где P — средняя мощность, а A — среднеквадратичное значение амплитуды. Оба сигнала измеряются в полосе пропускания системы.
Обычно отношение сигнал/шум выражается в децибелах (дБ). Чем больше это отношение, тем меньше шум влияет на характеристики системы.
Содержание
Основные причины низких шумовых характеристик
Основные причины высокого уровня шума в сигнальных системах:
Методы улучшения характеристик
Чаще всего улучшения шумовых характеристик системы можно добиться правильным согласованием входов и выходов её составных частей. Тогда паразитная ЭДС помехи, включённая последовательно с высоким внутренним сопротивлением источника шума будет подавлена.
Если спектр полезного сигнала отличается от спектра шума, улучшить отношение сигнал/шум можно ограничением полосы пропускания системы.
Для улучшения шумовых характеристик сложных комплексов применяются методы электромагнитной совместимости.
Измерение
В аудиотехнике отношение сигнал/шум определяют путем измерения напряжения шума и сигнала на выходе усилителя или другого звуковоспроизводящего устройства среднеквадратичным милливольтметром либо анализатором спектра. Современные усилители и другая высококачественная аудиоаппаратура имеет показатель сигнал/шум около 100—120 дБ.
В системах с более высокими требованиями используются косвенные методы измерения отношения сигнал/шум, реализуемые на специализированной аппаратуре.
В музыке
Отношение сигнал/шум — параметр усилителя активных колонок, показывает насколько сильно шумит усилитель (от 60 до 135,5 дБ), если в отсутствие сигнала выкрутить регулятор громкости на максимум. Чем больше значение сигнал/шум, тем более чистый звук обеспечивают колонки. Желательно, чтобы этот параметр был не менее 75 дБ, для мощных колонок с высококлассным звучанием не менее 90 дБ.
В видео
Отношение сигнал/шум — отношение уровня электрического сигнала к уровню шума этого сигнала, численно определяет содержание паразитных шумов в сигнале. Чем больше значение отношения сигнал/шум для видеосигнала, тем меньше помех и искажений имеет изображение на экране монитора. Значения отношения от 45 до 60 дБ соответствуют приемлемому качеству видеосигнала, значение менее 40 дБ означает высокий уровень шумов в видеосигнале и, как следствие, низкое качество видеоизображения.
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Отношение сигнал/шум» в других словарях:
Отношение сигнал-шум — Отношение сигнал/шум (ОСШ, англ. SNR, Signal to Noise Ratio) безразмерная величина, равная отношению мощности полезного сигнала к мощности шума. Обычно выражается в децибелах. Чем больше это отношение, тем менее заметен шум. где P средняя… … Википедия
отношение сигнал/шум — Отношение амплитуды (или энергии) сигнала, создаваемого дефектом в материале, к среднеквадратическому значению сигнала (или энергии) шума. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения … Справочник технического переводчика
отношение сигнал-шум — (МСЭ T G.691; МСЭ Т G.983.2 G.991.2). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN signal to noise ratioSNR … Справочник технического переводчика
Отношение сигнал/шум G/sд — величина, характеризующая изменение градиента G на фоне оптической плотности равноэкспо нированного радиографического снимка. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
отношение сигнал-шум — 3.4 отношение сигнал шум: Отношение уровня ультразвукового сигнала к уровню «фонового» шума, выраженное в децибелах (дБ). Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
отношение сигнал/шум — signalo ir triukšmo santykis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. signal to noise ratio vok. Signal/Rausch Verhältnis, n rus. отношение сигнал/шум, n pranc. rapport signal/bruit, m … Automatikos terminų žodynas
отношение сигнал-шум при магнитном контроле — отношение сигнал шум Отношение пикового значения сигнала магнитного преобразователя, вызванного изменением измеряемой характеристики магнитного поля, к среднему квадратическому значению амплитуды шумов, обусловленных влиянием мешающих параметров… … Справочник технического переводчика
отношение сигнал-шум при магнитном неразрушающем контроле — отношение сигнал шум Отношение пикового значения сигнала магнитного преобразователя, вызванного изменением измеряемой характеристики магнитного поля, к среднему квадратическому значению амплитуды шумов, обусловленных влиянием мешающих параметров… … Справочник технического переводчика
отношение сигнал/шум интегральной микросхемы — отношение сигнал/шум Отношение эффективного значения выходного напряжения интегральной микросхемы, содержащего только низкочастотные составляющие, соответствующие частотам модулирующего напряжения, к эффективному значению выходного напряжения при … Справочник технического переводчика
Отношение сигнал-шум определяется как отношение мощности в виде сигнала (значимый вход) к мощности фонового шума (бессмысленным или нежелательного входного сигнала):
Децибелы
Аналогичным образом SNR может быть выражено в децибелах как
Используя определение SNR
Использование правила частного для логарифмов
Подстановка определений ОСШ, сигнала и шума в децибелах в приведенное выше уравнение приводит к важной формуле для расчета отношения сигнал / шум в децибелах, когда сигнал и шум также выражаются в децибелах:
В приведенной выше формуле P измеряется в единицах мощности, таких как ватты (Вт) или милливатты (мВт), а отношение сигнал / шум представляет собой чистое число.
