באלקטרוניקה וברדיו, היחס בין האותות האלקטרוניים הרצויים לרעש לא רצוי יכול להשתנות בטווח רחב ביותר, עד מיליארד פעמים ויותר. החישוב ליחס האות לרעש (SNR) הוא ההבדל בין שני לוגריתמים או הלוגריתם של היחס בין אותות הרעש והרעש.
איתותים אלקטרוניים ורעש
לטוב ולרע, רעש לא רצוי הוא חלק טבעי ובלתי נמנע מהאותות בכל המעגלים האלקטרוניים וגלי הרדיו המשודרים. כל רכיב מעגל, החל בטרנזיסטורים ועד נגדים לחיווט, מורכב מאטומים הרוטטים באופן אקראי בתגובה לטמפרטורת הסביבה; הרטט האקראי מייצר רעש חשמלי. באוויר, שידורי רדיו עוברים בסביבה מלאה הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) מקווי חשמל, ציוד תעשייתי, השמש וממקורות רבים אחרים. מהנדס אלקטרוניקה רוצה לדעת, מה האות שהציוד שלה מקבל, כמה זה רעש וכמה מידע רצוי.
על יחידות דציבל
מדענים ומהנדסים שעובדים עם אותות משתמשים לעיתים קרובות במדידות בתבנית דציבלים (dB) במקום יחידות לינאריות סטנדרטיות כמו וולט או וואט. הסיבה לכך היא שבמערכת ליניארית, בסופו של דבר תכתבו הרבה אפסים מסורבלים בדמויות שלכם או תשתמשו בסימון מדעי. לעומת זאת, יחידות דציבל מסתמכות על לוגריתמים. למרות שביחידות dB מתרגלים מעט, הם מקלים על החיים בכך שהם מאפשרים לך להשתמש במספרים קומפקטיים יותר. לדוגמא, למגבר יש טווח דינמי של 100 dB; פירוש הדבר שהאותות החזקים חזקים פי 10 מיליארד מהחלשים ביותר. לעבוד עם "100 dB" קל יותר מ -10 מיליארד דולר.
מדידת וניתוח אותות
לפני שתבצע חישוב SNR, תזדקק לערכים נמדדים של האות הראשי, S והרעש, N. ייתכן שתשתמש במנתח עוצמת אות המציג את האותות בתצוגה גרפית. צגים אלה מראים בדרך כלל את עוצמת האות ביחידות דציבלים (dB). מצד שני, יתכן שתקבלו ערכי אות ורעש "גולמיים" ביחידות כמו וולט או וואט. לא מדובר ביחידות dB, אך ניתן להגיע ליחידות dB על ידי הפעלת פונקציית לוגריתם.
חישוב SNR - פשוט
אם מדידות האות והרעש שלך כבר בצורת dB, פשוט הפחת את נתון הרעש מהאות הראשי: S - N. מכיוון שכאשר מחסירים לוגריתמים, זהה לחלוקת מספרים נורמליים. ההבדל בין המספרים הוא ה- SNR. לדוגמא: אתה מודד אות רדיו בעוצמה של -5 dB ואות רעש של -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.
חישוב SNR - מסובך
לחישוב SNR, חלק את ערך האות הראשי לערך הרעש, ואז קח את הלוגריתם המשותף של התוצאה:
\ text {SNR} = \ log {\ frac {S} {N}}
יש עוד צעד אחד: אם נתוני עוצמת האות שלך הם יחידות כוח (וואט), הכפל ב -20; אם הם יחידות מתח, הכפל ב -10.
לכוח:
\ text {SNR} = 20 \ log {\ frac {S} {N}}
למתח:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {S} {N}}
התוצאה של חישוב זה היא ה- SNR בדציבלים. לדוגמה, ערך הרעש הנמדד שלך (N) הוא מיקרו-וולט אחד, והאות שלך (S) הוא 200 מילי-וולט. ה- SNR הוא:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {0.2} {0.000001}} = 53 \ text {dB}
משמעות SNR
מספרי יחס אות לרעש הם בערך חוזק האות הרצוי בהשוואה לרעש הלא רצוי. ככל שהמספר גדול יותר, כך "בולט" האות הרצוי בהשוואה לרעש, שמשמעותו שידור ברור יותר באיכות טכנית טובה יותר. מספר שלילי פירושו שהרעש חזק יותר מהאות הרצוי, שעלול לאיית צרות, כמו שיחת טלפון סלולרי משובשת מכדי להבין. עבור שידור קולי באיכות הוגנת כגון אות סלולרי, ה- SNR ממוצע של כ- 30 dB, או אות חזק פי 1000 מהרעש. לחלק מציוד השמע יש SNR של 90 dB ומעלה; במקרה זה, האות חזק פי מיליארד מהרעש.