Будучи студентом технічного факультету чи інженером, ви знаєте, що електронні системи є скрізь, від телефону до автомобіля та побутової техніки.
Але ви можете не знати, що у цих систем є прихований ворог, який може вплинути на їхню роботу та надійність: фоновий шум.
Фоновий шум, як-от дзижчання електричних проводів або перешкоди від інших пристроїв, може погіршити якість сигналів і ускладнити роботу електронних систем.
Через це важливо знати багато про фоновий шум і як його ефективно позбутися.
У цій публікації в блозі ми дізнаємося про фоновий шум, зокрема про те, звідки він походить, що він робить і як завадити йому псувати електроніку.
Розуміння фонового шуму в електронних системах
Формальне визначення:
Небажані сигнали, які завжди присутні в електронній чи іншій системі, незалежно від того, присутній небажаний сигнал чи ні.
Фоновий шум – це будь-яка небажана або набридлива енергія, яка заважає комунікаційному сигналу. Він може виникати через такі природні фактори, як вітер, дощ, сніг, температура, вологість і гравітаційне тяжіння Місяця.
Він також може походити від речей, створених людьми, наприклад електронних систем, спектральної щільності потужності, магнітних полів, ліній електропередачі, генераторів, електростанцій, комп’ютерів або мобільних телефонів.
Фоновий шум впливає на якість сигналів в електронних системах, ускладнюючи спілкування людей.
Шум — це непотрібна помилка або випадкове збурення корисного інформаційного сигналу в каналі зв’язку.
S/N або SNR означає співвідношення сигнал/шум.
Співвідношення сигнал/шум (S/N або SNR) — це спосіб порівняти силу бажаного сигналу з інтенсивністю фонового шуму. Що стосується мережевих послуг, то вище співвідношення S/N краще, ніж нижче.
Наприклад, якщо співвідношення сигнал/шум сигналів Wi-Fi занизьке, це може погіршити продуктивність мережі, оскільки пристроям важче відрізнити потрібний сигнал від шуму.
Це може призвести до відкидання пакетів і надсилання даних знову і знову, знижуючи пропускну здатність і збільшуючи затримку.
Як екранування та заземлення допомагають зменшити фоновий шум
Екранування та заземлення можуть допомогти зменшити фоновий шум в електронних системах, надаючи всім пристроям єдину точку заземлення, запобігаючи петлям заземлення, збільшуючи відстань між мережами агресора та жертви, використовуючи екрановані кабелі та налаштовуючи належну систему заземлення.Екрановані кабелі можна використовувати для запобігання проникненню електростатичного шуму в провідники та для утримання електростатичного шуму всередині екрана. Правильне використання екранованих кабелів допоможе зменшити електростатичний шум, який надходить від загального режиму.
Щоб система DAQ мала менше проблем із шумом, необхідно виконати заземлення та заземлення на етапах проектування та встановлення.
Дотримуючись цих найкращих практик, ви можете зменшити рівень шуму сигналу, який впливає на мережі керування процесом, і переконатися, що електронні системи працюють належним чином.
Екранування може допомогти зменшити електромагнітні перешкоди (EMI) і радіочастотні перешкоди (RFI), створивши провідний бар’єр між пристроєм і джерелом перешкод.
Розкрийте силу фонового шуму: від неприємного до творчого інструменту
Усе ще важко зрозуміти? Дозвольте трохи змінити точку зору:
Вам набрид кришталево чистий звук і легке підключення на ваших пристроях? Ви хочете зробити свої електронні системи складнішими та складнішими у використанні? Ну, все, що вам потрібно зробити, це послухати фоновий шум! Так це правильно.
Ви можете перетворити ідеально працюючу систему на хаотичний безлад, дозволивши небажаним сигналам, які завжди присутні в електронних системах, вирувати.
Не вірите нам? Просто сядьте зручніше, нехай шум на задньому плані зробить свою справу!
Гаразд, це був просто жарт, схожий на телевізійну рекламу.