Однако, когда сигнал и шум измеряются в вольтах (В) или амперах (А), которые являются мерой амплитуды, их необходимо сначала возвести в квадрат, чтобы получить величину, пропорциональную мощности, как показано ниже:
Динамический диапазон
SNR обычно используется для обозначения среднего отношения сигнал / шум, поскольку возможно, что мгновенные отношения сигнал / шум будут значительно отличаться. Эту концепцию можно понять как нормализацию уровня шума до 1 (0 дБ) и измерение того, насколько «выделяется» сигнал.
Отличие от обычной мощности
В физике средняя мощность сигнала переменного тока определяется как среднее значение напряжения, умноженного на ток; для резистивных (не реакционноспособный ) цепей, где напряжение и ток находятся в фазе, это эквивалентно произведению среднеквадратичного напряжения и тока:
Альтернативное определение
Иногда SNR определяется как квадрат альтернативного определения, приведенного выше, и в этом случае оно эквивалентно более общему определению :
Измерения системы модуляции
Амплитудная модуляция
Отношение сигнал / шум в канале определяется выражением
Отношение выходной сигнал / шум (AM-приемника) определяется выражением
Модуляция частоты
Отношение сигнал / шум в канале определяется выражением
Отношение выходной сигнал / шум определяется выражением
Подавление шума
Когда характеристики шума известны и отличаются от сигнала, можно использовать фильтр для уменьшения шума. Например, синхронный усилитель может выделить сигнал с узкой полосой пропускания из широкополосного шума в миллион раз сильнее.
Когда сигнал постоянный или периодический, а шум случайный, можно улучшить отношение сигнал / шум путем усреднения измерений. В этом случае шум уменьшается как квадратный корень из числа усредненных отсчетов.
Цифровые сигналы
Коэффициент ошибок модуляции (MER) является мерой отношения сигнал / шум в сигнале с цифровой модуляцией.
Фиксированная точка
Для n- битных целых чисел с равным расстоянием между уровнями квантования ( равномерное квантование ) также определяется динамический диапазон (DR).
Предполагая равномерное распределение значений входного сигнала, шум квантования представляет собой равномерно распределенный случайный сигнал с размахом амплитуды одного уровня квантования, что составляет отношение амплитуд 2 n / 1. Тогда формула:
D р d B знак равно S N р d B знак равно 20 бревно 10 ( 2 п ) ≈ 6.02 ⋅ п <\ Displaystyle \ mathrm > = \ mathrm > = 20 \ log _ <10>(2 ^ ) \ приблизительно 6,02 \ cdot n>
Эта взаимосвязь является источником таких утверждений, как « 16-битный звук имеет динамический диапазон 96 дБ». Каждый дополнительный бит квантования увеличивает динамический диапазон примерно на 6 дБ.
Предполагая полномасштабный синусоидальный сигнал (то есть квантователь спроектирован так, что он имеет те же минимальное и максимальное значения, что и входной сигнал), шум квантования приближается к пилообразной волне с размахом амплитуды одного уровня квантования. и равномерное распределение. В этом случае отношение сигнал / шум составляет примерно
S N р d B ≈ 20 бревно 10 ( 2 п 3 / 2 ) ≈ 6.02 ⋅ п + 1,761 <\ displaystyle \ mathrm > \ около 20 \ log _ <10>(2 ^ <\ sqrt <3>>) \ около 6,02 \ cdot n + 1,761>
Плавающая запятая
Числа с плавающей запятой позволяют найти компромисс между отношением сигнал / шум для увеличения динамического диапазона. Для n-битных чисел с плавающей запятой, с nm битами в мантиссе и m битами в экспоненте :
Обратите внимание, что динамический диапазон намного больше, чем с фиксированной точкой, но за счет худшего отношения сигнал / шум. Это делает плавающую точку предпочтительной в ситуациях, когда динамический диапазон велик или непредсказуем. Более простые реализации с фиксированной точкой могут использоваться без ухудшения качества сигнала в системах с динамическим диапазоном менее 6,02 м. Очень большой динамический диапазон чисел с плавающей запятой может быть недостатком, поскольку требует более предусмотрительности при разработке алгоритмов.
