Ako študent inžinierstva alebo inžinier viete, že elektronické systémy sú všade, od telefónu cez auto až po spotrebiče vo vašej domácnosti.
Možno ste však nevedeli, že tieto systémy majú skrytého nepriateľa, ktorý môže ovplyvniť, ako dobre fungujú a nakoľko sú spoľahlivé: hluk v pozadí.
Hluk na pozadí, ako je bzučanie elektrických vodičov alebo rušenie z iných zariadení, môže zhoršiť kvalitu signálov a sťažiť fungovanie elektronických systémov.
Z tohto dôvodu je dôležité vedieť veľa o hluku na pozadí a o tom, ako sa ho efektívne zbaviť.
V tomto blogovom príspevku sa dozvieme o hluku v pozadí, vrátane toho, odkiaľ pochádza, čo robí a ako mu zabrániť, aby nepokazil elektroniku.
Pochopenie hluku pozadia v elektronických systémoch
Formálna definícia:
Nežiaduce signály, ktoré sú vždy prítomné v elektronickom alebo inom systéme, nezávisle od toho, či je alebo nie je prítomný nežiaduci signál.
Hluk pozadia je akákoľvek energia, ktorá je nežiaduca alebo obťažujúca a prekáža komunikačnému signálu. Môže pochádzať z prírodných vecí, ako je vietor, dážď, sneh, teplota, vlhkosť a gravitačná sila Mesiaca.
Môže tiež pochádzať z vecí, ktoré ľudia vytvorili, ako sú elektronické systémy, spektrálna hustota energie, magnetické polia, prenosové vedenia, generátory, elektrárne, počítače alebo mobilné telefóny.
Šum pozadia ovplyvňuje kvalitu signálov v elektronických systémoch tým, že ľuďom sťažuje komunikáciu.
Šum je chyba alebo náhodné narušenie užitočného informačného signálu v komunikačnom kanáli, ktoré nie je žiaduce.
S/N alebo SNR znamená pomer signálu k šumu.
Pomer signálu k šumu (S/N alebo SNR) je spôsob, ako porovnať silu požadovaného signálu so silou hluku pozadia. Pokiaľ ide o sieťové služby, vyšší pomer S/N je lepší ako nižší.
Ak je napríklad pomer S/N signálov Wi-Fi príliš nízky, môže to poškodiť výkon siete, pretože zariadeniam sťaží rozoznať požadovaný signál od šumu.
To môže spôsobiť vypadávanie paketov a odosielanie údajov znova a znova, čo znižuje priepustnosť a zvyšuje latenciu.
Ako tienenie a uzemnenie pomáhajú znižovať hluk pozadia
Tienenie a uzemnenie môže pomôcť znížiť hluk pozadia v elektronických systémoch tým, že všetkým zariadeniam poskytne jeden bod uzemnenia, zabráni vzniku zemných slučiek, zväčší vzdialenosť medzi sieťami agresora a obete, použije tienené káble a zriadi správny uzemňovací systém.Tienené káble možno použiť na zabránenie prenikaniu elektrostatického šumu do vodičov a na udržanie elektrostatického šumu vo vnútri tienenia. Použitie tienených káblov správnym spôsobom pomôže znížiť elektrostatický šum, ktorý pochádza z bežného režimu.
Aby mal DAQ systém menej problémov s hlukom, musí sa uzemnenie a uzemnenie vykonať počas fázy návrhu a inštalácie.
Dodržiavaním týchto osvedčených postupov môžete znížiť množstvo šumu signálu, ktorý ovplyvňuje siete riadenia procesov, a uistiť sa, že elektronické systémy fungujú správne.
Tienenie môže pomôcť znížiť elektromagnetické rušenie (EMI) a rádiofrekvenčné rušenie (RFI) umiestnením vodivej bariéry medzi zariadenie a zdroj rušenia.
