Kā inženierzinātņu students vai inženieris jūs zināt, ka elektroniskās sistēmas ir visur, sākot no jūsu tālruņa līdz automašīnai un beidzot ar ierīcēm jūsu mājās.
Bet jūs, iespējams, nezināt, ka šīm sistēmām ir slēpts ienaidnieks, kas var ietekmēt to darbību un uzticamību: fona troksnis.
Fona troksnis, piemēram, elektrisko vadu dūkoņa vai citu ierīču radīti traucējumi, var pasliktināt signālu kvalitāti un apgrūtināt elektronisko sistēmu darbību.
Tādēļ ir svarīgi daudz zināt par fona troksni un to, kā efektīvi no tā atbrīvoties.
Šajā emuāra ziņojumā mēs uzzināsim par fona troksni, tostarp to, no kurienes tas nāk, ko tas dara un kā novērst to, ka tas sabojā elektroniku.
Izpratne par fona troksni elektroniskajās sistēmās
Formālā definīcija:
Nevēlamie signāli, kas vienmēr atrodas elektroniskā vai citā sistēmā neatkarīgi no tā, vai nevēlamais signāls ir vai nav.
Fona troksnis ir jebkura nevēlama vai traucējoša enerģija, kas traucē komunikācijas signālam. Tas var rasties no dabīgām lietām, piemēram, vēja, lietus, sniega, temperatūras, mitruma un mēness gravitācijas spēka.
Tas var rasties arī no lietām, ko cilvēki ir radījuši, piemēram, elektroniskās sistēmas, jaudas spektrālais blīvums, magnētiskie lauki, pārvades līnijas, ģeneratori, spēkstacijas, datori vai mobilie tālruņi.
Fona troksnis ietekmē signālu kvalitāti elektroniskajās sistēmās, apgrūtinot cilvēku saziņu.
Troksnis ir kļūda vai nejaušs noderīgas informācijas signāla traucējums sakaru kanālā, kas nav vēlams.
S/N vai SNR apzīmē signāla un trokšņa attiecību.
Signāla un trokšņa attiecība (S/N vai SNR) ir veids, kā salīdzināt vēlamā signāla stiprumu ar fona trokšņa stiprumu. Runājot par tīkla pakalpojumiem, augstāka S/N attiecība ir labāka nekā zemāka.
Piemēram, ja Wi-Fi signālu S/N attiecība ir pārāk zema, tas var pasliktināt tīkla veiktspēju, jo ierīcēm ir grūtāk atšķirt vajadzīgo signālu no trokšņa.
Tas var izraisīt pakešu nomešanu un datu sūtīšanu atkal un atkal, samazinot caurlaidspēju un palielinot latentumu.
Kā ekranēšana un zemējums palīdz samazināt fona troksni
Ekranēšana un zemējums var palīdzēt samazināt fona troksni elektroniskajās sistēmās, nodrošinot visām ierīcēm vienu zemes punktu, novēršot zemējuma cilpas, palielinot attālumu starp agresoru un upura tīkliem, izmantojot ekranētus kabeļus un izveidojot pareizu zemējuma sistēmu.Ekranētus kabeļus var izmantot, lai novērstu elektrostatisko trokšņu iekļūšanu vadītājos un saglabātu elektrostatisko troksni vairogā. Pareiza ekranēto kabeļu izmantošana palīdzēs samazināt parastā režīma elektrostatisko troksni.
Lai DAQ sistēmai būtu mazāk trokšņa problēmu, projektēšanas un uzstādīšanas fāzē ir jāveic zemējums un zemējuma savienošana.
Ievērojot šo labāko praksi, varat samazināt signāla trokšņu daudzumu, kas ietekmē procesu vadības tīklus, un pārliecināties, ka elektroniskās sistēmas darbojas pareizi.
Ekranēšana var palīdzēt samazināt elektromagnētiskos traucējumus (EMI) un radiofrekvences traucējumus (RFI), izveidojot vadošu barjeru starp ierīci un traucējumu avotu.