Отношение сигнал-шум определяется как отношение мощности в виде сигнала (значимый вход) к мощности фонового шума (бессмысленным или нежелательного входного сигнала):
Децибелы
Аналогичным образом SNR может быть выражено в децибелах как
Используя определение SNR
Использование правила частного для логарифмов
Подстановка определений ОСШ, сигнала и шума в децибелах в приведенное выше уравнение приводит к важной формуле для расчета отношения сигнал / шум в децибелах, когда сигнал и шум также выражаются в децибелах:
В приведенной выше формуле P измеряется в единицах мощности, таких как ватты (Вт) или милливатты (мВт), а отношение сигнал / шум представляет собой чистое число.
Однако, когда сигнал и шум измеряются в вольтах (В) или амперах (А), которые являются мерой амплитуды, их необходимо сначала возвести в квадрат, чтобы получить величину, пропорциональную мощности, как показано ниже:
Динамический диапазон
SNR обычно используется для обозначения среднего отношения сигнал / шум, поскольку возможно, что мгновенные отношения сигнал / шум будут значительно отличаться. Эту концепцию можно понять как нормализацию уровня шума до 1 (0 дБ) и измерение того, насколько «выделяется» сигнал.
Отличие от обычной мощности
В физике средняя мощность сигнала переменного тока определяется как среднее значение напряжения, умноженного на ток; для резистивных (не реакционноспособный ) цепей, где напряжение и ток находятся в фазе, это эквивалентно произведению среднеквадратичного напряжения и тока:
Альтернативное определение
Иногда SNR определяется как квадрат альтернативного определения, приведенного выше, и в этом случае оно эквивалентно более общему определению :
Измерения системы модуляции
Амплитудная модуляция
Отношение сигнал / шум в канале определяется выражением
Отношение выходной сигнал / шум (AM-приемника) определяется выражением
Модуляция частоты
Отношение сигнал / шум в канале определяется выражением
Отношение выходной сигнал / шум определяется выражением
Подавление шума
Когда характеристики шума известны и отличаются от сигнала, можно использовать фильтр для уменьшения шума. Например, синхронный усилитель может выделить сигнал с узкой полосой пропускания из широкополосного шума в миллион раз сильнее.
Когда сигнал постоянный или периодический, а шум случайный, можно улучшить отношение сигнал / шум путем усреднения измерений. В этом случае шум уменьшается как квадратный корень из числа усредненных отсчетов.
Цифровые сигналы
Коэффициент ошибок модуляции (MER) является мерой отношения сигнал / шум в сигнале с цифровой модуляцией.
Фиксированная точка
Для n- битных целых чисел с равным расстоянием между уровнями квантования ( равномерное квантование ) также определяется динамический диапазон (DR).
Предполагая равномерное распределение значений входного сигнала, шум квантования представляет собой равномерно распределенный случайный сигнал с размахом амплитуды одного уровня квантования, что составляет отношение амплитуд 2 n / 1. Тогда формула:
D р d B знак равно S N р d B знак равно 20 бревно 10 ( 2 п ) ≈ 6.02 ⋅ п <\ Displaystyle \ mathrm > = \ mathrm > = 20 \ log _ <10>(2 ^ ) \ приблизительно 6,02 \ cdot n>
Эта взаимосвязь является источником таких утверждений, как « 16-битный звук имеет динамический диапазон 96 дБ». Каждый дополнительный бит квантования увеличивает динамический диапазон примерно на 6 дБ.
