Elektronikte ve radyoda, istenen elektronik sinyallerin istenmeyen gürültüye oranı, son derece geniş bir aralıkta bir milyar kata kadar veya daha fazla değişebilir. Sinyal-gürültü oranı (SNR) için hesaplama, ya iki logaritmanın farkıdır ya da ana ve gürültü sinyallerinin oranının logaritmasıdır.
Elektronik Sinyaller ve Gürültü
İyi ya da kötü, istenmeyen gürültü, tüm elektronik devrelerdeki ve iletilen radyo dalgalarındaki sinyallerin doğal olarak oluşan ve kaçınılmaz bir parçasıdır. Transistörlerden dirençlere ve kablolara kadar her devre bileşeni, ortam sıcaklığına tepki olarak rastgele titreşen atomlardan oluşur; rastgele titreşimler elektriksel gürültü üretir. Havada, radyo yayınları elektrik hatlarından, endüstriyel ekipmanlardan, güneşten ve diğer birçok kaynaktan gelen elektromanyetik parazit (EMI) ile dolu bir ortamdan geçer. Bir elektronik mühendisi, ekipmanının aldığı sinyali, gürültünün ne kadar olduğunu ve istenen bilginin ne kadar olduğunu bilmek ister.
Desibel Birimleri Hakkında
Sinyallerle çalışan bilim adamları ve mühendisler, genellikle volt veya watt gibi standart doğrusal birimler yerine desibel (dB) formatındaki ölçümleri kullanır. Bunun nedeni, doğrusal bir sistemde, ya rakamlarınıza çok fazla hantal sıfır yazmanız ya da bilimsel gösterime başvurmanızdır. Desibel birimleri ise logaritmalara dayanır. dB birimleri alışmak biraz zaman alsa da, daha kompakt sayıları kullanmanıza izin vererek hayatı kolaylaştırırlar. Örneğin, bir amplifikatörün dinamik aralığı 100 dB'dir; bu, en güçlü sinyallerin en zayıf olanlardan 10 milyar kat daha güçlü olduğu anlamına gelir. “100 dB” ile çalışmak “10 milyar”dan daha kolaydır.
Sinyal Ölçümü ve Analizi
SNR hesaplamasını yapmadan önce, ana sinyalin (S) ve gürültünün (N) ölçülen değerlerine ihtiyacınız olacaktır. Sinyalleri grafik ekranda gösteren bir sinyal gücü analizörü kullanabilirsiniz. Bu ekranlar tipik olarak sinyal gücünü desibel (dB) biriminde gösterir. Öte yandan size volt veya watt gibi birimlerde “ham” sinyal ve gürültü değerleri verilebilir. Bunlar dB birimleri değildir, ancak bir logaritma işlevi uygulayarak dB birimlerine ulaşabilirsiniz.
SNR Hesaplama – Basit
Sinyal ve gürültü ölçümleriniz zaten dB biçimindeyse, gürültü rakamını ana sinyalden çıkarmanız yeterlidir: S - N. Çünkü logaritmaları çıkardığımızda normal sayıları bölmekle aynı şey oluyor. Sayıların farkı SNR'dir. Örneğin: -5 dB gücünde ve -40 dB gürültü sinyali olan bir radyo sinyalini ölçüyorsunuz. -5 - (-40) = 35 dB.
SNR Hesaplama – Karmaşık
SNR'yi hesaplamak için, ana sinyalin değerini gürültünün değerine bölün ve ardından sonucun ortak logaritmasını alın:
\text{SNR}=\log{\frac{S}{N}}
Bir adım daha var: Sinyal gücü rakamlarınız güç birimleri (watt) ise 20 ile çarpın; gerilim birimleri ise, 10 ile çarpın.
Güç için:
\text{SNR}=20\log{\frac{S}{N}}
Voltaj için:
\text{SNR}=10\log{\frac{S}{N}}
Bu hesaplamanın sonucu desibel cinsinden SNR'dir. Örneğin, ölçülen gürültü değeriniz (N) 1 mikrovolt ve sinyaliniz (S) 200 milivolttur. SNR:
\text{SNR}=10\log{\frac{0.2}{0.000001}}=53\text{ dB}
SNR'nin anlamı
Sinyal-gürültü oranı sayıları, istenmeyen gürültüye kıyasla istenen sinyalin gücüyle ilgilidir. Sayı ne kadar büyük olursa, istenen sinyal gürültüye kıyasla o kadar fazla "ön plana çıkar", bu da daha iyi teknik kalitede daha net bir aktarım anlamına gelir. Negatif bir sayı, gürültünün istenen sinyalden daha güçlü olduğu anlamına gelir ve bu, anlaşılamayacak kadar bozuk bir cep telefonu görüşmesi gibi sorun yaratabilir. Hücresel sinyal gibi adil kalitede bir ses iletimi için, SNR ortalama 30 dB veya gürültüden 1.000 kat daha güçlü bir sinyaldir. Bazı ses ekipmanlarının SNR'si 90 dB veya daha iyidir; bu durumda sinyal, gürültüden 1 milyar kat daha güçlüdür.