In elettronica e radio, il rapporto tra i segnali elettronici desiderati e il rumore indesiderato può variare in un intervallo estremamente ampio, fino a un miliardo di volte o più. Il calcolo del rapporto segnale-rumore (SNR) è la differenza tra due logaritmi o il logaritmo del rapporto tra i segnali principali e di rumore.
Segnali elettronici e rumore
Nel bene o nel male , il rumore indesiderato è una parte naturale e inevitabile dei segnali in tutti i circuiti elettronici e le onde radio trasmesse. Ogni componente del circuito, dai transistor ai resistori al cablaggio, è costituito da atomi che vibrano in modo casuale in risposta alla temperatura ambiente; le vibrazioni casuali producono rumore elettrico. Nell'aria, le trasmissioni radio attraversano un ambiente pieno di interferenze elettromagnetiche (EMI) da linee elettriche, apparecchiature industriali, il sole e molte altre fonti. Un ingegnere elettronico vuole sapere, del segnale che riceve la sua apparecchiatura, quanto rumore e quante informazioni desiderate.
Informazioni sulle unità Decibel
Gli scienziati e gli ingegneri che lavorano con i segnali spesso usano misurazioni in decibel ( dB) al posto di unità lineari standard come volt o watt. Questo perché in un sistema lineare, finirai per scrivere molti zeri ingombranti nelle tue figure o ricorrere alla notazione scientifica. Le unità decibel, d'altra parte, si basano sui logaritmi. Anche se le unità dB richiedono un po 'di tempo per abituarsi, semplificano la vita permettendoti di utilizzare numeri più compatti. Ad esempio, un amplificatore ha una gamma dinamica di 100 dB; questo significa che i segnali più forti sono 10 miliardi di volte più forti di quelli più deboli. Lavorare con "100 dB" è più facile di "10 miliardi".
Misura e analisi del segnale
Prima di eseguire il calcolo SNR, sono necessari i valori misurati del segnale principale, S e del rumore, N. È possibile utilizzare un analizzatore della potenza del segnale che mostra i segnali su un display grafico. Questi display mostrano in genere la potenza del segnale in unità di decibel (dB). D'altra parte, potresti ricevere segnali "grezzi" e valori di rumore in unità come volt o watt. Queste non sono unità dB, ma puoi ottenere unità dB applicando una funzione logaritmica.
Calcolo SNR - Semplice
Se le tue misure di segnale e rumore sono già in forma dB, sottrai semplicemente la cifra del rumore da il segnale principale: S - N. Perché quando si sottraggono i logaritmi, è lo stesso della divisione dei numeri normali. La differenza tra i numeri è il SNR. Ad esempio: si misura un segnale radio con una potenza di -5 dB e un segnale di rumore di -40 dB. -5 - (-40) \u003d 35 dB.
Calcolo SNR - Complicato
Per calcolare SNR, dividere il valore del segnale principale per il valore del rumore, quindi prendere il logaritmo comune del risultato: log (S ÷ N). C'è ancora un altro passo: se i valori della tua potenza del segnale sono unità di potenza (watt), moltiplica per 20; se sono unità di tensione, moltiplicare per 10. Per potenza, SNR \u003d 20 log (S ÷ N); per tensione, SNR \u003d 10 log (S ÷ N). Il risultato di questo calcolo è il SNR in decibel. Ad esempio, il valore di rumore misurato (N) è 1 microvolt e il segnale (S) è 200 millivolt. SNR è di 10 log (.2 ÷ .000001) o 53 dB.
Significato di SNR
I numeri del rapporto segnale-rumore sono tutti relativi alla potenza del segnale desiderato rispetto al rumore indesiderato. Maggiore è il numero, più il segnale desiderato "spicca" rispetto al rumore, il che significa una trasmissione più chiara di migliore qualità tecnica. Un numero negativo indica che il rumore è più forte del segnale desiderato, il che potrebbe causare problemi, ad esempio una conversazione al cellulare troppo confusa per capire. Per una trasmissione vocale di buona qualità come un segnale cellulare, il SNR ha una media di circa 30 dB o un segnale 1000 volte più forte del rumore. Alcune apparecchiature audio hanno un SNR di 90 dB o superiore; in tal caso, il segnale è 1 miliardo di volte più forte del rumore.
