В электронике и радио отношение желаемых электронных сигналов к нежелательному шуму может изменяться в чрезвычайно широком диапазоне, до миллиарда раз и более. Расчет отношения сигнал / шум (SNR) представляет собой либо разность двух логарифмов, либо логарифм отношения основного и шумового сигналов.
Электронные сигналы и шум
Хорошо это или плохо, но нежелательный шум - это естественная и неизбежная часть сигналов во всех электронных схемах и передаваемых радиоволнах. Каждый компонент схемы, от транзисторов до резисторов и проводов, состоит из атомов, которые случайным образом колеблются в зависимости от температуры окружающей среды; случайные колебания производят электрический шум. В воздухе радиопередачи проходят через среду, полную электромагнитных помех (EMI) от линий электропередач, промышленного оборудования, солнца и многих других источников. Инженер-электронщик хочет знать, какой сигнал получает ее оборудование, сколько шума и сколько информации требуется.
О децибелах
Ученые и инженеры, работающие с сигналами, часто используют измерения в формате децибел (дБ) вместо стандартных линейных единиц, таких как вольт или ватт. Это связано с тем, что в линейной системе вы либо начнете писать много громоздких нулей на своих цифрах, либо прибегнете к научным обозначениям. С другой стороны, единицы децибел полагаются на логарифмы. Хотя к единицам дБ нужно привыкнуть, они облегчают жизнь, позволяя использовать более компактные числа. Например, усилитель имеет динамический диапазон 100 дБ; это означает, что самые сильные сигналы в 10 миллиардов раз сильнее самых слабых. Работать со «100 дБ» проще, чем с «10 миллиардами».
Измерение и анализ сигналов
Перед вычислением отношения сигнал / шум вам потребуются измеренные значения основного сигнала S и шума N. Вы можете использовать анализатор мощности сигнала, который отображает сигналы на графическом дисплее. Эти дисплеи обычно показывают мощность сигнала в децибелах (дБ). С другой стороны, вам могут быть предоставлены «сырые» значения сигнала и шума в таких единицах, как вольты или ватты. Это не единицы в дБ, но вы можете перейти к единицам в дБ, применив функцию логарифма.
Расчет SNR - простой
Если ваши измерения сигнала и шума уже представлены в дБ, просто вычтите коэффициент шума из основного сигнала: S - N. Потому что, когда вы вычитаете логарифмы, это то же самое, что делить нормальные числа. Разница чисел - это отношение сигнал / шум. Например: вы измеряете радиосигнал мощностью -5 дБ и шумовой сигнал -40 дБ. -5 - (-40) = 35 дБ.
Расчет SNR - Сложный
Чтобы вычислить SNR, разделите значение основного сигнала на значение шума, а затем возьмите десятичный логарифм результата:
\ text {SNR} = \ log {\ frac {S} {N}}
Еще один шаг: если ваши значения мощности сигнала выражены в единицах мощности (ваттах), умножьте их на 20; если это единицы напряжения, умножьте на 10.
Для власти:
\ text {SNR} = 20 \ log {\ frac {S} {N}}
Для напряжения:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {S} {N}}
Результатом этого расчета является отношение сигнал / шум в децибелах. Например, ваше измеренное значение шума (N) составляет 1 микровольт, а ваш сигнал (S) - 200 милливольт. SNR:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {0.2} {0.000001}} = 53 \ text {дБ}
Значение SNR
Все значения отношения сигнал / шум отражают мощность полезного сигнала по сравнению с нежелательным шумом. Чем больше число, тем больше полезный сигнал «выделяется» по сравнению с шумом, что означает более четкую передачу с лучшим техническим качеством. Отрицательное число означает, что шум сильнее желаемого сигнала, что может вызвать проблемы, например, разговор по сотовому телефону, который слишком искажен для понимания. Для передачи голоса хорошего качества, такого как сотовый сигнал, SNR в среднем составляет около 30 дБ или сигнал, который в 1000 раз сильнее шума. Некоторое звуковое оборудование имеет отношение сигнал / шум 90 дБ или выше; в этом случае сигнал в 1 миллиард раз сильнее шума.