Atbrīvojieties no fona trokšņa spēka: no traucējumiem līdz radošam rīkam
Joprojām grūti saprast? Ļaujiet man nedaudz mainīt viedokli:
Vai jums ir apnicis nodrošināt kristāldzidru skaņu un vienkāršus savienojumus savās ierīcēs? Vai vēlaties padarīt savas elektroniskās sistēmas grūtāk lietojamas un apgrūtinošākas? Nu atliek tikai klausīties fona troksni! Jā, tas ir pareizi.
Jūs varat pārvērst perfekti strādājošu sistēmu par haotisku putru, ļaujot nevēlamajiem signāliem, kas vienmēr atrodas elektroniskajās sistēmās, darboties.
Netici mums? Vienkārši apsēdieties, atpūtieties un ļaujiet trokšņiem fonā darīt savu!
Labi, tas bija tikai joks, lai izskatītos pēc TV reklāmas.
Tagad atgriezīsimies pie skaidrojuma...
Fona trokšņa mērīšana un kvantitatīva noteikšana
Fona troksnis var ietekmēt elektroniskās sistēmas.
Tas var pazemināt signālu kvalitāti un ietekmēt tīkla darbību.
Ir svarīgi izmērīt un saskaitīt fona troksni, lai jūs varētu labāk saprast, kā tas jūs ietekmē, un izdomāt veidus, kā no tā atbrīvoties.
Fona trokšņa mērīšanas metodes
Elektroniskajās sistēmās ir vairāki veidi, kā izmērīt un skaitīt fona troksni.
Viens no veidiem, kā to izdarīt, ir trokšņa avots, kas sūta zināmu trokšņa signālu interesējošajā ķēdē.
Tas ļauj izmērīt, cik daudz nejauša trokšņa ir ķēdē.
Trokšņa koeficients tiek izmantots arī pastiprinājuma metodē, kas ir vēl viens veids, kā izmērīt fona troksni ķēdē.
Ķēdes trokšņa rādītāju mēra ar pastiprinājuma metodi.
Trokšņa skaitlis ir mērs, cik daudz trokšņa ķēde pievieno signālam, ko tā dod.
Spektra analizators var arī izmērīt trokšņa jaudas daudzumu izejā.
Šī ierīce mēra signāla jaudas spektru, un to var izmantot, lai atrastu trokšņu avotus un noskaidrotu, cik skaļi tie ir.
Elektrisko trokšņu līmeņa mērvienības
Elektriskā trokšņa līmeņa mērvienības ietver elektrisko jaudu N vatos vai dBm, vidējo kvadrātisko (RMS) spriegumu voltos, dBV un vidējo kvadrātisko kļūdu (MSE) voltos kvadrātā.
Skaņas līmeņa mērītāji
Skaņas līmeņa mērītāji ir instrumenti, kas mēra trokšņa līmeni decibelos (dB).
Šīm ierīcēm ir iestatījums, ko sauc par A-svērumu, kas maina rādījumus, lai tie atbilstu tam, kā cilvēka auss reaģē uz dažādām frekvencēm.
Skaņas līmeņa mērītājus bieži izmanto, lai izmērītu apkārtējās vides skaļumu, un tie ir svarīgs instruments, lai noteiktu noteikumus un noteikumus par troksni.
Signāla un trokšņa attiecība (S/N)
Signāla un trokšņa attiecība (S/N) ir veids, kā salīdzināt vēlamā signāla stiprumu ar trokšņa stiprumu fonā.
S/N parasti mēra decibelos, un, lai to noskaidrotu, var izmantot 10 bāzes logaritmu.
Piemēram, ja mēra mikrovoltos, varat izmantot šo formulu: S/N = 20 log10(Ps/Pn), kur Ps ir signāla jauda un Pn ir trokšņa jauda fonā.
Fona trokšņa avoti elektroniskajās sistēmās un to samazināšana vai novēršana
Troksnis var rasties gan no elektronisko sistēmu iekšpuses, gan ārpuses. Troksni, kas nāk no pastiprinātāja iekšpuses, sauc par iekšējo troksni. Troksni, kas nāk no sistēmas ārpuses, sauc par ārējo troksni.