Odomknutie sily hluku v pozadí: Od obťažovania po kreatívny nástroj
Stále ťažké pochopiť? Dovolím si trochu zmeniť uhol pohľadu:
Už vás nebaví mať krištáľovo čistý zvuk a jednoduché pripojenia na vašich zariadeniach? Chcete, aby bolo používanie vašich elektronických systémov ťažšie a frustrujúce? Všetko, čo musíte urobiť, je počúvať hluk v pozadí! Áno, to je správne.
Dokonale fungujúci systém môžete premeniť na chaotický neporiadok tým, že necháte bežať neželané signály, ktoré sú vždy prítomné v elektronických systémoch.
neveríte nám? Pohodlne sa usaďte a nechajte hluk v pozadí urobiť svoju vec!
Dobre, to bol len vtip, ktorý vyzeral ako televízna reklama.
Teraz sa vráťme k vysvetleniu...
Meranie a kvantifikácia hluku pozadia
Hluk pozadia môže ovplyvniť elektronické systémy.
To môže znížiť kvalitu signálov a ovplyvniť fungovanie siete.
Je dôležité merať a počítať hluk v pozadí, aby ste lepšie pochopili, ako na vás vplýva a prišli na spôsoby, ako sa ho zbaviť.
Metódy na meranie hluku pozadia
V elektronických systémoch existuje niekoľko spôsobov merania a počítania hluku pozadia.
Zdroj šumu, ktorý vysiela známy šumový signál do príslušného okruhu, je jedným zo spôsobov, ako to dosiahnuť.
To umožňuje merať, koľko náhodného šumu je v obvode.
Šumový faktor sa používa aj v metóde zosilnenia, čo je ďalší spôsob merania šumu pozadia v obvode.
Šumové číslo obvodu sa meria metódou zisku.
Šumové číslo je mierou toho, koľko šumu obvod pridáva k signálu, ktorý dáva.
Spektrálny analyzátor môže tiež merať množstvo šumového výkonu na výstupe.
Toto zariadenie meria výkonové spektrum signálu a možno ho použiť na nájdenie zdrojov hluku a zistenie ich hlasitosti.
Jednotky merania úrovní elektrického hluku
Jednotky merania hladiny elektrického hluku zahŕňajú elektrický výkon N vo wattoch alebo dBm, stredné napätie (RMS) vo voltoch, dBV a strednú druhú mocninu chyby (MSE) vo voltoch na druhú.
Zvukomery
Zvukomery sú nástroje, ktoré merajú množstvo hluku v decibeloch (dB).
Tieto zariadenia majú nastavenie nazývané A-weighting, ktoré mení hodnoty tak, aby zodpovedali spôsobu, akým ľudské ucho reaguje na rôzne frekvencie.
Zvukomery sa často používajú na meranie hlučnosti prostredia a sú dôležitým nástrojom na stanovenie pravidiel a predpisov o hluku.
Pomer signálu k šumu (S/N)
Pomer signálu k šumu (S/N) je spôsob, ako porovnať silu požadovaného signálu so silou šumu v pozadí.
S/N sa zvyčajne meria v decibeloch a na jeho určenie sa dá použiť logaritmus so základom 10.
Napríklad, ak meriate v mikrovoltoch, môžete použiť tento vzorec: S/N = 20 log10(Ps/Pn), kde Ps je výkon signálu a Pn je výkon šumu v pozadí.
Zdroje hluku na pozadí v elektronických systémoch a ako ich minimalizovať alebo odstrániť
Hluk môže pochádzať z vnútorných aj vonkajších elektronických systémov. Hluk, ktorý vychádza z vnútra zosilňovača, sa nazýva vnútorný šum. Hluk, ktorý prichádza zvonka systému, sa nazýva vonkajší hluk.
Vodivý hluk, ktorý prichádza do systému cez káble, a vyžarovaný hluk, ktorý prichádza odinakiaľ cez vzduch alebo vákuum, sú oba typy vonkajšieho hluku.
