domingo, agosto 05, 2007

Sinais e Ruídos - conceitos básicos

Quem desenvolve circuitos eletrônicos, seja profissionalmente ou por hobby, volta e meia tem que enfrentar problemas causados por ruídos.

Coloco neste post uma breve explanação sobre o que são ruídos e sinais, pois estes conceitos são importantes e normalmente quem está iniciando não está familiarizado com eles.

O que é um sinal?
Sinal, para nós é toda informação, elétrica/magnética que nos é útil ou contém informações que nos interessam.

Por exemplo, os sinais transmitidos pelas emissoras de rádio ou TV são sinais (de rádio ou TV, respectivamente).

E como caracterizamos os sinais? - Um sinal é caracterizado por sua forma de onda, freqüência e amplitude.

Ruídos
Ruídos são pertubações elétrico/magnéticas que deterioram os sinais que desejamos transmitir, receber ou tratar no nosso circuito.

Um exemplo de fonte de ruído é o liquidificador. Ao ligarmos um liquidificador, ele emite sinais espúrios (ruído) que se propagam, principalmente pela rede elétrica da nossa residência e este ruído irá degradar a imagem dos canais exibidos no televisor.

Um sinal indesejado também pode ser encarado como ruído sob determinadas condições.
Podemos exemplificar esta afirmação com o seguinte exemplo: imagine que você está tentando assistir ao canal 5 no televisor e próximo a sua casa, está a emissora do canal 4.

Muito provavelmente, aparecerão as duas imagens/sons: as do canal 5, que você quer assistir e as do canal 4, que estará interferindo no que é exibido.
Neste caso, o sinal do canal 4 atuará como ruído.

Um ruído, geralmente, é um sinal aleatório (mas nem sempre, conforme o exemplo anterior).

Os ruídos podem ser classificados pelos seus tipos, pelas freqüências em que atuam, e pela sua origem.

Tipos de ruído

São vários os tipos. Cito aqui alguns.
  • Ruído Térmico ou de Johnson-Nyquist: gerado devido à agitação térmica dos átomos. Todo componente eletrônico gera ruído entre seus terminais devido à agitação térmica dos átomos. Quanto maior a temperatura, maior será o ruído Johnson.
    O ruído térmico apresenta aspecto praticamente constante para extensa faixa espectral para frequências de até 10.000 Ghz. Este ruído é quase que um ruído branco.

  • Ruído Shot: Causado pelo fluxo finito de partículas (elétrons ou fótons). O elétron possui carga discreta, logo o fluxo de elétrons possui carga discreta e a circulação dos mesmos gera uma flutuação do campo elétrico e por conseqüência uma flutuação da corrente elétrica.
    Tendo em vista que em um circuito eletrônico sempre haverá fluxo de elétrons durante seu funcionamento, podemos dizer que é impossível nos livrarmos dele.

  • Ruído Rosa, Ficker ou 1/f: ocorre em quase todos os dispositivos eletrônicos, e para uma freqüência f constante, sua potência cai cerca de 3 db por oitava. Para freqüências altas o suficiente, este ruído nunca é o dominante, devido a atenuação da sua potência.
    Uma curiosidade: engenheiros de áudio utilizam o ruído rosa para determinar se o sistema tem resposta em freqüência plana para a banda de interesse.
    Várias são as causas do ruído rosa. Podemos citar a mudança de valor das resistências dos componentes (lembre-se que a resistência de um material varia com a temperatura). Os tubos de raios catódicos, quando emitindo corrente são outro exemplo.

  • Ruído branco: é o sinal que possui componentes de todas as freqüências do espectro e que possui a mesma quantidade de energia para toda a faixa de frequências.
    O nome branco dado ao ruído deve-se a uma analogia com o espectro de cores. A luz branca, percebida pelo olho, na realidade, é a soma de todas as componentes (freqüências) de cor.
    Podemos pensar no ruído branco como a reprodução de todos os tons ao mesmo tempo (Um tom é um som que se repete a uma determinada freqüência).

    Há várias aplicações do ruído branco. Entre elas, podemos citar:
    1. determinação da resposta em freqüência de um sistema (de telecomunicações, equipamentos de áudio e linhas de transmissão)
    2. ajuda no processo de relaxamento e sono das pessoas.
    3. ajuda na concentração das pessoas.
    4. síntese musical, para a síntese subtrativa ou para a simulação de sons percussivos ou de fricção.

Classificação de Ruídos quanto à freqüência
  • Ruído de baixa freqüência: O ruído de baixa freqüência pode ser minimizado com o uso de filtros passa alta.

  • Ruído de freqüência intermediária. Geralmente ruídos de interferência. O ruído de interferência mais comum é o ruído gerado na linha de energia elétrica, com freqüência fundamental de cerca de 60 Hz e suas harmônicas.
    Podemos remover este ruído com filtros, bem como modulando-se a freqüência da fonte de sinais e a freqüência usada na detecção.