Vadošais troksnis, kas sistēmā nonāk caur kabeļiem, un izstarotais troksnis, kas nāk no kaut kur citur pa gaisu vai vakuumu, ir abi ārējā trokšņa veidi.
Elektroniskās shēmas ierīcēs, kas nav labi izgatavotas un nebloķē pietiekami daudz trokšņa gan no iekšpuses, gan no ārpuses, arī būs jutīgākas pret signāla troksni.
Filtrēšana un zemējums
Viens veids, kā samazināt vai atbrīvoties no fona trokšņa elektroniskajās sistēmās, ir uzlikt filtrus kabeļiem, kur ieplūst troksnis.
Lai to izdarītu, kabelim varētu pievienot ferīta skavas, lai tas būtu induktīvāks.
Lai DAQ sistēmām būtu mazāk trokšņa problēmu, tās jāprojektē un jāuzstāda ar atbilstošu zemējumu un zemējuma savienojumu.
Iezemētās plaknes iestatīšana var palīdzēt samazināt troksni un nodrošināt, ka visām sistēmas shēmām ir vienāds atskaites potenciāls, lai varētu salīdzināt dažādus signālus.
Joslas platuma samazināšana
Sistēmas joslas platuma samazināšana ir vēl viens labs veids, kā samazināt signāla troksni.
Tas ir tas pats, kas saīsināt laiku, kas nepieciešams digitālā signāla mērīšanai.
Ja pastiprinātājam ir tāds pats joslas platums kā signālam, ko tas pastiprina, tas radīs mazāk ārējo trokšņu nekā tas, kuram ir lielāks joslas platums.
Paņēmieni fona trokšņa noņemšanai no audio vai video ierakstiem un fona trokšņa novēršanas paraugprakse
Fona trokšņa noņemšana
Ir dažādi veidi, kā atbrīvoties no trokšņa audio vai video ierakstu fonā.
Viens veids ir izmantot filtru, piemēram, trokšņu samazināšanas audio efektu programmā TechSmith Camtasia vai trokšņu samazināšanas efektu programmā Audacity, kas ietver klipa izolēšanu un noklikšķināšanu uz Effect, Noise Reduction, Get Noise Profile.
Ir arī programmatūras rīki, piemēram, Krisp, Wavosaur, Samson Sound Deck, Wavepad un NoiseGate, kurus var lejupielādēt un izmantot, lai samazinātu fona troksni.
Fona trokšņa novēršana
Ir dažas labākās prakses, ko var izmantot, lai apturētu fona trokšņu ierakstīšanu.
Viena efektīva pieeja ir ierakstīšana klusā vidē.
To var izdarīt, samazinot atstarpi starp objektu un mikrofonu un palielinot atstarpi starp mikrofonu un troksni.
Ja iespējams, ir svarīgi arī atbrīvoties no fona trokšņa avotiem.
Piemēram, varat izslēgt tuvumā esošos gaisa kondicionētājus vai pārcelties uz citu vietu, kur satiksmes troksnis ir mazāks.
Virziena mikrofonu izmantošana var arī palīdzēt samazināt fona troksni, koncentrējoties uz skaņas avotu un samazinot skaņas no citiem virzieniem.
Priekšējie stikli un mikrofona pastiprinājums/pastiprinājums
Labu vējstiklu izmantošana mikrofonos, ierakstot ārā, ir vēl viens labs veids, kā novērst fona troksni.
Atkarībā no skaņu ierakstīšanai izmantotās ierīces, mikrofona pastiprinājuma vai pastiprinājuma līmeņa maiņa var arī samazināt troksni.
Darbības plāns
Visbeidzot, ir svarīgi iemācīties rīkoties ar fona trokšņiem un sastādīt plānu, kā rīkoties, ja ierakstu vai sapulču laikā rodas neparedzēti trokšņi.
Tas var palīdzēt uzlabot skaņu un padarīt fona troksni mazāk pamanāmu.
Fona trokšņa novēršana sakaru tehnoloģijās
Troksnis fonā var būt liela problēma tiešsaistes sapulču vai videozvanu laikā.
Ir daži veidi, kā atbrīvoties no fona trokšņa no datora mikrofoniem vai austiņām, kas ir labas ziņas.