Тепер повернемося до пояснення...
Вимірювання та кількісна оцінка фонового шуму
Фоновий шум може впливати на електронні системи.
Це може знизити якість сигналів і вплинути на роботу мережі.
Важливо виміряти та підрахувати фоновий шум, щоб краще зрозуміти, як він впливає на вас, і знайти способи його позбутися.
Методи вимірювання фонового шуму
В електронних системах існує кілька способів вимірювання та підрахунку фонового шуму.
Джерело шуму, яке надсилає відомий шумовий сигнал у цікаву схему, є одним із способів зробити це.
Це дає змогу виміряти кількість випадкового шуму в ланцюзі.
Коефіцієнт шуму також використовується в методі посилення, який є іншим способом вимірювання фонового шуму в ланцюзі.
Коефіцієнт шуму схеми вимірюється методом посилення.
Коефіцієнт шуму - це міра того, скільки шуму додає схема до сигналу, який вона подає.
Аналізатор спектру також може вимірювати потужність шуму на виході.
Цей пристрій вимірює спектр потужності сигналу та може використовуватися для пошуку джерел шуму та визначення їхньої гучності.
Одиниці вимірювання рівнів електричного шуму
Одиниці вимірювання рівня електричного шуму включають електричну потужність N у ватах або дБм, середньоквадратичну (RMS) напругу у вольтах, дБВ, і середню квадратичну похибку (MSE) у вольтах у квадраті.
Вимірювачі рівня звуку
Шумоміри - це інструменти, які вимірюють рівень шуму в децибелах (дБ).
Ці пристрої мають налаштування під назвою А-зважування, яке змінює показання відповідно до того, як людське вухо реагує на різні частоти.
Шумоміри часто використовуються для вимірювання гучності навколишнього середовища, і вони є важливим інструментом для встановлення правил і норм щодо шуму.
Співвідношення сигнал/шум (S/N)
Співвідношення сигнал/шум (S/N) — це спосіб порівняння потужності бажаного сигналу з потужністю фонового шуму.
Відношення/шум зазвичай вимірюється в децибелах, і для його визначення можна використовувати логарифм за основою 10.
Наприклад, якщо ви вимірюєте в мікровольтах, ви можете використовувати таку формулу: S/N = 20 log10(Ps/Pn), де Ps — потужність сигналу, а Pn — потужність фонового шуму.
Джерела фонового шуму в електронних системах і як мінімізувати або усунути їх
Шум може надходити як зсередини, так і ззовні електронних систем. Шум, який виходить зсередини підсилювача, називається внутрішнім шумом. Шум, який надходить ззовні системи, називається зовнішнім шумом.
Кондуктивний шум, який надходить у систему через кабелі, і випромінюваний шум, який надходить звідкись через повітря чи вакуум, є обома типами зовнішнього шуму.
Електронні схеми в пристроях, які не є добре зробленими та не блокують достатньо шуму як зсередини, так і зовні, також будуть більш сприйнятливими до шуму сигналу.
Фільтрування та заземлення
Один із способів зменшити або позбутися фонового шуму в електронних системах – встановити фільтри на кабелі, куди надходить шум.
Для цього ви можете додати феритові затискачі до кабелю, щоб зробити його більш індуктивним.
Щоб системи DAQ мали менше шумових проблем, вони повинні бути спроектовані та встановлені з належним заземленням і заземленням.
Налаштування заземлення може допомогти зменшити шум і переконатися, що всі схеми в системі мають однаковий опорний потенціал, щоб можна було порівнювати різні сигнали.
Зменшення пропускної здатності
Зменшення пропускної здатності системи є ще одним хорошим способом зменшити шум сигналу.
Це те саме, що скоротити час, необхідний для вимірювання цифрового сигналу.
Якщо підсилювач має таку саму смугу пропускання, що й сигнал, який він підсилює, він додаватиме менше зовнішнього шуму, ніж підсилювач із вищою смугою пропускання.
