Πώς να υπολογίσετε το λόγο σήματος προς θόρυβο

Στα ηλεκτρονικά και το ραδιόφωνο, η αναλογία των επιθυμητών ηλεκτρονικών σημάτων προς τον ανεπιθύμητο θόρυβο μπορεί να ποικίλει σε ένα εξαιρετικά ευρύ φάσμα, έως και ένα δισεκατομμύριο φορές ή περισσότερο. Ο υπολογισμός για την αναλογία σήματος προς θόρυβο (SNR) είναι είτε η διαφορά δύο λογάριθμων είτε ο λογάριθμος της αναλογίας των κύριων σημάτων και των σημάτων θορύβου.

Για καλύτερα ή χειρότερα, ο ανεπιθύμητος θόρυβος είναι ένα φυσικό και αναπόφευκτο μέρος των σημάτων σε όλα τα ηλεκτρονικά κυκλώματα και τα μεταδιδόμενα ραδιοκύματα. Κάθε στοιχείο κυκλώματος, από τρανζίστορ έως αντιστάσεις έως την καλωδίωση, αποτελείται από άτομα που δονούνται τυχαία σε απόκριση στη θερμοκρασία περιβάλλοντος. οι τυχαίες δονήσεις παράγουν ηλεκτρικό θόρυβο. Στον αέρα, οι ραδιοφωνικές μεταδόσεις περνούν μέσα από ένα περιβάλλον γεμάτο ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) από ηλεκτροφόρα καλώδια, βιομηχανικό εξοπλισμό, τον ήλιο και πολλές άλλες πηγές. Ένας μηχανικός ηλεκτρονικών ειδών θέλει να μάθει, για το σήμα που λαμβάνει ο εξοπλισμός της, πόσο είναι ο θόρυβος και πόσες πληροφορίες είναι οι επιθυμητές.

Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί που εργάζονται με σήματα χρησιμοποιούν συχνά μετρήσεις σε μορφή ντεσιμπέλ (dB) αντί για τυπικές γραμμικές μονάδες όπως βολτ ή βατ. Αυτό συμβαίνει επειδή, σε ένα γραμμικό σύστημα, είτε θα καταλήξετε να γράφετε πολλά μηδενικά μηδενικά στα σχήματα σας είτε θα καταφεύγετε σε επιστημονική σημειογραφία. Οι μονάδες Decibel, από την άλλη πλευρά, βασίζονται σε λογάριθμους. Αν και οι μονάδες dB έχουν συνηθίσει, κάνουν τη ζωή πιο εύκολη, επιτρέποντάς σας να χρησιμοποιείτε αριθμούς που είναι πιο συμπαγής. Για παράδειγμα, ένας ενισχυτής έχει δυναμικό εύρος 100 dB. Αυτό σημαίνει ότι τα ισχυρότερα σήματα είναι 10 δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερα από τα πιο αδύναμα. Η εργασία με "100 dB" είναι ευκολότερη από "10 δισεκατομμύρια".

Πριν κάνετε τον υπολογισμό SNR, θα χρειαστείτε μετρημένες τιμές του κύριου σήματος, S και του θορύβου, Ν. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν αναλυτή ισχύος σήματος που εμφανίζει τα σήματα σε μια γραφική οθόνη. Αυτές οι οθόνες συνήθως εμφανίζουν ισχύ σήματος σε μονάδες ντεσιμπέλ (dB). Από την άλλη πλευρά, μπορεί να σας δοθούν «ακατέργαστες» τιμές σήματος και θορύβου σε μονάδες όπως βολτ ή βατ. Αυτές δεν είναι μονάδες dB, αλλά μπορείτε να φτάσετε σε μονάδες dB εφαρμόζοντας μια συνάρτηση λογάριθμου.

Εάν οι μετρήσεις του σήματος και του θορύβου σας είναι ήδη σε μορφή dB, απλώς αφαιρέστε το σχήμα θορύβου από το κύριο σήμα: S - N. Επειδή όταν αφαιρείτε λογάριθμους, είναι το ίδιο με τη διαίρεση των κανονικών αριθμών. Η διαφορά των αριθμών είναι το SNR. Για παράδειγμα: μετράτε ένα ραδιοφωνικό σήμα με ένταση -5 dB και ένα σήμα θορύβου -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.

Για τον υπολογισμό του SNR, διαιρέστε την τιμή του κύριου σήματος με την τιμή του θορύβου και, στη συνέχεια, πάρτε τον κοινό λογάριθμο του αποτελέσματος:

Υπάρχει ένα ακόμη βήμα: Εάν οι τιμές ισχύος του σήματος σας είναι μονάδες ισχύος (watt), πολλαπλασιάστε επί 20. εάν είναι μονάδες τάσης, πολλαπλασιάστε επί 10.

Για ισχύ:

Για τάση:

Το αποτέλεσμα αυτού του υπολογισμού είναι το SNR στα ντεσιμπέλ. Για παράδειγμα, η μετρούμενη τιμή θορύβου (N) είναι 1 microvolt και το σήμα σας (S) είναι 200 ​​millivolts. Το SNR είναι:

Οι αριθμοί λόγου σήματος προς θόρυβο αφορούν την ισχύ του επιθυμητού σήματος σε σύγκριση με τον ανεπιθύμητο θόρυβο. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός, τόσο περισσότερο το επιθυμητό σήμα «ξεχωρίζει» σε σύγκριση με τον θόρυβο, πράγμα που σημαίνει σαφέστερη μετάδοση καλύτερης τεχνικής ποιότητας. Ένας αρνητικός αριθμός σημαίνει ότι ο θόρυβος είναι ισχυρότερος από το επιθυμητό σήμα, το οποίο μπορεί να προκαλέσει προβλήματα, όπως μια συνομιλία κινητού τηλεφώνου που είναι πολύ αλλοιωμένη για να καταλάβει. Για μετάδοση φωνής εύλογης ποιότητας, όπως ένα κυψελοειδές σήμα, ο SNR έχει μέσο όρο περίπου 30 dB ή ένα σήμα που είναι 1.000 φορές ισχυρότερο από το θόρυβο. Ορισμένος εξοπλισμός ήχου έχει SNR 90 dB ή καλύτερο. Σε αυτήν την περίπτωση, το σήμα είναι 1 δισεκατομμύριο φορές ισχυρότερο από το θόρυβο.