V elektronike a rádiu sa pomer požadovaných elektronických signálov k nežiaducemu šumu môže meniť v extrémne širokom rozmedzí, a to až miliardkrát a viac. Výpočet pomeru signálu k šumu (SNR) je buď rozdielom dvoch logaritmov, alebo logaritmom pomeru hlavných a šumových signálov.
Elektronické signály a šum
Z dobrého alebo horšieho hľadiska je nežiaduci šum prirodzenou a nevyhnutnou súčasťou signálov vo všetkých elektronických obvodoch a prenášaných rádiových vlnách. Každý komponent obvodu, od tranzistorov cez rezistory až po elektroinštaláciu, je tvorený atómami, ktoré náhodne vibrujú v závislosti od teploty okolia; náhodné vibrácie vytvárajú elektrický šum. Vo vzduchu rádiové prenosy prechádzajú prostredím plným elektromagnetického rušenia (EMI) z elektrických vedení, priemyselných zariadení, slnka a mnohých ďalších zdrojov. Elektronický inžinier chce vedieť, o signáli, ktorý jej zariadenie prijíma, koľko je hluku a koľko je požadovaných informácií.
O jednotkách Decibel
Vedci a inžinieri, ktorí pracujú so signálmi, často používajú merania v decibelovom formáte (dB) namiesto štandardných lineárnych jednotiek, ako sú volty alebo watty. Je to preto, že v lineárnom systéme buď skonvertujete do svojich čísel veľa ťažkopádnych núl, alebo sa uchýlite k vedeckej notácii. Decibelové jednotky sa naopak spoliehajú na logaritmy. Jednotky dB si síce zvykajú, ale uľahčujú život tým, že vám umožňujú používať čísla, ktoré sú kompaktnejšie. Napríklad zosilňovač má dynamický rozsah 100 dB; to znamená, že najsilnejšie signály sú 10 miliárdkrát silnejšie ako najslabšie signály. Práca so „100 dB“ je ľahšia ako „10 miliárd“.
Meranie a analýza signálu
Pred vykonaním výpočtu SNR budete potrebovať namerané hodnoty hlavného signálu S a šumu N. Môžete použiť analyzátor sily signálu, ktorý zobrazuje signály na grafickom displeji. Tieto displeje zvyčajne zobrazujú silu signálu v decibelových jednotkách (dB). Na druhej strane vám môžu byť poskytnuté „nespracované“ hodnoty signálu a šumu v jednotkách, ako sú volty alebo watty. Nejde o jednotky dB, ale k jednotkám dB sa môžete dostať uplatnením logaritmickej funkcie.
Výpočet SNR - jednoduchý
Ak sú vaše merania signálu a šumu už vo forme dB, jednoducho odčítajte hodnotu šumu od hlavného signálu: S - N. Pretože keď odčítate logaritmy, je to rovnaké ako s delením normálnych čísel. Rozdiel čísel je SNR. Napríklad: meriate rádiový signál so silou -5 dB a šumovým signálom -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.
Výpočet SNR - komplikovaný
Ak chcete vypočítať SNR, vydelte hodnotu hlavného signálu hodnotou šumu a potom urobte spoločný logaritmus výsledku:
\ text {SNR} = \ log {\ frac {S} {N}}
Je tu ešte jeden krok: Ak sú vaše údaje o sile signálu jednotkami výkonu (watty), vynásobte ich číslom 20; ak sú jednotkami napätia, vynásobte 10.
Pre napájanie:
\ text {SNR} = 20 \ log {\ frac {S} {N}}
Pre napätie:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {S} {N}}
Výsledkom tohto výpočtu je SNR v decibeloch. Napríklad vaša nameraná hodnota šumu (N) je 1 mikrovolt a váš signál (S) je 200 milivoltov. SNR je:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {0.2} {0,000001}} = 53 \ text {dB}
Význam SNR
Čísla pomeru signálu k šumu sa týkajú sily požadovaného signálu v porovnaní s nežiaducim šumom. Čím väčšie číslo, tým viac „vyniká“ požadovaný signál v porovnaní so šumom, čo znamená zreteľnejší prenos s lepšou technickou kvalitou. Záporné číslo znamená, že šum je silnejší ako požadovaný signál, čo môže znamenať problémy, napríklad konverzáciu na mobilnom telefóne, ktorá je príliš zúžená na to, aby ste ju pochopili. V prípade prenosu hlasu v dobrej kvalite, ako napríklad celulárneho signálu, je priemerná hodnota SNR okolo 30 dB alebo signál, ktorý je 1 000-krát silnejší ako šum. Niektoré zvukové zariadenia majú SNR najmenej 90 dB; v takom prípade je signál miliónkrát silnejší ako šum.