Elektronické obvody v zariadeniach, ktoré nie sú dobre vyrobené a dostatočne neblokujú hluk zvnútra aj zvonka, budú tiež náchylnejšie na šum signálu.
Filtrovanie a uzemnenie
Jedným zo spôsobov, ako znížiť alebo zbaviť sa hluku pozadia v elektronických systémoch, je umiestniť filtre na káble, kde hluk prichádza.
Aby ste to dosiahli, môžete na kábel pridať feritové svorky, aby bol indukčnejší.
Aby systémy DAQ mali menšie problémy s hlukom, musia byť navrhnuté a nainštalované so správnym uzemnením a uzemnením.
Nastavenie uzemňovacej roviny môže pomôcť znížiť šum a zabezpečiť, aby všetky obvody v systéme mali rovnaký referenčný potenciál, aby bolo možné porovnávať rôzne signály.
Zníženie šírky pásma
Zníženie šírky pásma systému je ďalším dobrým spôsobom, ako znížiť šum signálu.
Je to rovnaké ako skrátenie času potrebného na meranie digitálneho signálu.
Ak má zosilňovač rovnakú šírku pásma ako signál, ktorý zosilňuje, pridá menej vonkajšieho šumu ako zosilňovač s vyššou šírkou pásma.
Techniky na odstránenie hluku na pozadí zo zvukových alebo video nahrávok a osvedčené postupy na predchádzanie hluku na pozadí
Odstránenie šumu na pozadí
Existujú rôzne spôsoby, ako sa zbaviť šumu na pozadí audio alebo video nahrávok.
Jedným zo spôsobov je použitie filtra, ako je zvukový efekt redukcie šumu v TechSmith Camtasia alebo efekt redukcie šumu v Audacity, ktorý zahŕňa izoláciu klipu a kliknutia na Efekt, Redukcia šumu, Získať profil hluku.
Existujú aj softvérové nástroje ako Krisp, Wavosaur, Samson Sound Deck, Wavepad a NoiseGate, ktoré je možné stiahnuť a použiť na zníženie hluku na pozadí.
Zabránenie hluku na pozadí
Existuje niekoľko osvedčených postupov, ktoré možno použiť na zastavenie nahrávania hluku v pozadí.
Jedným efektívnym prístupom je nahrávanie v tichom prostredí.
Dá sa to dosiahnuť zmenšením priestoru medzi objektom a mikrofónom a väčším priestorom medzi mikrofónom a hlukom.
Ak je to možné, je tiež dôležité zbaviť sa zdrojov hluku v pozadí.
Môžete napríklad vypnúť klimatizáciu v blízkosti alebo sa presunúť na nové miesto s menším hlukom z dopravy.
Používanie smerových mikrofónov môže tiež pomôcť znížiť hluk pozadia tým, že sa zameriate na zdroj zvuku a minimalizujete zvuky z iných smerov.
Čelné sklá a zosilnenie/zosilnenie mikrofónu
Použitie dobrých čelných skiel na mikrofónoch pri nahrávaní vonku je ďalším dobrým spôsobom, ako zabrániť hluku v pozadí.
V závislosti od zariadenia používaného na nahrávanie zvukov môže hluk znížiť aj zmena úrovne zosilnenia alebo zosilnenia mikrofónu.
Akčný plán
Nakoniec je dôležité naučiť sa, ako sa vysporiadať so zvukmi v pozadí a urobiť si plán, čo robiť, ak sa počas nahrávania alebo stretnutí vyskytnú neočakávané zvuky.
To môže pomôcť vylepšiť zvuk a znížiť viditeľnosť hluku v pozadí.
Eliminácia hluku pozadia v komunikačných technológiách
Hluk v pozadí môže byť veľkým problémom počas online stretnutí alebo videohovorov.
Existuje niekoľko spôsobov, ako sa zbaviť hluku v pozadí z mikrofónov počítača alebo náhlavnej súpravy, čo je dobrá správa.
