Cum se calculează raportul semnal / zgomot

În electronică și radio, raportul dintre semnalele electronice dorite și zgomotul nedorit poate varia într-o gamă extrem de largă, de până la un miliard de ori sau mai mult. Calculul raportului semnal-zgomot (SNR) este fie diferența dintre doi logaritmi, fie logaritmul raportului dintre semnalele principale și zgomot.

În bine sau în rău, zgomotul nedorit este o parte naturală și inevitabilă a semnalelor din toate circuitele electronice și undele radio transmise. Fiecare componentă a circuitului, de la tranzistoare la rezistențe la cablare, este formată din atomi care vibrează aleatoriu ca răspuns la temperatura ambiantă; vibrațiile aleatorii produc zgomot electric. În aer, transmisiile radio trec printr-un mediu plin de interferențe electromagnetice (EMI) de la liniile electrice, echipamentele industriale, soarele și multe alte surse. Un inginer electronic vrea să știe despre semnalul pe care îl primește echipamentul ei, cât este zgomotul și cât de mult este dorită informația.

Oamenii de știință și inginerii care lucrează cu semnale folosesc adesea măsurători în format de decibeli (dB) în locul unităților liniare standard, cum ar fi volți sau wați. Acest lucru se datorează faptului că, într-un sistem liniar, fie vei ajunge să scrii o mulțime de zerouri greoaie în cifrele tale, fie să recurgi la notația științifică. Unitățile de decibeli, pe de altă parte, se bazează pe logaritmi. Deși unitățile dB se obișnuiesc, ele ușurează viața, permițându-vă să utilizați numere mai compacte. De exemplu, un amplificator are un interval dinamic de 100 dB; aceasta înseamnă că cele mai puternice semnale sunt de 10 miliarde de ori mai puternice decât cele mai slabe. Lucrul cu „100 dB” este mai ușor decât „10 miliarde”.

Înainte de a face calculul SNR, veți avea nevoie de valori măsurate ale semnalului principal, S și ale zgomotului, N. S-ar putea să utilizați un analizor de intensitate a semnalului care să afișeze semnalele pe un afișaj grafic. Aceste afișaje arată de obicei puterea semnalului în unități de decibeli (dB). Pe de altă parte, vi se pot da valori „brute” de semnal și zgomot în unități precum volți sau wați. Acestea nu sunt unități dB, dar puteți ajunge la unități dB aplicând o funcție logaritmică.

Dacă semnalul și măsurătorile de zgomot sunt deja sub formă de dB, scade pur și simplu cifra de zgomot din semnalul principal: S - N. Pentru că atunci când scazi logaritmi, este la fel ca împărțirea numerelor normale. Diferența numerelor este SNR. De exemplu: măsurați un semnal radio cu o putere de -5 dB și un semnal de zgomot de -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.

Pentru a calcula SNR, împărțiți valoarea semnalului principal la valoarea zgomotului și apoi luați logaritmul comun al rezultatului:

Mai este un pas: dacă cifrele puterii semnalului dvs. sunt unități de putere (wați), înmulțiți cu 20; dacă sunt unități de tensiune, înmulțiți cu 10.

Pentru putere:

Pentru tensiune:

Rezultatul acestui calcul este SNR în decibeli. De exemplu, valoarea zgomotului măsurat (N) este de 1 microvolt, iar semnalul (S) este de 200 milivolți. SNR este:

Numerele raportului semnal-zgomot se referă la puterea semnalului dorit în comparație cu zgomotul nedorit. Cu cât numărul este mai mare, cu atât semnalul dorit „iese în evidență” în comparație cu zgomotul, ceea ce înseamnă o transmisie mai clară, de o calitate tehnică mai bună. Un număr negativ înseamnă că zgomotul este mai puternic decât semnalul dorit, ceea ce poate genera probleme, cum ar fi o conversație pe telefonul mobil care este prea greșită pentru a fi înțeleasă. Pentru o transmisie vocală de o calitate echitabilă, cum ar fi un semnal celular, SNR are în medie 30 dB sau un semnal care este de 1.000 de ori mai puternic decât zgomotul. Unele echipamente audio au un SNR de 90 dB sau mai bun; în acest caz, semnalul este de 1 miliard de ori mai puternic decât zgomotul.