Cómo calcular la relación señal / ruido

En electrónica y radio, la relación entre las señales electrónicas deseadas y el ruido no deseado puede variar en un rango extremadamente amplio, hasta mil millones de veces o más. El cálculo de la relación señal / ruido (SNR) es la diferencia de dos logaritmos o el logaritmo de la relación de las señales principal y de ruido.

Para bien o para mal, el ruido no deseado es una parte ineludible y natural de las señales en todos los circuitos electrónicos y ondas de radio transmitidas. Cada componente del circuito, desde los transistores hasta las resistencias y el cableado, está formado por átomos que vibran aleatoriamente en respuesta a la temperatura ambiente; las vibraciones aleatorias producen ruido eléctrico. En el aire, las transmisiones de radio pasan a través de un entorno lleno de interferencia electromagnética (EMI) de líneas eléctricas, equipos industriales, el sol y muchas otras fuentes. Un ingeniero electrónico quiere saber qué señal recibe su equipo, cuánto es ruido y cuánta información desea.

Los científicos e ingenieros que trabajan con señales a menudo utilizan medidas en formato de decibelios (dB) en lugar de unidades lineales estándar como voltios o vatios. Esto se debe a que, en un sistema lineal, terminará escribiendo muchos ceros engorrosos en sus cifras o recurrirá a la notación científica. Las unidades de decibelios, por otro lado, se basan en logaritmos. Aunque las unidades de dB requieren algo de tiempo para acostumbrarse, facilitan la vida al permitirle usar números que son más compactos. Por ejemplo, un amplificador tiene un rango dinámico de 100 dB; esto significa que las señales más fuertes son 10 mil millones de veces más fuertes que las más débiles. Trabajar con "100 dB" es más fácil que "10 mil millones".

Antes de hacer el cálculo de SNR, necesitará valores medidos de la señal principal, S, y el ruido, N. Puede utilizar un analizador de intensidad de señal que muestre las señales en una pantalla gráfica. Estas pantallas suelen mostrar la intensidad de la señal en unidades de decibelios (dB). Por otro lado, es posible que se le proporcionen valores de ruido y señal "sin procesar" en unidades como voltios o vatios. Estas no son unidades de dB, pero puede llegar a unidades de dB aplicando una función de logaritmo.

Si sus medidas de señal y ruido ya están en forma de dB, simplemente reste la figura de ruido de la señal principal: S - N. Porque cuando restas logaritmos, es lo mismo que dividir números normales. La diferencia de los números es la SNR. Por ejemplo: mide una señal de radio con una fuerza de -5 dB y una señal de ruido de -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.

Para calcular la SNR, divida el valor de la señal principal por el valor del ruido y luego tome el logaritmo común del resultado:

Hay un paso más: si las cifras de intensidad de la señal son unidades de potencia (vatios), multiplique por 20; si son unidades de voltaje, multiplique por 10.

Por poder:

Para voltaje:

El resultado de este cálculo es la SNR en decibelios. Por ejemplo, su valor de ruido medido (N) es 1 microvoltio y su señal (S) es 200 milivoltios. La SNR es:

Los números de la relación señal / ruido tienen que ver con la fuerza de la señal deseada en comparación con el ruido no deseado. Cuanto mayor sea el número, más "destaca" la señal deseada en comparación con el ruido, lo que significa una transmisión más clara de mejor calidad técnica. Un número negativo significa que el ruido es más fuerte que la señal deseada, lo que puede significar un problema, como una conversación por teléfono celular que es demasiado confusa para entender. Para una transmisión de voz de calidad justa, como una señal celular, la SNR promedia alrededor de 30 dB o una señal que es 1,000 veces más fuerte que el ruido. Algunos equipos de audio tienen una SNR de 90 dB o mejor; en ese caso, la señal es mil millones de veces más fuerte que el ruido.