Что такое отношение сигнал/шум и почему оно имеет значение?

Большинство людей понимают важность характеристик мощности усилителя. В большинстве случаев большая мощность — это хорошо, то есть до тех пор, пока вы не достигнете пределов температуры или подвески используемых вами динамиков. Одной из характеристик, которая также очень важна для усилителя, процессора или источника мобильной электроники, является отношение сигнал/шум. В этой статье мы объясним, что такое показатели отношения сигнал/шум и почему они важны.

Всегда шум, все время!

Так уж получилось, что при пропускании сигнала через какое-либо устройство — например, кусок провода, резистор, конденсатор, катушку индуктивности , транзистор или что-нибудь еще, что вы можете придумать — к сигналу добавляется небольшой шум. Существует много различных видов шума. Беспорядочное движение электронов, подпрыгивающих при прохождении через устройство, вызывает тепловой шум. Более высокие температуры приводят к большему шуму. Другим распространенным шумом является Shot Noise. Разница во времени прихода электронов при пересечении барьера или промежутка между двумя материалами вызывает дробовой шум. Такие устройства, как транзисторы и диоды, которые имеют внутри разные слои материалов, являются распространенными источниками дробового шума. Есть много других типов шума.

Как вы можете себе представить, количество шума, создаваемого любым из этих устройств, ничтожно мало. Когда вы добавляете немного шума от группы компонентов, а затем усиливаете результирующий сигнал, количество шума на выходе схемы резко возрастает.

Шум возникает в источниках, сигнальных процессорах и усилителях. Как только вы добавите шум в цепочку сигналов, удалить его практически невозможно.

Звуки шума

Легкий способ услышать, как звучит шум, – это подключить наушники к ноутбуку и увеличить громкость. довольно высокая. Вы услышите шипение в наушниках. Это шум. (Примечание:пожалуйста, будьте осторожны, мы хотим, чтобы вы остались аудиоэнтузиастами на всю жизнь. Снимите эти наушники, прежде чем ваш компьютер воспроизведет звук, и вы рискуете повредить свой слух.)

Как мы измеряем шум

Есть несколько способов количественной оценки шума, создаваемого электронным компонентом. Один из методов заключается в простом выражении шума на выходе устройства в абсолютном выражении. Измерение может производиться в вольтах или ваттах и ​​количественно определять амплитуду шумового сигнала. Однако вы не увидите, что это используется для описания аудиокомпонентов.

Самый распространенный метод количественной оценки шума, который продукт добавляет к сигналу, — это сравнение уровня шума с уровнем аудиосигнала, выходящего из устройства. Поскольку разница в этих уровнях может быть довольно большой, мы определяем отношение уровня сигнала к уровню шума, используя шкалу децибел (дБ). Шкала децибел логарифмическая. Таким образом, разница в 6 дБ соответствует удвоению отношения амплитуд, 20 дБ – десятикратному увеличению амплитуды, 40 дБ – 100-кратному, 60 дБ – 1000-кратному, 80 дБ – 10 000-кратному увеличению и т. д.

Давайте посмотрим на усилитель среднего качества — ничего удивительного, ничего катастрофического. Мы видим, что этот вымышленный усилитель имеет отношение сигнал/шум -82,3 дБ при выходной мощности 1 Вт на нагрузку 4 Ом. Что это значит? Ну, во-первых, мы знаем, что для подачи 1 ватта мощности на 4-омный динамик нам нужно 2 вольта RMS сигнала, выходящего из усилителя. Наш уровень шума на 82,3 дБ тише, чем 2 вольта. Используя онлайн-калькулятор, это означает, что шум, создаваемый этим усилителем, в 0,00006918309709189363 раз меньше 2 вольт, то есть около 0,000138 вольт. Еще немного математики, и получается 4,785 нановатта.

Неа. Это не очень много шума. И в большинстве случаев вы, вероятно, его не слышите.

Что, если мы будем усердно работать и найдем усилитель ниже среднего? Что-то со спецификацией S/N около 70 дБ? Если мы применим эту математику к нашим 2 вольтам номинальной мощности, мы получим уровень шума 99,99 нановатт. Да, это НАМНОГО больше ватт по сравнению с предыдущим примером.

Разъяснение загадочного отношения сигнал/шум

Если вы посмотрите на характеристики усилителя более чем 10-летней давности или увидите аномально высокое число, они могут оценивать уровень шума, используя максимальную выходную мощность усилителя в качестве фактора сравнения. Если мы измерим выходной уровень шума усилителя на 1 Вт и получим 85 дБ, затем вы увеличите мощность усилителя до 10 Вт, предполагая, что он не создает дополнительных шумов, отношение сигнал/шум будет -95 дБ. Если усилитель может выдавать 100 Вт без дополнительных шумов, отношение теперь составляет -105 дБ. Существуют сотни усилителей, которые могут производить 1000 Вт, поэтому измерение коэффициента шума теперь составляет -115 дБ. Когда дело доходит до печати чисел на подарочной коробке, в брошюре или публикации их на веб-сайте, возможность сказать, что отношение сигнал/шум составляет -115 дБ, безусловно, выглядит более привлекательно, чем -85 дБ.

Спецификация CEA-2006 устанавливает стандартный набор рекомендаций по измерению шума отношения сигнал/шум. Спецификация предписывает измерять отношение сигнал/шум по сравнению с выходной мощностью 1 Вт на нагрузке 4 Ом. В разработке находится новая спецификация, которая поможет количественно определить настройку чувствительности усилителя в процессе измерения. Как бы то ни было, чем ниже настройка усилителя, тем лучше будет измерение отношения сигнал/шум. Хотите подтвердить это? В следующий раз, когда будете устанавливать усилитель, включите систему без сигнала, подключенного к усилителю, и послушайте динамики. Затем полностью включите усиление усилителя. Вы услышите увеличение уровня шума. Прежде чем продолжить, уменьшите усиление и выключите систему.

Почему важно отсутствие шума?

Как мы можем количественно определить желание не добавлять шум в наш сигнал? Вот простая аналогия. Если вы приобрели телевизор в последние годы, вы, возможно, слышали выражение «более черный черный». «Черный черный» означает, насколько темным становится экран при отсутствии сигнала. Чернее лучше. Когда вы думаете о своей аудиосистеме, «более отрицательное» отношение сигнал/шум означает, что шум тише, чем аудиосигнал. Мы не хотим слушать шум. -90 дБ лучше, чем -80 дБ. Идти? Очистить?

Существует так много критериев, которые необходимо учитывать при выборе любого автомобильного аудиопродукта. Уровни мощности, КПД, характеристики искажения, характеристики и функции играют важную роль. Понимание смысла измерения отношения сигнал/шум очень важно. Мы не хотим, чтобы к нашей музыке добавлялись НИКАКИЕ искажения или шумы, но законы физики запрещают нам такую ​​роскошь. Делайте все возможное, чтобы выбирать продукты, которые благодаря тщательному дизайну и выбору внутренних компонентов сводят к минимуму эти негативные последствия. Ваш местный специалист по мобильной электронике может помочь вам приобрести удивительное оборудование. Заходите и узнавайте, что нового.