V elektronice a rádiu se poměr požadovaných elektronických signálů k nežádoucímu šumu může lišit v extrémně širokém rozsahu, a to až miliardkrát nebo více. Výpočet odstupu signálu od šumu (SNR) je buď rozdíl dvou logaritmů, nebo logaritmus poměru hlavních signálů a šumů.
Elektronické signály a šum
Lepší nebo horší je nežádoucí šum přirozeně se vyskytující a nevyhnutelnou součástí signálů ve všech elektronických obvodech a přenášených rádiových vlnách. Každá součást obvodu, od tranzistorů přes rezistory až po kabeláž, je složena z atomů, které vibrují náhodně v reakci na okolní teplotu; náhodné vibrace produkují elektrický šum. Ve vzduchu procházejí rádiové přenosy prostředím plným elektromagnetického rušení (EMI) z elektrického vedení, průmyslového zařízení, slunce a mnoha dalších zdrojů. Elektronický inženýr chce vědět, o signálu, který její zařízení přijímá, kolik je hluku a kolik je požadovaných informací.
O jednotkách Decibel
Vědci a inženýři, kteří pracují se signály, často používají měření v decibelech (dB) namísto standardních lineárních jednotek, jako jsou volty nebo watty. Je to proto, že v lineárním systému buď do svých čísel zapíšete spoustu těžkopádných nul, nebo se uchýlíte k vědecké notaci. Decibelové jednotky se naopak spoléhají na logaritmy. Jednotky dB si sice trochu zvykají, ale usnadňují život tím, že vám umožňují používat čísla, která jsou kompaktnější. Například zesilovač má dynamický rozsah 100 dB; to znamená, že nejsilnější signály jsou 10 miliardkrát silnější než ty nejslabší. Práce s „100 dB“ je jednodušší než „10 miliard“.
Měření a analýza signálu
Před provedením výpočtu SNR budete potřebovat naměřené hodnoty hlavního signálu, S a šumu, N. Můžete použít analyzátor síly signálu, který zobrazuje signály na grafickém displeji. Tyto displeje obvykle zobrazují sílu signálu v decibelech (dB). Na druhou stranu vám mohou být poskytnuty „surové“ hodnoty signálu a šumu v jednotkách, jako jsou volty nebo watty. Nejedná se o jednotky dB, ale k jednotkám dB se můžete dostat použitím logaritmické funkce.
Výpočet SNR - jednoduchý
Pokud jsou vaše měření signálu a šumu již ve formě dB, jednoduše odečtěte hodnotu šumu od hlavního signálu: S - N. Protože když odečtete logaritmy, je to stejné jako dělení normálních čísel. Rozdíl čísel je SNR. Například: změříte rádiový signál o síle -5 dB a šumový signál -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.
Výpočet SNR - komplikovaný
Chcete-li vypočítat SNR, vydělte hodnotu hlavního signálu hodnotou šumu a poté proveďte společný logaritmus výsledku:
\ text {SNR} = \ log {\ frac {S} {N}}
Je tu ještě jeden krok: Pokud jsou vaše údaje o síle signálu jednotky výkonu (watty), vynásobte je 20; pokud jsou jednotkami napětí, vynásobte 10.
Pro napájení:
\ text {SNR} = 20 \ log {\ frac {S} {N}}
Pro napětí:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {S} {N}}
Výsledkem tohoto výpočtu je SNR v decibelech. Například vaše naměřená hodnota šumu (N) je 1 mikrovolt a váš signál (S) je 200 milivoltů. SNR je:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {0.2} {0,000001}} = 53 \ text {dB}
Význam SNR
Čísla poměru signálu k šumu jsou o síle požadovaného signálu ve srovnání s nežádoucím šumem. Čím větší číslo, tím více požadovaný signál „vyniká“ ve srovnání s šumem, což znamená jasnější přenos s lepší technickou kvalitou. Záporné číslo znamená, že šum je silnější než požadovaný signál, což může způsobit potíže, jako je například konverzace na mobilním telefonu, která je příliš zkomolená na to, aby pochopila. Pro férový přenos hlasu, jako je mobilní signál, je průměr SNR kolem 30 dB nebo signál, který je 1 000krát silnější než šum. Některá zvuková zařízení mají SNR 90 dB nebo lepší; v takovém případě je signál 1 miliardkrát silnější než šum.