I elektronik og radio kan forholdet mellem ønskede elektroniske signaler og uønsket støj variere over et ekstremt bredt område op til en milliard gange eller mere. Beregningen for signal-støj-forholdet (SNR) er enten forskellen på to logaritmer eller logaritmen i forholdet mellem hoved- og støjsignalerne.
Elektroniske signaler og støj
På godt og ondt er uønsket støj en naturligt forekommende og uundgåelig del af signaler i alle elektroniske kredsløb og transmitterede radiobølger. Hver kredsløbskomponent, fra transistorer til modstande til ledningerne, består af atomer, der vibrerer tilfældigt som reaktion på omgivelsestemperatur; tilfældige vibrationer producerer elektrisk støj. I luften passerer radiotransmissioner gennem et miljø fuldt af elektromagnetisk interferens (EMI) fra kraftledninger, industrielt udstyr, solen og mange andre kilder. En elektronikingeniør vil vide, om signalet, hendes udstyr modtager, hvor meget er støj, og hvor meget information, der ønskes.
Om Decibel-enheder
Forskere og ingeniører, der arbejder med signaler, bruger ofte målinger i decibel (dB) -format i stedet for standard lineære enheder som volt eller watt. Dette skyldes, at du i et lineært system enten ender med at skrive mange besværlige nuller i dine figurer eller ty til videnskabelig notation. Decibel-enheder er derimod afhængige af logaritmer. Selvom dB-enheder tager noget at vænne sig til, gør de livet lettere ved at lade dig bruge numre, der er mere kompakte. For eksempel har en forstærker et dynamisk område på 100 dB; dette betyder, at de stærkeste signaler er 10 milliarder gange stærkere end de svageste. At arbejde med "100 dB" er lettere end "10 mia."
Signalmåling og analyse
Før du foretager SNR-beregningen, skal du måle værdier for hovedsignalet, S og støj, N. Du kan muligvis bruge en signalstyrke-analysator, der viser signalerne på et grafisk display. Disse skærme viser typisk signalstyrke i decibel (dB) enheder. På den anden side kan du få "rå" signal- og støjværdier i enheder som volt eller watt. Disse er ikke dB-enheder, men du kan komme til dB-enheder ved at anvende en logaritmefunktion.
SNR-beregning - enkel
Hvis dine signal- og støjmålinger allerede er i dB-form, skal du blot trække støjtallet fra hovedsignalet: S - N. For når du trækker logaritmer, er det det samme som at dividere normale tal. Forskellen mellem numrene er SNR. For eksempel: Du måler et radiosignal med en styrke på -5 dB og et støjsignal på -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.
SNR-beregning - kompliceret
For at beregne SNR skal du dele værdien af hovedsignalet med støjens værdi og derefter tage den fælles logaritme af resultatet:
\ text {SNR} = \ log {\ frac {S} {N}}
Der er endnu et trin: Hvis dine signalstyrke tal er enheder (watt), skal du gange med 20; multipliceret med 10, hvis de er spændingsenheder.
Til strøm:
\ text {SNR} = 20 \ log {\ frac {S} {N}}
Til spænding:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {S} {N}}
Resultatet af denne beregning er SNR i decibel. For eksempel er din målte støjværdi (N) 1 mikrovolt, og dit signal (S) er 200 millivolt. SNR er:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {0.2} {0.000001}} = 53 \ text {dB}
Betydning af SNR
Signal / støj-forholdstal handler om styrken af det ønskede signal sammenlignet med den uønskede støj. Jo større nummer, jo mere “skiller det ønskede signal sig ud” i forhold til støj, hvilket betyder en klarere transmission af bedre teknisk kvalitet. Et negativt tal betyder, at støj er stærkere end det ønskede signal, hvilket kan stave problemer, f.eks. En mobiltelefonsamtale, der er for forvansket til at forstå. For en stemmetransmission af fair kvalitet, såsom et cellulært signal, er SNR i gennemsnit ca. 30 dB eller et signal, der er 1.000 gange stærkere end støj. Nogle lydudstyr har en SNR på 90 dB eller bedre; i så fald er signalet 1 milliard gange stærkere end støj.