Iebūvēto trokšņu slāpēšanas funkciju izmantošana
Daudzos saziņas veidos ir iebūvētas trokšņu slāpēšanas funkcijas, kas atvieglo sapulču vai zvanu saklausīšanu, kad ir fona troksnis.
Piemēram, Microsoft Teams darbvirsmas lietotnei un iOS lietotnei ir trīs trokšņu slāpēšanas līmeņi, lai palīdzētu sapulces dalībniekiem turpināt darbu.
Izmantojot trešās puses fona trokšņu noņemšanas programmas
Vēl viens veids, kā atbrīvoties no fona trokšņa, ir izmantot tādas lietotnes kā Krisp, kas izmanto mākslīgā intelekta darbinātu tehnoloģiju, lai izslēgtu troksni fonā.
Lietojot kopā ar citiem saziņas rīkiem, šīs lietotnes var uzlabot zvanu skaņas kvalitāti.
Telpas skaņas izolācija vai atrašanās vietas maiņa
Varat arī atbrīvoties no fona trokšņa, veicot skaņas izolāciju savā telpā vai pārvietojoties.
Saziņas sesiju laikā vienkāršas izmaiņas, piemēram, durvju un logu aizvēršana vai pāreja uz klusāku telpu, var palīdzēt samazināt trokšņa traucējumus.
Mikrofona un skaļruņu izvietojuma pielāgošana
Mikrofona un skaļruņu novietojuma maiņa var arī palīdzēt samazināt fona troksni.
Ja novietojat mikrofonu tuvāk mutei, tas var uztvert jūsu balsi trokšņainās fona skaņās.
Turot skaļruņus prom no mikrofona, var samazināties atgriezeniskās saites un fona trokšņi.
Izmantojot tīras ierīces
Sakārtotas ierīces automātiski novērš fona troksni tālruņa zvaniem, izveidojot virtuālu burbuli jūsu sapulcei un samazinot troksni, neapklusinot dalībniekus.
Neat viedā mikrofona un skaļruņu joslas tehnoloģija palīdz padarīt audio skaņu kristāldzidru un samazina fona troksni.
Fona trokšņa samazināšana ikdienas vidē
Troksnis fonā ir izplatīta problēma mājās, skolās, darbavietās un sabiedriskās vietās.
Ir vairākas lietas, ko var darīt, lai samazinātu fona troksni vai atbrīvotos no tā.
Fona trokšņa avoti ikdienas vidē
Daži izplatīti fona trokšņa avoti ikdienas dzīvē ir:
- Rūpnieciskie avoti, piemēram, tekstila rūpnīcas, mašīnbūves rūpnīcas, iespiedmašīnas un metāla rūpniecība.
- Skaļas ierīces ar kūstošām bungām vai virpojošiem ventilatoriem mājās.
- Troksnis skolās, piemēram, klasēs, kafejnīcās, gaiteņos un rotaļu laukumos.
- Darba troksnis smagās rūpniecības un ražošanas vidēs, piemēram, fermās, kafejnīcās vai bāros.
Fona trokšņa samazināšanas stratēģijas
- Ausu aizbāžņu un barjeru lietošana.
Izmantojiet ausu aizbāžņus vai troksni slāpējošas austiņas, lai samazinātu fona troksni vai atbrīvotos no tā.
Tos var valkāt darbā vai guļot, lai samazinātu apkārtējās vides radīto troksni.
Sienas, durvis un logus var izmantot arī, lai samazinātu vibrācijas un skaļus skaņas viļņus.
- Klusāku ierīču lietošana.
Mājās skaļas ierīces, piemēram, bungas vai virpojoši ventilatori, ir jāaizstāj ar klusākām ierīcēm.
Tas var ievērojami samazināt troksni mājās.
- Baltā/rozā trokšņa iekārtu izmantošana.
Baltā trokšņa iekārtas var izmantot arī, lai slēptu fona troksni, jo tās rada vienmērīgu skaņu, kas palīdz noslāpēt citas skaņas.
Taču baltā trokšņa iekārtas var nebūt labākā izvēle visās situācijās, jo tās var arī palielināt trokšņa līmeni.