Методи видалення фонового шуму з аудіо- чи відеозаписів і найкращі методи запобігання фоновому шуму
Видалення фонового шуму
Існують різні способи позбутися шумів на фоні аудіо- або відеозапису.
Одним із способів є використання фільтра, як-от аудіоефект шумозаглушення в TechSmith Camtasia або ефект зменшення шуму в Audacity, який передбачає ізоляцію кліпу та клацання «Ефект», «Зменшення шуму», «Отримати профіль шуму».
Існують також такі програмні засоби, як Krisp, Wavosaur, Samson Sound Deck, Wavepad і NoiseGate, які можна завантажити та використовувати для зменшення фонового шуму.
Запобігання фоновому шуму
Є кілька найкращих методів, які можна використовувати, щоб зупинити запис фонового шуму.
Одним з ефективних підходів є запис у тихій обстановці.
Це можна зробити, зменшивши простір між об’єктом і мікрофоном і збільшивши простір між мікрофоном і шумом.
По можливості також важливо позбутися джерел фонового шуму.
Наприклад, ви можете вимкнути сусідні кондиціонери або переїхати в нове місце з меншим шумом транспорту.
Використання спрямованих мікрофонів також може допомогти зменшити фоновий шум, зосередившись на джерелі звуку та мінімізуючи звуки з інших напрямків.
Вітрове скло та підсилення мікрофона
Використання хороших вітрових екранів на мікрофонах під час запису на вулиці є ще одним хорошим способом уникнути фонового шуму.
Залежно від пристрою, який використовується для запису звуків, зміна рівня підсилення мікрофона також може зменшити шум.
План дій
Нарешті, важливо навчитися справлятися з фоновими шумами та скласти план, що робити, якщо під час запису чи зустрічі з’являться несподівані шуми.
Це може допомогти покращити звук і зробити фоновий шум менш помітним.
Усунення фонового шуму в комунікаційних технологіях
Шум на задньому плані може бути великою проблемою під час онлайн-зустрічей або відеодзвінків.
Є кілька способів позбутися фонового шуму від комп’ютерних мікрофонів або гарнітур, і це гарна новина.
Використання вбудованих функцій шумозаглушення
Багато форм спілкування мають вбудовані функції шумозаглушення, які полегшують чутність під час зустрічей або дзвінків, коли є фоновий шум.
Наприклад, настільна програма Microsoft Teams і програма для iOS мають три рівні придушення шуму, щоб допомогти учасникам зустрічі виконувати завдання.
Використання сторонніх програм для видалення фонового шуму
Ще один спосіб позбутися фонового шуму — використовувати такі програми, як Krisp, які використовують технологію штучного інтелекту для придушення фонового шуму.
У разі використання з іншими інструментами зв’язку ці програми можуть покращити якість звуку дзвінків.
Звукоізоляція приміщення або зміна місця розташування
Ви також можете позбутися фонового шуму, зробивши звукоізоляцію кімнати або переїхавши.
Під час сеансів спілкування прості зміни, як-от зачинення дверей і вікон або перехід у тихішу кімнату, можуть допомогти зменшити шумові перешкоди.
Регулювання розташування мікрофона та динаміка
Зміна місця розміщення мікрофона та динаміків також може допомогти зменшити фоновий шум.
Якщо піднести мікрофон ближче до рота, він може вловити ваш голос на фоні шумних звуків.
Розташування динаміків подалі від мікрофона може зменшити кількість зворотного зв’язку та фонового шуму.
Використання Neat Devices
Охайні пристрої автоматично усувають фоновий шум під час телефонних дзвінків, створюючи віртуальну бульбашку для вашої зустрічі та зменшуючи шум, не заглушаючи учасників.
Технологія смарт-мікрофона та панелі динаміків у Neat допомагає зробити звук кристально чистим і зменшує фоновий шум.
Мінімізація фонового шуму в повсякденному середовищі
Фоновий шум є поширеною проблемою в будинках, школах, на робочих місцях і в громадських місцях.
