Kaj je razmerje med signalom in šumom in zakaj je pomembno?

Večina ljudi razume pomen specifikacij moči ojačevalnika. V večini primerov je večja moč dobra stvar, to je, dokler ne dosežete toplotne ali vzmetne meje zvočnikov, ki jih uporabljate. Ena od specifikacij, ki je prav tako zelo pomembna pri mobilnem elektronskem ojačevalniku, procesorju ali izvorni enoti, je razmerje med signalom in šumom. V tem članku bomo pojasnili, kaj so številke razmerja S/N in zakaj so pomembne.

Ves hrup, ves čas!

Zgodi se, da ko signal prenesete skozi katero koli napravo – kot je kos žice, upor, kondenzator, induktor , tranzistor ali karkoli drugega, kar si lahko zamislite – signalu je dodan majhen kanček šuma. Obstaja veliko različnih vrst hrupa. Naključno gibanje elektronov, ki se odbijajo naokoli, ko gredo skozi napravo, povzroča toplotni šum. Višje temperature povzročajo več hrupa. Drug pogost hrup je hrup strel. Razlika v prihodnih časih elektronov, ko prečkajo pregrado ali vrzel med dvema materialoma, povzroči udarni šum. Naprave, kot so tranzistorji in diode, ki imajo v notranjosti različne plasti materialov, so pogosti viri strelnega šuma. Obstaja veliko več vrst hrupa.

Kot si lahko predstavljate, je količina hrupa, ki ga ustvari katera koli od teh naprav, majhna. Ko seštejete malo hrupa iz kopice komponent in nato ojačate dobljeni signal, količina šuma v izhodu vezja dramatično naraste.

Hrup se pojavi v izvornih enotah, signalnih procesorjih in ojačevalnikih. Ko v signalno verigo dodate šum, ga je pravzaprav nemogoče odstraniti.

Zvok hrupa

Hrup lahko preprosto slišite tako, da priključite slušalke na prenosni računalnik in povečate glasnost dokaj visoko. Skozi slušalke boste slišali sikanje. To je hrup. (Opomba:Prosimo, bodite previdni, želimo, da ste zvočni navdušenec za vse življenje. Snemite te slušalke, preden vaš računalnik predvaja zvok in tvegate poškodbo svojega sluha.)

Kako merimo hrup

Obstaja nekaj načinov za kvantificiranje šuma, ki ga ustvarja elektronska komponenta. Ena od metod je, da preprosto navedete hrup na izhodu naprave v absolutnih vrednostih. Meritev je lahko v voltih ali vatih in kvantificira amplitudo signala šuma. Vendar tega ne boste videli za opis zvočnih komponent.

Najpogostejša metoda kvantificiranja šuma, ki ga izdelek doda signalu, je primerjava ravni šuma z zvočnim signalom, ki prihaja iz naprave. Ker je razlika v teh ravneh lahko precej velika, razmerje med nivojem signala in nivojem hrupa navajamo z uporabo lestvice decibelov (dB). Lestvica decibelov je logaritemska. Kot taka razlika 6 dB predstavlja podvojitev razmerja amplitud, 20 dB je desetkratna amplituda, 40 dB je 100-krat, 60 dB je 1000-krat in 80 dB je 10.000-krat in tako naprej.

Poglejmo si ojačevalnik srednje kakovosti – nič izjemnega, nič katastrofalnega. Vidimo, da ima ta izmišljeni ojačevalnik razmerje S/N -82,3 dB, če se nanaša na 1 vat izhodne moči v 4-ohmsko obremenitev. Kaj to pomeni? No, najprej vemo, da za proizvodnjo 1 W moči v 4-ohmskem zvočniku potrebujemo 2 V RMS signala, ki prihaja iz ojačevalnika. Naša raven hrupa je za 82,3 dB tišja od 2 voltov. Z uporabo spletnega kalkulatorja to pomeni, da je hrup, ki ga proizvaja ta ojačevalnik, 0,00006918309709189363-krat manjši od 2 voltov, torej je približno 0,000138 voltov. Še malo matematike in rezultat je 4,785 nanovatov.