Предполагая полномасштабный синусоидальный сигнал (то есть квантователь спроектирован так, что он имеет те же минимальное и максимальное значения, что и входной сигнал), шум квантования приближается к пилообразной волне с размахом амплитуды одного уровня квантования. и равномерное распределение. В этом случае отношение сигнал / шум составляет примерно
S N р d B ≈ 20 бревно 10 ( 2 п 3 / 2 ) ≈ 6.02 ⋅ п + 1,761 <\ displaystyle \ mathrm > \ около 20 \ log _ <10>(2 ^ <\ sqrt <3>>) \ около 6,02 \ cdot n + 1,761>
Плавающая запятая
Числа с плавающей запятой позволяют найти компромисс между отношением сигнал / шум для увеличения динамического диапазона. Для n-битных чисел с плавающей запятой, с nm битами в мантиссе и m битами в экспоненте :
Обратите внимание, что динамический диапазон намного больше, чем с фиксированной точкой, но за счет худшего отношения сигнал / шум. Это делает плавающую точку предпочтительной в ситуациях, когда динамический диапазон велик или непредсказуем. Более простые реализации с фиксированной точкой могут использоваться без ухудшения качества сигнала в системах с динамическим диапазоном менее 6,02 м. Очень большой динамический диапазон чисел с плавающей запятой может быть недостатком, поскольку требует более предусмотрительности при разработке алгоритмов.
Отношение сигнал / шум или SNR в аудио: для чего это нужно?
Что такое отношение сигнал / шум или SNR?
Отношение сигнал / шум, S / R или SNR (отношение сигнал / шум) определяется как отношение между выходной мощностью передаваемого сигнала и мощностью шума, который его искажает (поэтому мы говорим только об устройствах, которые излучают звук и никогда устройств, которые его улавливают). Этот запас измеряется, как и почти все, что связано со звуком, в децибелах.
Часто многие производители используют термин динамический диапазон как синоним SNR, но вы должны быть осторожны, потому что некоторые используют его как маркетинговую стратегию, чтобы создать впечатление, что это SNR, когда на самом деле динамический диапазон служит для обозначения расстояния между уровнем выходного пика и фоновым шумом. То, что отношение сигнал / шум, указанное в децибелах, фигурирует в технических характеристиках устройства, следовательно, это ничего не означает, если оно не сопровождается используемыми контрольными точками, а также весами.
Очевидно, что если вы хотите купить оборудование с точки зрения его частотной характеристики, они должны измерить отношение сигнал / шум, используя ту же кривую взвешивания и эталонный уровень, что, к счастью, является наиболее распространенным в отрасли, поэтому уровни SNR равны обычно сравнительный.
Фактор шума
Эта величина шума может быть выражена так называемым коэффициентом шума (F), который является результатом деления отношения сигнал / шум на входе (S / R) на отношение сигнал / шум на выходе. (S / R) соль, когда значения сигнала и шума выражаются в простых значениях. Таким образом, формула будет выражена следующим образом:
Однако, к большому сожалению, значения отношения сигнал / шум выражаются в децибелах, и поэтому мы говорим о логарифмической формуле. Поскольку коэффициент шума также должен быть выражен в децибелах как величина звука, то формула будет следующей:
Что лучше: более высокое или низкое SNR?
Итак, какое значение SNR мы можем считать хорошим? Это зависит от категории продукта, но когда мы говорим о звуковой карте, встроенной, например, в обычную материнскую плату ПК, SNR 90 дБ уже вполне приличный. Конечно, в специализированных решениях нам придется искать более высокие значения, если возможно, они превышают 100 дБ.
Некоторые производители также упоминают коэффициент шума в технических характеристиках своего оборудования, и в этом отношении вам следует обратить внимание на прямо противоположное: чем меньше, тем лучше. К сожалению, большинство производителей бытовой электроники не выражают это значение, которое, как мы объясняли ранее, очень важно, и его часто можно увидеть только в продуктах, разработанных для профессионального звука.
Точнее, это параметр, который, хотя большинство производителей знают, что они его не публикуют, «скрывая свой позор», так сказать, если их продукт не хорош. По этой причине это нормально, что только производители профессиональных аудиопродуктов публикуют это значение, поскольку, если их продукт действительно хороший и качественный, им нечего скрывать. В любом случае, не беспокойтесь, потому что ни один из аудиопродуктов, которые вы наблюдаете, не указывает этот фактор, поскольку для обычного пользователя он также не будет иметь значения.
Отношение сигнал-шум определяется как отношение мощности в виде сигнала (значимый вход) к мощности фонового шума (бессмысленным или нежелательного входного сигнала):
Децибелы [ править ]
Аналогичным образом SNR может быть выражено в децибелах как
Используя определение SNR
Использование правила частного для логарифмов
Подстановка определений ОСШ, сигнала и шума в децибелах в приведенное выше уравнение приводит к важной формуле для расчета отношения сигнал / шум в децибелах, когда сигнал и шум также выражаются в децибелах:
В приведенной выше формуле P измеряется в единицах мощности, таких как ватты (Вт) или милливатты (мВт), а отношение сигнал / шум представляет собой чистое число.