Існує кілька речей, які можна зробити, щоб зменшити або позбутися фонового шуму.
Джерела фонового шуму в повсякденному середовищі
Деякі поширені джерела фонового шуму в повсякденному житті:
- Промислові джерела, такі як текстильні фабрики, машинобудівні заводи, друкарні та металургійна промисловість.
- Гучні прилади з барабанами, що крутяться, або дзижчачими вентиляторами в будинках.
- Шум у школах, наприклад, у класах, кафетеріях, коридорах та на ігрових майданчиках.
- Професійний шум у важких промислових і виробничих середовищах, таких як ферми, кафетерії чи бари.
Стратегії мінімізації фонового шуму
- Використання вушних затичок і бар'єрів.
Використовуйте затички для вух або навушники з шумопоглинанням, щоб зменшити або позбутися фонового шуму.
Їх можна носити на роботі або під час сну, щоб зменшити кількість шуму з навколишнього середовища.
Стіни, двері та вікна також можна використовувати для зменшення вібрації та гучних звукових хвиль.
- Використання більш тихих приладів.
У будинках такі гучні прилади, як барабани або вентилятори, що дзижчать, слід замінити на тихіші.
Це може значно зменшити шум у домі.
- Використання машин білого/рожевого шуму.
Машини з білим шумом також можна використовувати для прикриття фонового шуму, оскільки вони створюють рівний звук, який допомагає заглушити інші звуки.
Але машини з білим шумом можуть бути не найкращим вибором у всіх ситуаціях, оскільки вони також можуть підвищити рівень шуму.
- Акустична обробка.
Використання таких матеріалів, як панелі або плитка, для поглинання звукових хвиль і скорочення часу реверберації називається акустичною обробкою.
Це може бути особливо корисним у класах та інших місцях, де відбувається навчання, де фоновий шум може відволікати увагу.
- Інженерні модифікації.
На робочих місцях, де занадто багато шуму, роботодавці повинні визначити, які сфери чи завдання викликають занадто багато шуму, і вжити заходів для його зменшення.
Це може означати внесення змін до джерела шуму або середовища на робочому місці за допомогою техніки.
Приклади:
- Використання звукопоглинальних матеріалів для стін, підлоги та стелі.
- Огородження або ізоляція шумного обладнання.
- Встановлення бар'єрів або звукових завіс для блокування або поглинання шуму.
- Засоби індивідуального захисту.
Коли технологій недостатньо для вирішення проблеми, людям також слід надати засоби індивідуального захисту, такі як затички для вух або навушники.
Загалом, існує кілька способів зменшити або позбутися фонового шуму.
Це може включати внесення змін до джерела шуму, використання засобів індивідуального захисту, перестановку меблів, використання акустичних панелей, посадку дерев, використання білих/рожевих шумових машин або заміну гучних приладів на тихіші.
Усунення фонового шуму в електронних системах
Активне шумозаглушення (ANC)
Технологія активного контролю шуму (ANC) використовується в діловому світі для зменшення фонового шуму в електронних системах.
Технологія ANC працює шляхом запису фонового шуму, інвертування сигналу шуму, щоб створити «антишум», а потім додавання його до вихідного сигналу.
ANC можна виконувати за допомогою аналогових схем або шляхом обробки цифрових сигналів.
Цифрове зменшення шуму (DNR)
Схеми цифрового шумозаглушення (DNR) створені для зниження рівня звуку, який видають слухові апарати, коли є шум.
Алгоритми DNR розглядають форму хвилі фонового шуму та створюють сигнал, який або змінює фазу цієї частоти, або робить її слабшою в реальному часі.
Технологія цифрового активного шумозаглушення (ANC) усуває фоновий шум на>40 дБ, що є найкращим показником на ринку.
Розширені алгоритми
Розширене придушення шуму можна здійснити за допомогою розширених алгоритмів.
Подвійні всеспрямовані мікрофони або чотири всеспрямовані мікрофони використовуються для захоплення звукових сигналів із навколишнього середовища.
