כיצד לחשב יחס אות לרעש

תוֹכֶן

• איתותים אלקטרוניים ורעש
• על יחידות דציבלים
• מדידת אותות וניתוח
• חישוב SNR - פשוט
• חישוב SNR - מסובך
• משמעות SNR

בתחום האלקטרוניקה והרדיו, היחס בין האותות האלקטרוניים הרצויים לרעש לא רצוי יכול להשתנות בטווח רחב במיוחד, עד מיליארד פעמים ויותר. החישוב של יחס אות לרעש (SNR) הוא או ההבדל בין שני לוגריתמים או הלוגריתם של היחס בין אותות הראשי והרעש.

איתותים אלקטרוניים ורעש

לטוב ולרע, רעש לא רצוי הוא חלק המתרחש באופן טבעי ובלתי ניתן להימנע מאותות בכל המעגלים האלקטרוניים וגלי הרדיו המשודרים. כל רכיב מעגל, מטרנזיסטורים לנגדים לחיווט, מורכב מאטומים הרוטטים באופן אקראי בתגובה לטמפרטורת הסביבה; הרטטים האקראיים מייצרים רעש חשמלי. באוויר, שידורי רדיו עוברים בסביבה מלאה בהפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) מקווי חשמל, ציוד תעשייתי, השמש ומקורות רבים אחרים. מהנדס אלקטרוניקה רוצה לדעת, על האות שציודו מקבל, כמה רעש וכמה מידע מבוקש.

על יחידות דציבלים

מדענים ומהנדסים העובדים עם אותות משתמשים לרוב במדידות בפורמט דציבלים (dB) במקום יחידות לינאריות סטנדרטיות כמו וולט או וואט. הסיבה לכך היא שבמערכת לינארית, בסופו של דבר תכתוב הרבה אפסים מסורבלים בדמויות שלך, או שתשתמש בסימון מדעי. יחידות דציבלים, לעומת זאת, נשענות על לוגריתמים. אמנם יחידות dB נדרשות קצת להתרגל, אך הן מקלות על החיים בכך שהיא מאפשרת לך להשתמש במספרים קומפקטיים יותר. לדוגמא, למגבר יש טווח דינמי של 100 dB; משמעות הדבר היא שהאותות החזקים חזקים פי 10 מיליארד מהחלשים ביותר. העבודה עם "100 dB" קלה יותר מ- "10 מיליארד דולר".

מדידת אותות וניתוח

לפני שתבצע את חישוב ה- SNR, תזדקק לערכים מדודים של האות הראשי, S והרעש, N. ייתכן שתשתמש במנתח חוזק האות המציג את האותות בתצוגה גרפית. תצוגות אלה מציגות בדרך כלל חוזק אות ביחידות דציבלים (dB). מצד שני, יתכן שתקבלו ערכי אות "גלם" ורעש ביחידות כמו וולט או וואט. אלה לא יחידות dB, אבל אתה יכול להגיע ליחידות dB על ידי הפעלת פונקצית לוגריתם.

חישוב SNR - פשוט

אם מדידות האות והרעש שלכם כבר נמצאות בצורה dB, פשוט גררו את נתון הרעש מהאות העיקרי: S - N. מכיוון שכאשר מחסירים לוגריתמים, זהה לחלוקת מספרים נורמליים. ההבדל בין המספרים הוא ה- SNR. לדוגמא: מודדים אות רדיו בחוזק של -5 dB וסימן רעש של -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.

חישוב SNR - מסובך

כדי לחשב SNR, חלקו את ערך האות הראשי בערך הרעש ואז קחו את הלוגריתם המשותף של התוצאה: log (S ÷ N). יש עוד צעד אחד: אם נתוני חוזק האות שלך הם יחידות כוח (וואט), הכפל ב 20; אם מדובר ביחידות מתח, הכפלו ב- 10. לכוח, SNR = 20 יומן (S ÷ N); עבור מתח, SNR = 10 יומן (S ÷ N). התוצאה של חישוב זה היא ה- SNR בדציבלים. לדוגמא, ערך הרעש המדוד שלך (N) הוא מיקרו וולט אחד, והאות שלך (S) הוא 200 מיליוולט. ה- SNR הוא 10 יומן (.2 ÷ .000001) או 53 dB.

משמעות SNR

מספרי יחס אות לרעש קשורים לחוזק האות הרצוי בהשוואה לרעש הלא רצוי. ככל שהמספר גדול יותר כך האות הרצוי "בולט" בהשוואה לרעש, שמשמעותו שידור ברור יותר באיכות טכנית טובה יותר. מספר שלילי פירושו שהרעש חזק יותר מהאות הרצוי, מה שעלול לאיית צרות, כמו שיחת טלפון סלולרי שמגוחכת מכדי להבין. עבור שידור קולי באיכות בינונית, כגון אות סלולרי, ה- SNR ממוצע של כ- 30 dB או אות חזק פי אלף מהרעש. לחלק מהציוד השמע יש SNR של 90 dB ומעלה; במקרה זה, האות חזק פי מיליארד מהרעש.