В електроніці та радіо співвідношення бажаних електронних сигналів до небажаного шуму може коливатися в надзвичайно широкому діапазоні, до мільярда разів і більше. Розрахунок відношення сигнал / шум (SNR) - це або різниця двох логарифмів, або логарифм відношення основного та шумового сигналів.
Електронні сигнали та шум
У кращому чи гіршому відношенні небажаний шум є природною і неминучою частиною сигналів у всіх електронних схемах та переданих радіохвилях. Кожна складова ланцюга, від транзисторів до резисторів до проводки, складається з атомів, які випадково вібрують у відповідь на температуру навколишнього середовища; випадкові вібрації створюють електричний шум. У повітрі радіопередачі проходять через середовище, повне електромагнітних перешкод (ЕМІ) від ліній електропередач, промислового обладнання, сонця та багатьох інших джерел. Інженер-електронік хоче знати, який сигнал отримує її обладнання, скільки шуму і скільки бажаної інформації.
Про децибельні одиниці
Вчені та інженери, які працюють з сигналами, часто використовують вимірювання у форматі децибел (дБ) замість стандартних лінійних одиниць, таких як вольт або ват. Це пов’язано з тим, що в лінійній системі ви в кінцевому підсумку або напишете багато громіздких нулів у своїх цифрах, або вдастеся до наукових позначень. Одиниці децибел, навпаки, покладаються на логарифми. Хоча одиниці дБ вимагають певного звикання, вони полегшують життя, дозволяючи використовувати цифри, які є більш компактними. Наприклад, підсилювач має динамічний діапазон 100 дБ; це означає, що найсильніші сигнали в 10 мільярдів разів сильніші за найслабші. Працювати зі "100 дБ" простіше, ніж "10 мільярдів".
Вимірювання та аналіз сигналів
Перш ніж робити розрахунок SNR, вам знадобляться виміряні значення основного сигналу, S, і шуму, N. Ви можете використовувати аналізатор потужності сигналу, який відображає сигнали на графічному дисплеї. Ці дисплеї зазвичай показують потужність сигналу в децибелах (дБ). З іншого боку, вам можуть бути надані значення «необробленого» сигналу та шуму в таких одиницях, як вольт або вата. Це не дБ, але ви можете дійти до дБ, застосувавши функцію логарифму.
Розрахунок SNR - простий
Якщо ваші вимірювання сигналу та шуму вже у формі дБ, просто відніміть показник шуму від основного сигналу: S - N. Тому що коли віднімаєш логарифми, це те саме, що ділити нормальні числа. Різниця чисел - SNR. Наприклад: Ви вимірюєте радіосигнал із потужністю -5 дБ та шумовим сигналом -40 дБ. -5 - (-40) = 35 дБ.
Розрахунок SNR - ускладнений
Для обчислення SNR розділіть значення основного сигналу на значення шуму, а потім візьміть загальний логарифм результату:
\ text {SNR} = \ log {\ frac {S} {N}}
Є ще один крок: якщо ваші показники сили сигналу складають одиниці потужності (Вт), помножте на 20; якщо вони є одиницями напруги, помножте на 10.
Для живлення:
\ text {SNR} = 20 \ log {\ frac {S} {N}}
Для напруги:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {S} {N}}
Результатом цього розрахунку є SNR у децибелах. Наприклад, виміряне значення шуму (N) дорівнює 1 мікровольт, а сигнал (S) - 200 мілівольт. SNR:
\ text {SNR} = 10 \ log {\ frac {0,2} {0.000001}} = 53 \ text {dB}
Значення SNR
Число співвідношення сигнал / шум - це все про силу бажаного сигналу порівняно з небажаним шумом. Чим більше число, тим більше бажаний сигнал «виділяється» порівняно із шумом, що означає чіткішу передачу та кращу технічну якість. Від’ємне число означає, що шум сильніший за бажаний сигнал, що може спричинити проблеми, наприклад, розмову стільникового телефону, яку занадто спотворено розуміти. Для якісної передачі голосу, такої як стільниковий сигнал, SNR становить в середньому близько 30 дБ або сигнал, який в 1000 разів сильніший за шум. Деякі звукові пристрої мають SNR 90 дБ або вище; в цьому випадку сигнал в 1 мільярд разів сильніший за шум.