В електрониката и радиото съотношението на желаните електронни сигнали към нежелания шум може да варира в изключително широк диапазон, до милиард пъти или повече. Изчисляването на съотношението сигнал / шум (SNR) е или разликата от два логаритма, или логаритъма на съотношението на главния и шумовия сигнали.
Електронни сигнали и шум
За добро или лошо нежеланият шум е естествена и неизбежна част от сигналите във всички електронни схеми и предавани радиовълни. Всеки компонент на веригата, от транзистори до резистори до окабеляване, се състои от атоми, които вибрират произволно в отговор на околната температура; случайните вибрации произвеждат електрически шум. Във въздуха радиопредаванията преминават през среда, пълна с електромагнитни смущения (EMI) от електропроводи, промишлено оборудване, слънце и много други източници. Инженер по електроника иска да знае за сигнала, който получава нейното оборудване, колко е шумът и колко е желаната информация.
Относно мерните единици Decibel
Учените и инженерите, които работят със сигнали, често използват измервания във формат децибели (dB) вместо стандартни линейни единици като волта или вата. Това е така, защото в линейна система или в крайна сметка ще напишете много тромави нули във фигурите си, или ще прибегнете до научна нотация. Децибелните единици, от друга страна, разчитат на логаритми. Въпреки че dB мерните единици изискват известно свикване, те улесняват живота, като ви позволяват да използвате числа, които са по-компактни. Например усилвателят има динамичен диапазон от 100 dB; това означава, че най-силните сигнали са 10 милиарда пъти по-силни от най-слабите. Работата със „100 dB“ е по-лесна от „10 милиарда“.
Измерване и анализ на сигнала
Преди да направите изчислението на SNR, ще ви трябват измерени стойности на основния сигнал, S, и шума, N. Може да използвате анализатор на силата на сигнала, който показва сигналите на графичен дисплей. Тези дисплеи обикновено показват силата на сигнала в децибели (dB) единици. От друга страна, може да ви бъдат дадени „сурови“ стойности на сигнала и шума в единици като волта или вата. Това не са dB единици, но можете да стигнете до dB единици, като приложите функция на логаритъма.
SNR изчисление - просто
Ако вашите измервания на сигнал и шум вече са в dB форма, просто извадете цифрата на шума от основния сигнал: S - N. Защото когато изваждате логаритми, това е същото като разделяне на нормални числа. Разликата в числата е SNR. Например: измервате радиосигнал със сила от -5 dB и шумов сигнал от -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.
SNR изчисление - сложно
За да изчислите SNR, разделете стойността на основния сигнал на стойността на шума и след това вземете общия логаритъм на резултата:
\ text {SNR} = \ log {\ frac {S} {N}}
Има още една стъпка: Ако вашите цифри за силата на сигнала са единици за мощност (ватове), умножете по 20; ако са единици за напрежение, умножете по 10.
За мощност:
\ text {SNR} = 20 \ log {\ frac {S} {N}}
За напрежение:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {S} {N}}
Резултатът от това изчисление е SNR в децибели. Например, вашата измерена стойност на шума (N) е 1 микроволта, а вашият сигнал (S) е 200 миливолта. SNR е:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {0.2} {0.000001}} = 53 \ text {dB}
Значение на SNR
Съотношението сигнал / шум е свързано със силата на желания сигнал в сравнение с нежелания шум. Колкото по-голям е броят, толкова по-силно се „откроява“ желаният сигнал в сравнение с шума, което означава по-ясно предаване с по-добро техническо качество. Отрицателното число означава, че шумът е по-силен от желания сигнал, което може да доведе до проблеми, като например разговор с мобилен телефон, който е твърде изкривен, за да се разбере. За предаване на глас с добро качество, като клетъчен сигнал, SNR е средно около 30 dB или сигнал, който е 1000 пъти по-силен от шума. Някои аудио оборудвания имат SNR от 90 dB или по-добър; в този случай сигналът е 1 милиард пъти по-силен от шума.