  • Ruído de alta freqüência. Os ruídos de alta freqüência são os mais difíceis de se eliminar: o ruído branco ou ruído gaussiano. Podemos, em alguns casos, minimizar este tipo de ruído através de programas que apliquem filtros de transformada de Fourier.
Origem
  • Ruído exógeno -são ruídos devido às interferências externas ao processo ou sistema. Por exemplo, os sinais de uma emissora de rádio ou TV que se sobrepõe ao nosso sinal.

  • Ruído endógeno - são ruídos devido às interferências internas do processo ou sistema. Por exemplo, as interferências geradas pelo funcionamento da fonte chaveada de um circuito.

  • Ruído de repertório - refere-se às inteferências ocorridas diretamente na produção ou interpretação da mensagem, provocadas pelo repertório dos emissores e receptores.

Espero ter esclarecido alguma coisa em relação aos tópicos tratados. Em posts futuros, pretendo abordar, na prática, o projeto de filtros e outras técnicas de redução de ruído.

11 comentários:

Vanessa Wagner disse...

Viu, tava procurando umas coisas sobre ruído na net pra fazer um trabalho e achei teu blog..Rs
Bom, faço fonoaudiologia e gostei mto do que vc escreveu, o problema éh que não posso coloca teu blog na referência néh...hehe
Bom, intão se vc puder me passa as referências que vc usou, vou ficar mto agradecida..x)
Meu email éh vane_fono@hotmail.com

Se quizer pode add Rs.

Bjo

Marcio Andrey Oliveira disse...

Vanessa, boa noite.

Primeiramente, obrigado pela visita ao meu blog. Fico feliz que tenhas gostado.

Os livros que eu utilizei como referência seguem abaixo:

* Random Signals and Noise: A Mathematical Introduction de Shlomo Engelberg
* Electronic Noise and Interfering Signals: Principles and Applications de Gabriel Vasilescu
* Noise and Other Interfering Signals de Ralph Morrison

São livros utilizados no curso de engenharia. O primeiro envolve muita matemática. Os outros dois também, porém com mais teoria.

Se tu tiveres que escolher apenas um, prefira o segundo.

el gavion disse...

boas
também ando a procura de informação sobre reduzir ruidos, e claro se tiver esquemas sobre o tema era muito bom....
muito obrigado por tudo

fernando disse...

.Olá Marcio, gostaria que vc me ajudasse em relação a um problema que minha mãe está enfretando. Minha mãe é uma senhora idosa e tem reclamado de um ruído contínuo em sua residência que teria surgido após a instalação de uma cerca elétrica numa casa vizinha. Eu não consigo ouvir muito bem o ruído que seria muito baixinho porém, para ela que fica em casa o dia todo, o tal barulho existe e a incomoda muito. Ela referiu que o barulho desapareceu quando o vizinho retirou algumas calhas de lata que estão em contato com a cerca; mesmo com a cerca permanecendo ligada. Como minha mãe tem sofrido muito com isso será que existe alguma coisa que eu possa fazer? para medir esse barulho por exemplo? É possível que haja mesmo esse ruído por conta dessas estruturas? Obs: Ela diz que é um ruído de eletricidade.

Marcio Andrey Oliveira disse...

Fernando, obrigado por ter visitado o meu blog.

O ruído que tu mencionas pode ter várias soluções. Mas para isso precisariamos determinar as causas.

Infelizmente, sem ver a instalação da cerca elétrica, não tenho muito como ajudar.

Marrte Solluz disse...

o que seria ruído global?

Marcio Andrey Oliveira disse...

Marrte, obrigado pela visita.

Ruído global refere-se a soma de todos os ruídos que um sistema está sujeito.

Ele inclui desde os ruídos externos (por exemplo, interferências eletromagnéticas vindas pela rede de alimentação e as irradiadas por motores elétricos) até os ruídos inerentes ao próprio sistema (por exemplo, o ruído térmico).

mayra disse...

nossa tenho que fazer uma prova sabado,e eu estava pesquisando sobre ruidos, e encontrei, tudo isso era isatamente o que estava prescisando para estudadar..
meu nome é Mayra e eu fasso Gestão Ambiental....
obrigada se tiver mais algumas coisas sobre ruidos pode mandar pra mim meu imail é ( mayracastro1950@hotmail.com) .. grata..

Marcio Andrey Oliveira disse...

Mayra, obrigado pela visita.

Fico feliz que o artigo tenha sido útil.

As referências que usei foram os livros

* Random Signals and Noise: A Mathematical Introduction de Shlomo Engelberg
* Electronic Noise and Interfering Signals: Principles and Applications de Gabriel Vasilescu
* Noise and Other Interfering Signals de Ralph Morrison

INSTALAR O XP NO ASPIRE ON DA ASER disse...

Olá amigo tem com vc me orientar nesse exercio:

Pretentde-se transmitir dados a uma taxa de 100mbps, através de um canal com largura de banda de 20Mhz. Qual deve ser a relação sinal-ruido decibeis?

Marcio Andrey Oliveira disse...

Oi. Desculpe-me pela demora na resposta.

Faz mais de 15 anos que eu não estudo esse assunto e já não me lembro mais das equações. :(

Não tenho mais livros de engenharia (só programação) e infelizmente meu tempo está muito reduzido para que eu possa ir atrás de um livro e estudar esse tópico novamente.

Sinto não poder ajudar.