Περιεχόμενο
- Ηλεκτρονικά σήματα και θόρυβος
- Σχετικά με τις μονάδες Decibel
- Μέτρηση και ανάλυση σημάτων
- Υπολογισμός SNR - Απλό
- Υπολογισμός SNR - Πολύπλοκος
- Έννοια του SNR
Στα ηλεκτρονικά και στο ραδιόφωνο, η αναλογία των επιθυμητών ηλεκτρονικών σημάτων σε ανεπιθύμητο θόρυβο μπορεί να ποικίλλει σε εξαιρετικά ευρύ φάσμα, έως και ένα δισεκατομμύριο φορές ή περισσότερο. Ο υπολογισμός του λόγου σήματος προς θόρυβο (SNR) είναι είτε η διαφορά δύο λογάριθμων είτε ο λογάριθμος της αναλογίας των κύριων σημάτων και των σημάτων θορύβου.
Ηλεκτρονικά σήματα και θόρυβος
Για καλύτερα ή χειρότερα, ο ανεπιθύμητος θόρυβος είναι ένα φυσικό και αναπόφευκτο μέρος των σημάτων σε όλα τα ηλεκτρονικά κυκλώματα και τα μεταδιδόμενα ραδιοκύματα. Κάθε στοιχείο κυκλώματος, από τρανζίστορ σε αντιστάσεις στην καλωδίωση, αποτελείται από άτομα που δονείται τυχαία σε απόκριση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος. οι τυχαίες δονήσεις παράγουν ηλεκτρικό θόρυβο. Στον αέρα, οι ραδιοφωνικές μεταδόσεις περνούν από ένα περιβάλλον γεμάτο ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) από γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος, βιομηχανικό εξοπλισμό, τον ήλιο και πολλές άλλες πηγές. Ένας μηχανικός ηλεκτρονικών ειδών θέλει να μάθει, για το σήμα που λαμβάνει ο εξοπλισμός του, πόσο είναι ο θόρυβος και πόσο είναι επιθυμητή η πληροφορία.
Σχετικά με τις μονάδες Decibel
Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί που εργάζονται με σήματα συχνά χρησιμοποιούν μετρήσεις σε ντεσιμπέλ (dB), αντί για τυποποιημένες γραμμικές μονάδες, όπως τα βολτ ή τα βατ. Αυτό συμβαίνει επειδή σε ένα γραμμικό σύστημα, είτε θα καταλήξετε να γράφετε πολλά δυσκίνητα μηδενικά στα στοιχεία σας, είτε να καταφύγετε σε επιστημονική σημειογραφία. Οι μονάδες Decibel, από την άλλη πλευρά, βασίζονται σε λογάριθμους. Παρόλο που οι μονάδες dB παίρνουν κάποιες συνήθειες, κάνουν τη ζωή πιο εύκολη αφήνοντας σας να χρησιμοποιήσετε αριθμούς που είναι πιο συμπαγής. Για παράδειγμα, ένας ενισχυτής έχει δυναμική περιοχή 100 dB. αυτό σημαίνει ότι τα ισχυρότερα σήματα είναι 10 δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερα από τα πιο αδύναμα. Η εργασία με "100 dB" είναι ευκολότερη από "10 δισεκατομμύρια".
Μέτρηση και ανάλυση σημάτων
Πριν κάνετε τον υπολογισμό του SNR, θα χρειαστεί μετρημένες τιμές του κύριου σήματος, S και του θορύβου, N. Μπορεί να χρησιμοποιήσετε έναν αναλυτή αντοχής σήματος που δείχνει τα σήματα σε μια γραφική οθόνη. Αυτές οι οθόνες εμφανίζουν συνήθως ισχύ σήματος σε μονάδες decibel (dB). Από την άλλη πλευρά, ενδέχεται να σας δοθούν "ακατέργαστες" τιμές σήματος και θορύβου σε μονάδες όπως βολτ ή βατ. Αυτές δεν είναι μονάδες dB, αλλά μπορείτε να φτάσετε σε μονάδες dB εφαρμόζοντας μια λειτουργία λογαρίθμου.
Υπολογισμός SNR - Απλό
Εάν οι μετρήσεις του σήματος και του θορύβου σας είναι ήδη σε μορφή dB, απλά αφαιρέστε το σχήμα θορύβου από το κύριο σήμα: S - N. Επειδή όταν αφαιρείτε τους λογαρίθμους, είναι το ίδιο με τη διαίρεση των κανονικών αριθμών. Η διαφορά των αριθμών είναι η SNR. Για παράδειγμα: μετράτε ένα ραδιοφωνικό σήμα με ισχύ -5 dB και σήμα θορύβου -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.
Υπολογισμός SNR - Πολύπλοκος
Για να υπολογίσετε το SNR, διαιρέστε την τιμή του κύριου σήματος με την τιμή του θορύβου και, στη συνέχεια, πάρτε τον κοινό λογάριθμο του αποτελέσματος: log (S ÷ N). Υπάρχει ένα ακόμη βήμα: Εάν τα ψηφία έντασης σήματος είναι μονάδες ισχύος (watt), πολλαπλασιάστε με 20. αν είναι μονάδες τάσης, πολλαπλασιάστε με 10. Για ισχύ, SNR = 20 log (S ÷ N); για τάση, SNR = 10 log (S ÷ N). Το αποτέλεσμα αυτού του υπολογισμού είναι το SNR σε ντεσιμπέλ. Για παράδειγμα, η μετρηθείσα τιμή θορύβου (N) είναι 1 μV και το σήμα σας (S) είναι 200 millivolts. Το SNR είναι 10 log (.2 ÷ .000001) ή 53 dB.
Έννοια του SNR
Οι αριθμοί λόγου σήματος προς θόρυβο αφορούν την ισχύ του επιθυμητού σήματος σε σύγκριση με τον ανεπιθύμητο θόρυβο. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός, τόσο περισσότερο το επιθυμητό σήμα «ξεχωρίζει» σε σύγκριση με τον θόρυβο, πράγμα που σημαίνει σαφέστερη μετάδοση καλύτερης τεχνικής ποιότητας. Ένας αρνητικός αριθμός σημαίνει ότι ο θόρυβος είναι ισχυρότερος από το επιθυμητό σήμα, το οποίο μπορεί να προκαλέσει προβλήματα, όπως μια συνομιλία κυττάρων που είναι πολύ αλλοιωμένη για να καταλάβει. Για μια φωνητική μετάδοση δίκαιης ποιότητας, όπως ένα κυψελοειδές σήμα, το SNR είναι κατά μέσο όρο περίπου 30 dB ή ένα σήμα που είναι 1.000 φορές ισχυρότερο από το θόρυβο. Ορισμένες συσκευές ήχου έχουν SNR 90 dB ή καλύτερα. Στην περίπτωση αυτή, το σήμα είναι 1 δις φορές ισχυρότερο από το θόρυβο.