V elektroniki in radiu se lahko razmerje med želenimi elektronskimi signali in neželenim hrupom spreminja v izjemno širokem območju, do milijarde krat ali več. Izračun razmerja signal / šum (SNR) je bodisi razlika dveh logaritmov bodisi logaritem razmerja glavnega in šumnega signala.
Elektronski signali in hrup
V dobrem ali slabem je neželeni hrup naravni in neizogibni del signalov v vseh elektronskih vezjih in oddajanih radijskih valovih. Vsaka komponenta vezja, od tranzistorjev do uporov do ožičenja, je sestavljena iz atomov, ki naključno vibrirajo kot odziv na temperaturo okolice; naključne vibracije povzročajo električni hrup. V zraku radijski prenosi prehajajo skozi okolje, polno elektromagnetnih motenj (EMI) iz daljnovodov, industrijske opreme, sonca in mnogih drugih virov. Inženir elektronike želi vedeti, kakšen signal prejema njena oprema, koliko je hrupa in koliko želenih informacij.
O enotah Decibel
Znanstveniki in inženirji, ki delajo s signali, pogosto uporabljajo meritve v decibelih (dB) namesto standardnih linearnih enot, kot so volti ali vati. To je zato, ker boste v linearnem sistemu na koncu bodisi zapisali veliko okornih ničel ali pa se zatekli k znanstvenemu zapisu. Enote Decibel pa se zanašajo na logaritme. Čeprav se dB enote nekoliko navadijo, si življenje olajšajo, saj vam omogočajo uporabo kompaktnejših številk. Na primer, ojačevalnik ima dinamični razpon 100 dB; to pomeni, da so najmočnejši signali 10 milijard krat močnejši od najšibkejših. Delo s »100 dB« je lažje kot z »10 milijardami«.
Merjenje in analiza signala
Pred izračunom SNR boste potrebovali izmerjene vrednosti glavnega signala S in hrupa N. Uporabite lahko analizator moči signala, ki signale prikazuje na grafičnem zaslonu. Ti zasloni običajno prikazujejo moč signala v enotah decibelov (dB). Po drugi strani pa boste morda prejeli vrednosti "surovega" signala in hrupa v enotah, kot so volti ali vati. To niso dB enote, do dB enot pa lahko pridete z uporabo funkcije logaritma.
Izračun SNR - preprost
Če so vaše meritve signala in hrupa že v obliki dB, preprosto odštejte številko hrupa od glavnega signala: S - N. Ker ko odštejemo logaritme, je to enako kot delitev običajnih števil. Razlika v številkah je SNR. Na primer: izmerite radijski signal z jakostjo -5 dB in šumnim signalom -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.
Izračun SNR - zapleten
Če želite izračunati SNR, vrednost glavnega signala razdelite na vrednost šuma in nato vzemite skupni logaritem rezultata:
\ text {SNR} = \ log {\ frac {S} {N}}
Obstaja še en korak: če so vaše vrednosti moči signala enote moči (vati), pomnožite z 20; če so enote napetosti, pomnožite z 10.
Za moč:
\ text {SNR} = 20 \ log {\ frac {S} {N}}
Za napetost:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {S} {N}}
Rezultat tega izračuna je SNR v decibelih. Na primer, izmerjena vrednost hrupa (N) je 1 mikrovolt, signal (S) pa 200 milivoltov. SNR je:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {0,2} {0.000001}} = 53 \ text {dB}
Pomen SNR
Številke razmerja med signalom in šumom se nanašajo na jakost želenega signala v primerjavi z neželenim hrupom. Večja kot je številka, bolj zaželen signal "izstopa" v primerjavi s šumom, kar pomeni jasnejši prenos boljše tehnične kakovosti. Negativna številka pomeni, da je hrup močnejši od želenega signala, kar lahko povzroči težave, na primer pogovor z mobilnim telefonom, ki je preveč zmeden, da bi ga razumeli. Za kakovostno glasovno oddajo, kot je celični signal, je SNR v povprečju približno 30 dB ali signal, ki je 1000-krat močnejši od hrupa. Nekatera zvočna oprema ima SNR 90 dB ali boljšo; v tem primeru je signal milijardo krat močnejši od hrupa.