I elektronik och radio kan förhållandet mellan önskade elektroniska signaler och oönskat brus variera över ett extremt brett intervall, upp till en miljard gånger eller mer. Beräkningen för signal-brusförhållandet (SNR) är antingen skillnaden mellan två logaritmer eller logaritmen för förhållandet mellan huvud- och brussignalerna.
Elektroniska signaler och buller
På gott och ont är oönskat brus en naturligt förekommande och oundviklig del av signaler i alla elektroniska kretsar och sända radiovågor. Varje kretskomponent, från transistorer till motstånd till ledningar, består av atomer som vibrerar slumpmässigt som svar på omgivningstemperatur; de slumpmässiga vibrationerna producerar elektriskt brus. I luften passerar radiosändningar genom en miljö full av elektromagnetisk störning (EMI) från kraftledningar, industriell utrustning, solen och många andra källor. En elektronikingenjör vill veta, om signalen hennes utrustning får, hur mycket är buller och hur mycket information som önskas.
Om Decibel-enheter
Forskare och ingenjörer som arbetar med signaler använder ofta mätningar i decibel (dB) -format istället för linjära standardenheter som volt eller watt. Detta beror på att i ett linjärt system antingen kommer du att skriva många besvärliga nollor i dina siffror eller tillgripa vetenskaplig notation. Decibel-enheter förlitar sig å andra sidan på logaritmer. Även om dB-enheter tar lite tid att vänja sig, gör de livet enklare genom att låta dig använda siffror som är mer kompakta. Till exempel har en förstärkare ett dynamiskt område på 100 dB; det betyder att de starkaste signalerna är 10 miljarder gånger starkare än de svagaste. Att arbeta med "100 dB" är lättare än "10 miljarder."
Signalmätning och analys
Innan du gör SNR-beräkningen behöver du uppmätta värden för huvudsignalen, S och bruset, N. Du kan använda en signalstyrkanalysator som visar signalerna på en grafisk display. Dessa displayer visar vanligtvis signalstyrka i decibel (dB) -enheter. Å andra sidan kan du få "råa" signal- och brusvärden i enheter som volt eller watt. Dessa är inte dB-enheter, men du kan komma till dB-enheter genom att använda en logaritmfunktion.
SNR-beräkning - enkelt
Om dina signal- och brusmätningar redan är i dB-form, subtraherar du bara brussiffran från huvudsignalen: S - N. För när du subtraherar logaritmer är det samma som att dela normala tal. Skillnaden mellan siffrorna är SNR. Till exempel: du mäter en radiosignal med en styrka på -5 dB och en brussignal på -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.
SNR-beräkning - komplicerad
För att beräkna SNR, dela värdet på huvudsignalen med värdet på bruset och ta sedan den gemensamma logaritmen för resultatet:
\ text {SNR} = \ log {\ frac {S} {N}}
Det finns ett steg till: Om dina siffror för signalstyrkan är kraftenheter (watt), multiplicera med 20; om de är spänningsenheter, multiplicera med 10.
För kraft:
\ text {SNR} = 20 \ log {\ frac {S} {N}}
För spänning:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {S} {N}}
Resultatet av denna beräkning är SNR i decibel. Till exempel är ditt uppmätta brusvärde (N) 1 mikrovolt och din signal (S) är 200 millivolt. SNR är:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {0.2} {0.000001}} = 53 \ text {dB}
Betydelse av SNR
Signal-brusförhållandena handlar om styrkan hos den önskade signalen jämfört med det oönskade bruset. Ju större antal, desto mer ”sticker” den önskade signalen ut jämfört med bruset, vilket innebär en tydligare överföring av bättre teknisk kvalitet. Ett negativt tal betyder att bruset är starkare än den önskade signalen, vilket kan stava problem, till exempel en mobiltelefonsamtal som är för förvrängd för att förstå. För en röstöverföring av rätt kvalitet, till exempel en cellulär signal, är SNR i genomsnitt cirka 30 dB, eller en signal som är 1000 gånger starkare än bruset. Vissa ljudutrustningar har en SNR på 90 dB eller bättre; i så fall är signalen 1 miljard gånger starkare än bruset.