Ne. To ni veliko hrupa. In v večini primerov ga verjetno ne slišite.

Kaj pa, če se potrudimo in najdemo podpovprečen ojačevalec? Nekaj ​​s specifikacijo S/N okoli 70 dB? Če to matematiko uporabimo za naša 2 volta nazivne moči, dobimo raven hrupa 99,99 nanovatov. Ja, to je VELIKO več vatov v primerjavi s prejšnjim primerom.

Razjasnitev skrivnostnega razmerja med signalom in šumom

Če pogledate specifikacijo ojačevalnika izpred več kot približno 10 let ali vidite številko, ki je neobičajno visoka, morda ocenjujejo raven hrupa z uporabo največje izhodne zmogljivosti ojačevalnika kot faktorja primerjave. Če izmerimo izhodno raven hrupa ojačevalnika pri 1 vatu, da znaša 85 dB, potem povečate izhodno moč ojačevalnika na 10 vatov, ob predpostavki, da ne povzroča dodatnega hrupa, bo razmerje S/N -95 dB. Če lahko ojačevalnik proizvede 100 vatov brez več šuma, je zdaj razmerje -105 dB. Obstaja na stotine amperov, ki lahko proizvedejo 1000 vatov – tako da bi bilo merjenje razmerja hrupa zdaj -115 dB. Ko gre za tiskanje številk na darilni škatli, v brošuri ali objavo na spletnem mestu, je dejstvo, da je razmerje S/N -115 dB, zagotovo videti bolj privlačno kot -85 dB.

Specifikacija CEA-2006 določa standardni nabor smernic za merjenje hrupa razmerja S/N. Specifikacija narekuje, da merimo razmerje S/N v primerjavi z 1 vatom izhodne moči pri 4-ohmski obremenitvi. V pripravi je nova specifikacija, ki bo pomagala kvantificirati prilagoditev nastavitve občutljivosti na ojačevalniku med postopkom merjenja. Ko sedi, nižja kot je nastavitev ojačevalnika, boljše bo merjenje razmerja S/N. Želite to potrditi? Ko boste naslednjič nameščali ojačevalnik, vklopite sistem brez signala, ki je povezan z ojačevalnikom, in poslušajte zvočnike. Nato ojačitev ojačevalnika povečajte do konca. Slišali boste povečanje ravni hrupa. Preden nadaljujete, ponovno zmanjšajte ojačitev in izklopite sistem.

Zakaj je pomanjkanje hrupa pomembno?

Kako lahko kvantificiramo željo, da našemu signalu ne dodamo šuma? Tukaj je preprosta analogija. Če ste v zadnjih letih kupili televizor, ste morda slišali izraz "črnejši črni". "Črnejši črni" se nanaša na to, kako temen postane zaslon, ko ni signala. Črnejše je boljše. Ko pomislite na svoj avdio sistem, "bolj negativno" razmerje S/N pomeni, da je hrup tišji od zvočnega signala. Nočemo poslušati hrupa. -90 dB je bolje kot -80 dB. Go it? Jasno?

Pri izbiri katerega koli avtomobilskega avdio izdelka je treba upoštevati toliko meril. Ravni moči, učinkovitosti, značilnosti popačenja, lastnosti in funkcije igrajo pomembno vlogo. Razumevanje pomena merjenja razmerja S/N je zelo pomembno. Ne želimo, da bi naši glasbi dodali NOBENO popačenje ali hrup, vendar nam fizikalni zakoni odrekajo to razkošje. Potrudite se, da izberete izdelke, ki s skrbno zasnovo in izbiro notranjih komponent zmanjšajo te negativne učinke. Vaš lokalni strokovnjak za mobilno elektroniko vam lahko pomaga pri usmeritvi do izjemne opreme. Vstopite in preverite, kaj je novega.