Používanie vstavaných funkcií na potlačenie hluku
Mnohé formy komunikácie majú zabudované funkcie na potlačenie hluku, ktoré uľahčujú počúvanie počas stretnutí alebo hovorov, keď je v pozadí hluk.
Napríklad desktopová aplikácia Microsoft Teams a aplikácia pre iOS majú tri úrovne potlačenia hluku, ktoré pomáhajú účastníkom schôdze zostať pri úlohe.
Používanie aplikácií tretích strán na odstraňovanie hluku na pozadí
Ďalším spôsobom, ako sa zbaviť hluku na pozadí, je použitie aplikácií ako Krisp, ktoré využívajú technológiu AI na potlačenie hluku na pozadí.
Pri použití s inými komunikačnými nástrojmi môžu tieto aplikácie zlepšiť kvalitu zvuku hovorov.
Zvuková izolácia miestnosti alebo zmena miesta
Hluku na pozadí sa môžete zbaviť aj odhlučnením miestnosti alebo presťahovaním.
Počas komunikačných relácií môžu jednoduché zmeny, ako je zatváranie dverí a okien alebo presun do tichšej miestnosti, pomôcť znížiť rušenie hlukom.
Úprava umiestnenia mikrofónu a reproduktorov
Znížiť hluk na pozadí môže aj zmena umiestnenia mikrofónu a reproduktorov.
Ak si mikrofón priložíte bližšie k ústam, dokáže zachytiť váš hlas cez hlučné zvuky v pozadí.
Udržiavanie reproduktorov ďalej od mikrofónu môže znížiť množstvo spätnej väzby a hluku pozadia.
Používanie zariadení Neat
Elegantné zariadenia automaticky eliminujú hluk na pozadí telefonických hovorov vytvorením virtuálnej bubliny pre vaše stretnutie a znížením hluku bez tlmenia účastníkov.
Technológia inteligentného mikrofónu a reproduktorovej lišty v Neat pomáha dosiahnuť krištáľovo čistý zvuk a znižuje hluk na pozadí.
Minimalizácia hluku na pozadí v každodennom prostredí
Hluk v pozadí je bežným problémom v domácnostiach, školách, na pracoviskách a na verejných miestach.
Existuje množstvo vecí, ktoré možno urobiť na zníženie alebo odstránenie hluku v pozadí.
Zdroje hluku na pozadí v každodennom prostredí
Niektoré bežné zdroje hluku na pozadí v každodennom živote sú:
- Priemyselné zdroje ako textilné továrne, strojárske závody, tlačiarenské lisy a kovopriemysel.
- Hlasité spotrebiče s bubnovými bubnami alebo bzučiacimi ventilátormi v domácnostiach.
- Hluk v školách, ako sú triedy, jedálne, chodby a ihriská.
- Hluk pri práci v ťažkých priemyselných a výrobných prostrediach, ako sú farmy, bufety alebo bary.
Stratégie na minimalizáciu hluku v pozadí
- Používanie štupľov do uší a zábran.
Použite štuple do uší alebo slúchadlá s potlačením hluku na zníženie alebo odstránenie hluku v pozadí.
Môžete ich nosiť v práci alebo počas spánku, aby sa znížilo množstvo hluku z okolia.
Steny, dvere a okná môžu byť tiež použité na zníženie vibrácií a hlasných zvukových vĺn.
- Používanie tichších spotrebičov.
V domácnostiach by mali byť hlasné spotrebiče, ako sú bubnové bubny alebo bzučiace ventilátory, nahradené tichšími.
To môže výrazne znížiť hluk v domácnosti.
- Používanie zariadení s bielym/ružovým šumom.
Prístroje s bielym šumom možno použiť aj na zakrytie hluku v pozadí, pretože vydávajú stabilný zvuk, ktorý pomáha prehlušiť ostatné zvuky.
