Dans l'électronique et la radio, le rapport entre les signaux électroniques souhaités et les bruits indésirables peut varier sur une plage extrêmement large, jusqu'à un milliard de fois ou plus. Le calcul du rapport signal sur bruit (SNR) est soit la différence de deux logarithmes, soit le logarithme du rapport des signaux principal et de bruit.
Signaux électroniques et bruit
Pour le meilleur ou pour le pire, le bruit indésirable est une partie naturelle et incontournable des signaux dans tous les circuits électroniques et les ondes radio transmises. Chaque composant du circuit, des transistors aux résistances en passant par le câblage, est composé d'atomes qui vibrent de manière aléatoire en réponse à la température ambiante; les vibrations aléatoires produisent du bruit électrique. Dans l'air, les transmissions radio traversent un environnement plein d'interférences électromagnétiques (EMI) provenant des lignes électriques, des équipements industriels, du soleil et de nombreuses autres sources. Un ingénieur en électronique veut savoir, du signal que son équipement reçoit, quelle est la quantité de bruit et quelle est la quantité d'informations souhaitées.
À propos des unités décibels
Les scientifiques et les ingénieurs qui travaillent avec des signaux utilisent souvent des mesures au format décibel (dB) au lieu d'unités linéaires standard comme les volts ou les watts. En effet, dans un système linéaire, vous finirez soit par écrire beaucoup de zéros encombrants dans vos chiffres, soit par recourir à la notation scientifique. Les unités décibels, quant à elles, reposent sur des logarithmes. Bien que les unités dB demandent un certain temps d'adaptation, elles facilitent la vie en vous permettant d'utiliser des nombres plus compacts. Par exemple, un amplificateur a une plage dynamique de 100 dB; cela signifie que les signaux les plus forts sont 10 milliards de fois plus forts que les plus faibles. Travailler avec « 100 dB » est plus facile que « 10 milliards ».
Mesure et analyse des signaux
Avant de faire le calcul du SNR, vous aurez besoin des valeurs mesurées du signal principal, S, et du bruit, N. Vous pouvez utiliser un analyseur d'intensité de signal qui affiche les signaux sur un affichage graphique. Ces écrans affichent généralement la force du signal en décibels (dB). D'un autre côté, vous pouvez recevoir des valeurs de signal et de bruit « brutes » en unités telles que les volts ou les watts. Ce ne sont pas des unités dB, mais vous pouvez obtenir des unités dB en appliquant une fonction logarithme.
Calcul SNR – Simple
Si vos mesures de signal et de bruit sont déjà sous forme dB, soustrayez simplement le facteur de bruit du signal principal: S - N. Parce que lorsque vous soustrayez des logarithmes, cela revient à diviser des nombres normaux. La différence des nombres est le SNR. Par exemple: vous mesurez un signal radio avec une intensité de -5 dB et un signal de bruit de -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.
Calcul SNR – Compliqué
Pour calculer le SNR, divisez la valeur du signal principal par la valeur du bruit, puis prenez le logarithme commun du résultat :
\text{SNR}=\log{\frac{S}{N}}
Il reste une étape: si vos chiffres de puissance du signal sont des unités de puissance (watts), multipliez par 20; s'il s'agit d'unités de tension, multipliez par 10.
Pour le pouvoir:
\text{SNR}=20\log{\frac{S}{N}}
Pour la tension :
\text{SNR}=10\log{\frac{S}{N}}
Le résultat de ce calcul est le SNR en décibels. Par exemple, votre valeur de bruit mesurée (N) est de 1 microvolt et votre signal (S) est de 200 millivolts. Le SNR est :
\text{SNR}=10\log{\frac{0.2}{0.000001}}=53\text{dB}
Signification de SNR
Les chiffres du rapport signal/bruit concernent tous la force du signal souhaité par rapport au bruit indésirable. Plus le nombre est grand, plus le signal souhaité "se démarque" par rapport au bruit, ce qui signifie une transmission plus claire et de meilleure qualité technique. Un nombre négatif signifie que le bruit est plus fort que le signal souhaité, ce qui peut entraîner des problèmes, comme une conversation téléphonique trop confuse pour être comprise. Pour une transmission vocale de bonne qualité telle qu'un signal cellulaire, le SNR est en moyenne d'environ 30 dB, soit un signal 1 000 fois plus fort que le bruit. Certains équipements audio ont un SNR de 90 dB ou mieux; dans ce cas, le signal est 1 milliard de fois plus fort que le bruit.