er det bedste på markedet.

Avancerede algoritmer

Avanceret støjdæmpning kan udføres ved hjælp af avancerede algoritmer.

Dobbelt omnidirektionelle mikrofoner eller quad rundstrålende mikrofoner bruges til at opfange lydsignaler fra omgivelserne.

Disse lydsignaler sendes til en digital signalprocessor (DSP), der bruger algoritmer til at hjælpe med at adskille og slippe af med baggrundsstøj.

Med mere avancerede algoritmer kan dette omfatte isolering og forstærkning af tale, så du kan høre og blive hørt tydeligt, uanset hvor højt det er.

Aktiv støjreduktion, digital støjreduktion og avancerede algoritmer er alle avancerede metoder, der bruges i industrien til at reducere baggrundsstøj i elektroniske systemer.

Du kan gøre disse ting med analoge kredsløb eller digital signalbehandling, og du kan bruge to eller fire omnidirektionelle mikrofoner til at opfange lyde fra omgivelserne.

I sidste ende hjælper avanceret støjdæmpning med at adskille og blokere baggrundsstøj, hvilket gør talen klarere og mindsker uønskede lyde.

Sådan fjerner du baggrundsstøj i Audacity

Tip: Slå billedtekstknappen til, hvis du har brug for det. Vælg "automatisk oversættelse" i indstillingsknappen, hvis du ikke er fortrolig med det talte sprog. Du skal muligvis først klikke på sproget for videoen, før dit yndlingssprog bliver tilgængeligt til oversættelse.

Kan disse lyde være nyttige?

Brugt i:	Beskrivelse:
Lydmaskering:	Nogle steder, som f.eks. Åbne kontorer eller hospitaler, kan det være svært at bevare dit privatliv og forhindre folk i at genere dig. Lydmaskering er en løsning. Det er, når der tilføjes baggrundsstøj med vilje for at gøre det sværere at høre samtaler og andre lyde. For eksempel kan en hvid støjmaskine eller en naturlig lydgenerator bruges til at skabe en beroligende baggrundslyd, der dækker over de mere distraherende lyde i omgivelserne.
Lydvandmærke:	Lydvandmærkning er en måde at spore, hvor et lydsignal kom fra, eller hvem der ejer det ved at tilføje en unik identifikator eller kode til det. En måde at gøre dette på er at tilføje en bestemt type baggrundsstøj til lydsignalet, som mennesker ikke kan høre men det kan opfanges af software eller udstyr med den rigtige slags sensorer.
Signalbehandling:	Nogle signalbehandlingsopgaver, såsom talegenkendelse eller billedbehandling, kan gøres mere nøjagtige ved at tilføje en lille mængde baggrundsstøj. Dette skyldes, at baggrundsstøj kan hjælpe med at reducere virkningerne af overtilpasning eller skævhed i systemet og gøre det mere modstandsdygtigt over for ændringer i input.
Lyd- eller musikproduktion:	Baggrundsstøj kan bruges på en kreativ måde til at tilføje tekstur eller atmosfære til en sang eller optagelse. For eksempel kan lyden af ​​regn eller trafik bruges i baggrunden af ​​en sang til at sætte en bestemt stemning eller scene.
Test og bedømmelse:	Under test og evaluering kan der nogle gange med vilje tilføjes baggrundsstøj til elektroniske systemer for at gøre dem mere som den virkelige verden eller for at teste, hvor godt de fungerer under stress. For eksempel kan en bilproducent teste det elektroniske system i en bil i forskellige slags baggrundsstøj for at sikre, at det fungerer godt i alle situationer.

Konklusion

I sidste ende er baggrundsstøj et stort problem i ingeniørverdenen, som ofte overses.

Som vi har set, kan det påvirke kvaliteten og pålideligheden af ​​elektroniske systemer og kan være svært at slippe helt af med.

Men den gode nyhed er, at der er mange måder at skære ned på virkningerne på, fra simple som afskærmning og jordforbindelse til mere komplekse som signalbehandlingsalgoritmer og aktiv støjreduktion.

Ingeniører kan lave elektroniske systemer, der er stærke, pålidelige og effektive ved at vide, hvor baggrundsstøj kommer fra, og hvad de kan gøre for at slippe af med den.

Så næste gang du støder på et støjende elektronisk system, skal du huske, at baggrundsstøj ikke kun er en irritation; det er også en ingeniørudfordring, der kræver kreative løsninger og teknisk knowhow.