Ale stroje s bielym šumom nemusia byť najlepšou voľbou vo všetkých situáciách, pretože môžu tiež zvýšiť úroveň hluku.
- Akustické ošetrenie.
Použitie materiálov, ako sú panely alebo dlaždice na absorbovanie zvukových vĺn a skrátenie doby dozvuku, sa nazýva akustická úprava.
To môže byť užitočné najmä v triedach a na iných miestach, kde prebieha učenie, kde hluk v pozadí môže rušiť pozornosť.
- Inžinierske úpravy.
Na pracoviskách, kde je príliš veľa hluku, by zamestnávatelia mali zistiť, ktoré oblasti alebo úlohy spôsobujú príliš veľa hluku, a podniknúť kroky na jeho zníženie.
To by mohlo znamenať vykonanie zmien zdroja hluku alebo prostredia na pracovisku pomocou inžinierstva.
Príklady:
- Použitie materiálov pohlcujúcich zvuk v stenách, podlahách a stropoch.
- Uzavretie alebo izolácia hlučného zariadenia.
- Inštalácia bariér alebo zvukových clôn na blokovanie alebo pohlcovanie hluku.
- Osobné ochranné prostriedky.
Keď technológia na vyriešenie problému nestačí, ľudia by mali dostať aj osobné ochranné prostriedky, ako sú štuple do uší alebo chrániče sluchu.
Celkovo existuje množstvo spôsobov, ako znížiť alebo sa zbaviť hluku v pozadí.
Môže ísť o zmenu zdroja hluku, používanie osobných ochranných prostriedkov, preskupovanie nábytku, používanie akustických panelov, sadenie stromov, používanie strojov s bielym/ružovým hlukom alebo výmenu hlasných zariadení za tichšie.
Eliminácia hluku pozadia v elektronických systémoch
Aktívne potlačenie hluku (ANC)
Technológia Active Noise Control (ANC) sa používa v obchodnom svete na zníženie hluku pozadia v elektronických systémoch.
Technológia ANC funguje tak, že zaznamenáva šum pozadia, invertuje signál šumu, aby vytvoril „protihlukový“, a potom ho pridáva k výstupnému signálu.
ANC je možné vykonať buď pomocou analógových obvodov alebo spracovaním digitálnych signálov.
Digitálna redukcia šumu (DNR)
Schémy digitálnej redukcie hluku (DNR) slúžia na zníženie množstva zvuku, ktorý načúvacie prístroje vydávajú pri hluku.
Algoritmy DNR sledujú tvar vlny šumu pozadia a vytvárajú signál, ktorý buď zmení fázu tejto frekvencie, alebo ju v reálnom čase zoslabuje.
Technológia Digital Active Noise Cancellation (ANC) ruší hluk na pozadí o>40 dB, čo je najlepšie na trhu.
Pokročilé algoritmy
Pokročilé potlačenie hluku je možné dosiahnuť pomocou pokročilých algoritmov.
Na snímanie zvukových signálov z okolia sa používajú duálne všesmerové mikrofóny alebo quad všesmerové mikrofóny.
Tieto zvukové signály sa odosielajú do digitálneho signálového procesora (DSP), ktorý používa algoritmy, ktoré pomáhajú oddeliť a zbaviť sa šumu pozadia.
S pokročilejšími algoritmami by to mohlo zahŕňať izoláciu a zosilnenie reči, aby ste mohli počuť a byť jasne počuť bez ohľadu na to, aká je hlasitosť.
Aktívne potlačenie hluku, digitálna redukcia šumu a pokročilé algoritmy sú pokročilé metódy používané v priemysle na zníženie hluku pozadia v elektronických systémoch.
Tieto veci môžete robiť pomocou analógových obvodov alebo digitálneho spracovania signálu a na zachytenie zvukov z prostredia môžete použiť dva alebo štyri všesmerové mikrofóny.