- Akustiskā apstrāde.
Materiālu, piemēram, paneļu vai flīžu, izmantošanu skaņas viļņu absorbēšanai un reverberācijas laika samazināšanai sauc par akustisko apstrādi.
Tas var būt īpaši noderīgi klasēs un citās vietās, kur notiek mācīšanās, kur fona troksnis var novērst uzmanību.
- Inženiertehniskās modifikācijas.
Darba vietās, kur ir pārāk daudz trokšņa, darba devējiem vajadzētu noskaidrot, kuras jomas vai uzdevumi rada pārāk lielu troksni, un veikt pasākumus, lai to samazinātu.
Tas varētu nozīmēt izmaiņas trokšņa avotā vai darba vietas vidē, izmantojot inženierzinātnes.
Piemēri:
- Skaņu absorbējošu materiālu izmantošana sienās, grīdās un griestos.
- Trokšņainu iekārtu norobežošana vai izolēšana.
- Barjeru vai skaņas aizkaru uzstādīšana, lai bloķētu vai absorbētu troksni.
- Individuālie aizsardzības līdzekļi.
Ja problēmas risināšanai ar tehnoloģijām nepietiek, cilvēkiem ir jādod arī individuālie aizsardzības līdzekļi, piemēram, ausu aizbāžņi vai ausu aizbāžņi.
Kopumā ir vairāki veidi, kā samazināt fona troksni vai atbrīvoties no tā.
Tie var ietvert trokšņa avota izmaiņu veikšanu, individuālo aizsardzības līdzekļu izmantošanu, mēbeļu pārkārtošanu, akustisko paneļu izmantošanu, koku stādīšanu, baltā/rozā trokšņa iekārtu izmantošanu vai skaļu ierīču nomaiņu ar klusākām ierīcēm.
Fona trokšņa novēršana elektroniskajās sistēmās
Aktīvā trokšņu slāpēšana (ANC)
Aktīvā trokšņa kontroles (ANC) tehnoloģija tiek izmantota biznesa pasaulē, lai samazinātu fona troksni elektroniskajās sistēmās.
ANC tehnoloģija darbojas, ierakstot fona troksni, apgriežot trokšņa signālu, lai izveidotu "prettrokšņu", un pēc tam pievienojot to izejas signālam.
ANC var veikt vai nu ar analogajām shēmām, vai apstrādājot digitālos signālus.
Digitālā trokšņa samazināšana (DNR)
Digitālās trokšņu samazināšanas (DNR) shēmas ir paredzētas, lai samazinātu skaņas daudzumu, ko dzirdes aparāti rada trokšņa laikā.
DNR algoritmi aplūko fona trokšņa viļņu formu un rada signālu, kas vai nu maina šīs frekvences fāzi, vai padara to vājāku reāllaikā.
Digitālās aktīvās trokšņu slāpēšanas (ANC) tehnoloģija novērš fona troksni par vairāk nekā 40 dB, kas ir labākais tirgū.
Uzlaboti algoritmi
Uzlabotu trokšņu slāpēšanu var veikt, izmantojot progresīvus algoritmus.
Divvirzienu mikrofoni vai četrvirzienu mikrofoni tiek izmantoti, lai uztvertu skaņas signālus no vides.
Šie audio signāli tiek nosūtīti uz digitālo signālu procesoru (DSP), kas izmanto algoritmus, lai palīdzētu atdalīt un atbrīvoties no fona trokšņiem.
Izmantojot progresīvākus algoritmus, tas varētu ietvert runas izolēšanu un pastiprināšanu, lai jūs varētu dzirdēt un būt skaidri dzirdēts neatkarīgi no tā, cik skaļa tā ir.
Aktīvā trokšņu slāpēšana, digitālā trokšņa samazināšana un uzlaboti algoritmi ir progresīvas metodes, ko izmanto rūpniecībā, lai samazinātu fona troksni elektroniskajās sistēmās.
Šīs darbības var veikt ar analogajām shēmām vai digitālo signālu apstrādi, un jūs varat izmantot divus vai četrus daudzvirzienu mikrofonus, lai uztvertu skaņas no vides.