Однако, когда сигнал и шум измеряются в вольтах (В) или амперах (A), которые являются мерой амплитуды, [примечание 1] их необходимо сначала возвести в квадрат, чтобы получить величину, пропорциональную мощности, как показано ниже:
Динамический диапазон [ править ]
SNR обычно используется для обозначения среднего отношения сигнал / шум, поскольку возможно, что мгновенные отношения сигнал / шум будут значительно отличаться. Эту концепцию можно понять как нормализацию уровня шума до 1 (0 дБ) и измерение того, насколько «выделяется» сигнал.
Отличие от обычной мощности [ править ]
В физике средняя мощность сигнала переменного тока определяется как среднее значение напряжения, умноженного на ток; для резистивных (не реакционноспособный ) цепей, где напряжение и ток находятся в фазе, это эквивалентно произведению среднеквадратичного напряжения и тока:
Альтернативное определение [ править ]
Иногда SNR определяется как квадрат альтернативного определения, приведенного выше, и в этом случае он эквивалентен более общему определению :
Измерения системы модуляции [ править ]
Амплитудная модуляция [ править ]
Отношение сигнал / шум в канале определяется выражением
Отношение выходной сигнал / шум (AM-приемника) определяется выражением
Частотная модуляция [ править ]
Отношение сигнал / шум в канале определяется выражением
Отношение выходной сигнал / шум определяется выражением
Подавление шума [ править ]
Когда характеристики шума известны и отличаются от сигнала, можно использовать фильтр для уменьшения шума. Например, синхронный усилитель может выделить сигнал с узкой полосой пропускания из широкополосного шума в миллион раз сильнее.
Когда сигнал постоянный или периодический, а шум случайный, можно улучшить отношение сигнал / шум путем усреднения измерений. В этом случае шум уменьшается как квадратный корень из числа усредненных отсчетов.
Цифровые сигналы [ править ]
Коэффициент ошибок модуляции (MER) является мерой отношения сигнал / шум в сигнале с цифровой модуляцией.
Фиксированная точка [ править ]
Для n- битных целых чисел с одинаковым расстоянием между уровнями квантования ( равномерное квантование ) также определяется динамический диапазон (DR).
Предполагая равномерное распределение значений входного сигнала, шум квантования является равномерно распределенным случайным сигналом с размахом амплитуды одного уровня квантования, что составляет отношение амплитуд 2 n / 1. Тогда формула:
D R d B = S N R d B = 20 log 10 ( 2 n ) ≈ 6.02 ⋅ n <\displaystyle \mathrm > =\mathrm > =20\log _<10>(2^)\approx 6.02\cdot n>
Эта взаимосвязь является источником таких утверждений, как « 16-битный звук имеет динамический диапазон 96 дБ». Каждый дополнительный бит квантования увеличивает динамический диапазон примерно на 6 дБ.
Предполагая полномасштабный синусоидальный сигнал (то есть квантователь разработан таким образом, что он имеет те же минимальное и максимальное значения, что и входной сигнал), шум квантования приближается к пилообразной волне с размахом амплитуды одного уровня квантования. [10] и равномерное распределение. В этом случае отношение сигнал / шум составляет примерно
S N R d B ≈ 20 log 10 ( 2 n 3 / 2 ) ≈ 6.02 ⋅ n + 1.761 <\displaystyle \mathrm > \approx 20\log _<10>(2^<\sqrt <3>>)\approx 6.02\cdot n+1.761>
Плавающая точка [ править ]
Числа с плавающей запятой позволяют найти компромисс между отношением сигнал / шум для увеличения динамического диапазона. Для n-битных чисел с плавающей запятой, с nm битами в мантиссе и m битами в экспоненте :
Обратите внимание, что динамический диапазон намного больше, чем с фиксированной точкой, но за счет худшего отношения сигнал / шум. Это делает плавающую точку предпочтительной в ситуациях, когда динамический диапазон велик или непредсказуем. Более простые реализации с фиксированной точкой могут использоваться без ухудшения качества сигнала в системах с динамическим диапазоном менее 6,02 м. Очень большой динамический диапазон чисел с плавающей запятой может быть недостатком, поскольку требует более предусмотрительности при разработке алгоритмов. [11]