Ці аудіосигнали надсилаються до процесора цифрових сигналів (DSP), який використовує алгоритми, щоб допомогти відокремити та позбутися фонового шуму.
З досконалішими алгоритмами це може включати виділення та посилення мовлення, щоб ви могли чітко чути та бути почутим, незалежно від того, наскільки воно голосне.
Активне шумозаглушення, цифрове шумозаглушення та розширені алгоритми — це передові методи, які використовуються в промисловості для зменшення фонового шуму в електронних системах.
Ви можете робити це за допомогою аналогових схем або цифрової обробки сигналу, і ви можете використовувати два або чотири всенаправлені мікрофони, щоб вловлювати звуки з навколишнього середовища.
Зрештою, вдосконалене придушення шуму допомагає відокремити та заблокувати фоновий шум, що робить мову чіткішою та зменшує небажані звуки.
Як видалити фоновий шум в Audacity
Порада: увімкніть кнопку субтитрів, якщо вона вам потрібна. Виберіть «автоматичний переклад» у кнопці налаштувань, якщо ви не знайомі з розмовною мовою. Можливо, вам доведеться спершу натиснути мову відео, перш ніж ваша улюблена мова стане доступною для перекладу.
Чи можуть ці шуми бути корисними?
| Використовується в: | опис: |
|---|---|
| Маскування звуку: | У деяких місцях, як-от офіси відкритого планування чи лікарні, може бути важко зберегти вашу конфіденційність і не допустити, щоб люди вас турбували. Маскування звуку є одним із рішень. Це коли навмисно додається фоновий шум, щоб важче почути розмови та інші звуки. Наприклад, для створення заспокійливого фонового звуку, який приховує більш відволікаючі звуки в навколишньому середовищі, можна використовувати машину з білим шумом або природний генератор звуку. |
| Аудіо водяний знак: | Водяні знаки аудіо — це спосіб відстежити, звідки надійшов аудіосигнал або хто ним володіє, додавши до нього унікальний ідентифікатор або код. Один зі способів зробити це — додати до аудіосигналу певний тип фонового шуму, який люди не чують але це може бути виявлено програмним забезпеченням або обладнанням із відповідними датчиками. |
| Обробка сигналу: | Деякі завдання з обробки сигналів, наприклад розпізнавання мовлення або обробка зображень, можна зробити більш точними, додавши невелику кількість фонового шуму. Це пояснюється тим, що фоновий шум може допомогти зменшити вплив переобладнання або зсуву в системі та зробити її більш стійкою до зміни у вхідних даних. |
| Виробництво аудіо або музики: | Фоновий шум можна використати у творчий спосіб, щоб додати текстури чи атмосфери пісні чи запису. Наприклад, звук дощу чи руху можна використати на тлі пісні, щоб створити певний настрій чи сцену. |
| Тестування та суддівство: | Під час тестування та оцінювання до електронних систем іноді навмисно додається фоновий шум, щоб зробити їх більш схожими на реальний світ або перевірити, наскільки добре вони працюють під навантаженням. Наприклад, виробник автомобіля може перевірити електронну систему автомобіля в різних види фонового шуму, щоб переконатися, що він добре працює в усіх ситуаціях. |
Висновок
Зрештою, фоновий шум є великою проблемою у світі техніки, про яку часто не помічають.
Як ми бачили, це може вплинути на якість і надійність електронних систем і може бути важко повністю позбутися.
Але хороша новина полягає в тому, що існує багато способів зменшити його вплив: від простих, таких як екранування та заземлення, до більш складних, таких як алгоритми обробки сигналів і активне шумозаглушення.
Інженери можуть створити міцні, надійні та ефективні електронні системи, знаючи, звідки походить фоновий шум і що вони можуть зробити, щоб його позбутися.
Отже, наступного разу, коли ви зіткнетеся з шумною електронною системою, пам’ятайте, що фоновий шум не просто дратує; це також інженерний виклик, який потребує творчих рішень і технічного ноу-хау.
Поділіться на…