Pokročilé potlačenie hluku v konečnom dôsledku pomáha oddeľovať a blokovať hluk pozadia, vďaka čomu je reč jasnejšia a tlmí nežiaduce zvuky.
Ako odstrániť hluk na pozadí v Audacity
Tip: Ak potrebujete, zapnite tlačidlo titulkov. Ak nie ste oboznámení s hovoreným jazykom, vyberte v tlačidle nastavení „automatický preklad“. Možno budete musieť najskôr kliknúť na jazyk videa, až potom bude váš obľúbený jazyk dostupný na preklad.
Môžu byť tieto zvuky užitočné?
| Použité v: | Popis: |
|---|---|
| Maskovanie zvuku: | Na niektorých miestach, napríklad v otvorených kanceláriách alebo nemocniciach, môže byť ťažké zachovať si súkromie a zabrániť ľuďom, aby vás obťažovali. Jedným z riešení je maskovanie zvuku. Vtedy sa zámerne pridáva hluk v pozadí, aby bolo ťažšie počuť konverzácie a iné zvuky. Napríklad stroj s bielym šumom alebo generátor prirodzeného zvuku možno použiť na vytvorenie upokojujúceho zvuku na pozadí, ktorý prekryje rušivejšie zvuky v prostredí. |
| Zvukový vodoznak: | Zvuková vodotlač je spôsob, ako sledovať, odkiaľ pochádza zvukový signál alebo kto ho vlastní, pridaním jedinečného identifikátora alebo kódu. Jedným zo spôsobov, ako to urobiť, je pridať do zvukového signálu určitý typ šumu na pozadí, ktorý ľudia nepočujú. Ale to môže zachytiť softvér alebo vybavenie so správnym druhom senzorov. |
| Spracovanie signálu: | Niektoré úlohy spracovania signálu, ako je rozpoznávanie reči alebo spracovanie obrazu, je možné spresniť pridaním malého množstva šumu na pozadí. Je to preto, že šum na pozadí môže pomôcť znížiť účinky nadmerného prispôsobenia alebo skreslenia v systéme a urobiť ho odolnejším voči zmeny na vstupe. |
| Zvuková alebo hudobná produkcia: | Hluk v pozadí možno použiť kreatívnym spôsobom na pridanie textúry alebo atmosféry do skladby alebo nahrávky. Napríklad zvuk dažďa alebo dopravy možno použiť na pozadí skladby na nastavenie určitej nálady alebo scény. |
| Testovanie a posudzovanie: | Počas testovania a vyhodnocovania môže byť niekedy k elektronickým systémom zámerne pridaný hluk pozadia, aby sa viac podobali skutočnému svetu alebo aby sa otestovalo, ako dobre fungujú pri strese. Napríklad výrobca automobilov môže otestovať elektronický systém automobilu v rôznych druhy hluku na pozadí, aby ste sa uistili, že funguje dobre vo všetkých situáciách. |
Záver
V konečnom dôsledku je hluk v pozadí veľkým problémom vo svete inžinierstva, ktorý sa často prehliada.
Ako sme videli, môže to ovplyvniť kvalitu a spoľahlivosť elektronických systémov a môže byť ťažké sa jej úplne zbaviť.
Dobrou správou však je, že existuje mnoho spôsobov, ako znížiť jeho účinky, od jednoduchých, ako je tienenie a uzemnenie, až po zložitejšie, ako sú algoritmy spracovania signálu a aktívne potlačenie hluku.
Inžinieri môžu vyrábať elektronické systémy, ktoré sú silné, spoľahlivé a efektívne, pretože vedia, odkiaľ hluk pozadia pochádza a čo môžu urobiť, aby sa ho zbavili.
Takže, keď nabudúce narazíte na hlučný elektronický systém, pamätajte, že hluk v pozadí nie je len nepríjemný; je to tiež inžinierska výzva, ktorá si vyžaduje kreatívne riešenia a technické know-how.
Zdieľať na…