Galu galā uzlabotā trokšņu slāpēšana palīdz atdalīt un bloķēt fona troksni, kas padara runu skaidrāku un samazina nevēlamās skaņas.
Kā noņemt fona troksni programmā Audacity
Padoms. Ja nepieciešams, ieslēdziet parakstu pogu. Iestatījumu pogā izvēlieties “automātiskā tulkošana”, ja neesat pazīstams ar runāto valodu. Iespējams, vispirms būs jānoklikšķina uz videoklipa valodas, pirms jūsu iecienītākā valoda kļūst pieejama tulkošanai.
Vai šie trokšņi var būt noderīgi?
| Izmanto: | Apraksts: |
|---|---|
| Skaņas maskēšana: | Dažās vietās, piemēram, atvērtā plānojuma birojos vai slimnīcās, var būt grūti saglabāt savu privātumu un neļaut cilvēkiem jums traucēt. Skaņas maskēšana ir viens no risinājumiem. Tas ir tad, kad fona troksnis tiek pievienots ar nolūku, lai apgrūtinātu sarunu un citas skaņas. Piemēram, baltā trokšņa iekārtu vai dabiskās skaņas ģeneratoru var izmantot, lai radītu nomierinošu fona skaņu, kas aizsedz apkārtējās vides traucējošākās skaņas. |
| Audio ūdenszīmes: | Audio ūdenszīmes ir veids, kā izsekot, no kurienes nāk audio signāls vai kam tas pieder, pievienojot tam unikālu identifikatoru vai kodu. Viens no veidiem, kā to izdarīt, ir audio signālam pievienot noteikta veida fona troksni, ko cilvēki nedzird. Bet to var uztvert programmatūra vai aprīkojums ar pareiza veida sensoriem. |
| Signāla apstrāde: | Dažus signālu apstrādes uzdevumus, piemēram, runas atpazīšanu vai attēlu apstrādi, var padarīt precīzākus, pievienojot nelielu fona trokšņa daudzumu. Tas ir tāpēc, ka fona troksnis var palīdzēt samazināt sistēmas pārmērības vai novirzes ietekmi un padarīt to izturīgāku pret izmaiņas ievadē. |
| Audio vai mūzikas producēšana: | Fona troksni var izmantot radošā veidā, lai dziesmai vai ierakstam pievienotu tekstūru vai atmosfēru. Piemēram, lietus vai satiksmes skaņu var izmantot dziesmas fonā, lai iestatītu noteiktu noskaņu vai ainu. |
| Pārbaude un vērtēšana: | Testēšanas un novērtēšanas laikā elektroniskajām sistēmām dažkārt var ar nolūku pievienot fona troksni, lai tās vairāk līdzinātos reālajai pasaulei vai lai pārbaudītu, cik labi tās darbojas stresa apstākļos. Piemēram, automašīnu ražotājs var pārbaudīt automašīnas elektronisko sistēmu dažādās fona trokšņi, lai pārliecinātos, ka tas darbojas labi visās situācijās. |
Secinājums
Galu galā fona troksnis ir liela problēma inženierzinātņu pasaulē, kas bieži tiek ignorēta.
Kā redzējām, tas var ietekmēt elektronisko sistēmu kvalitāti un uzticamību, un no tā var būt grūti pilnībā atbrīvoties.
Taču labā ziņa ir tā, ka ir daudz veidu, kā samazināt tā ietekmi, sākot no vienkāršiem, piemēram, ekranēšanas un zemēšanas, līdz sarežģītākiem, piemēram, signālu apstrādes algoritmiem un aktīvai trokšņu slāpēšanai.
Inženieri var izveidot spēcīgas, uzticamas un efektīvas elektroniskās sistēmas, zinot, no kurienes nāk fona troksnis un ko viņi var darīt, lai no tā atbrīvotos.
Tāpēc nākamreiz, kad saskaraties ar trokšņainu elektronisko sistēmu, atcerieties, ka fona troksnis nav tikai traucēklis; tas ir arī inženiertehnisks izaicinājums, kam nepieciešami radoši risinājumi un tehniskās zināšanas.
Kopīgot…
