Što je omjer signal-šum i zašto je bitan?

Većina ljudi razumije važnost specifikacija snage pojačala. U većini slučajeva, više snage je dobra stvar, to jest, dok ne dosegnete termalne ili ovjesne granice zvučnika koje koristite. Jedna od specifikacija koja je također vrlo važna u mobilnom elektroničkom pojačalu, procesoru ili jedinici izvora je omjer signala i šuma. U ovom ćemo članku objasniti što su brojevi omjera S/N i zašto su važni.

Sva buka, cijelo vrijeme!

Dešava se da kada prođete signal kroz bilo koji uređaj – kao što je komad žice, otpornik, kondenzator, induktor , tranzistor ili bilo što drugo čega se možete sjetiti – signalu se dodaje maleni djelić šuma. Postoji mnogo različitih vrsta buke. Nasumično kretanje elektrona koji poskakuju dok prolaze kroz uređaj uzrokuje toplinski šum. Više temperature uzrokuju više buke. Još jedna uobičajena buka je pucnjava. Razlika u vremenu dolaska elektrona dok prelaze barijeru ili jaz između dva materijala uzrokuje Šum pucanja. Uređaji kao što su tranzistori i diode, koji imaju različite slojeve materijala iznutra, uobičajeni su izvori buke pucanja. Postoji mnogo više vrsta buke.

Kao što možete zamisliti, količina buke koju stvara bilo koji od ovih uređaja je neznatna. Kada zbrojite malo šuma od gomile komponenti, a zatim pojačate rezultirajući signal, količina šuma u izlazu kruga dramatično raste.

Šum se javlja u izvornim jedinicama, procesorima signala i pojačalima. Jednom kada dodate šum u lanac signala, u biti ga je nemoguće ukloniti.

Zvuk buke

Jednostavan način da čujete kako zvuči buka je da na svoje prijenosno računalo povežete slušalice i pojačate glasnoću prilično visoka. Kroz slušalice ćete čuti šištanje. To je buka. (Napomena:budite oprezni, želimo vas kao audio entuzijastu za cijeli život. Skinite te slušalice prije nego što vaše računalo pusti zvuk i riskirate oštećenje sluha.)

Kako mjerimo buku

Postoji nekoliko načina za kvantificiranje buke koju stvara elektronička komponenta. Jedna metoda je jednostavno navesti šum na izlazu uređaja u apsolutnim vrijednostima. Mjerenje može biti u voltima ili vatima i kvantificira amplitudu signala šuma. Međutim, nećete vidjeti da se ovo koristi za opisivanje audio komponenti.

Najčešća metoda kvantificiranja buke koju proizvod dodaje signalu je usporedba razine buke s onom audio signala koji izlazi iz uređaja. Budući da razlika u tim razinama može biti prilično velika, navodimo omjer razine signala i razine buke pomoću ljestvice decibela (dB). Skala decibela je logaritamska. Kao takva, razlika od 6 dB predstavlja udvostručenje omjera amplitude, 20 dB je deset puta veća od amplitude, 40 dB je 100 puta, 60 dB je 1000 puta i 80 dB je 10 000 puta i tako dalje.

Pogledajmo pojačalo srednje kvalitete – ništa sjajno, ništa katastrofalno. Vidimo da ovo izmišljeno pojačalo ima omjer S/N od -82,3 dB kada se referencira na 1 vat izlazne snage u opterećenju od 4 ohma. Što to znači? Pa, prvo, znamo da za proizvodnju 1 wata snage u zvučniku od 4 ohma trebamo 2 volta RMS signala koji izlazi iz pojačala. Naša razina buke je 82,3 dB tiša od 2 volta. Korištenjem online kalkulatora, to znači da je buka koju proizvodi ovo pojačalo 0,00006918309709189363 puta manja od 2 volta, tako da je oko 0,000138 volti. Još malo matematike i to je 4,785 nanowata.

Ne. To nije velika buka. I u većini slučajeva, vjerojatno ga ne možete čuti.

Što ako se potrudimo i pronađemo ispodprosječno pojačalo? Nešto sa S/N specifikacijom nižim za oko 70 dB? Ako primijenimo tu matematiku na naša 2 volta nazivnog izlaza, dobit ćemo razinu buke od 99,99 nanowata. Da, to je PUNO više vata u usporedbi s prethodnim primjerom.

Razjašnjenje tajanstvenog omjera signal-šum

Ako pogledate specifikaciju pojačala od prije više od 10 godina, ili vidite broj koji je neuobičajeno visok, oni možda ocjenjuju razinu buke koristeći maksimalnu izlaznu sposobnost pojačala kao faktor usporedbe. Ako izmjerimo izlaznu razinu buke pojačala od 1 vata na 85 dB, tada povećate izlaznu snagu pojačala na 10 vata, pod pretpostavkom da ne stvara nikakvu dodatnu buku, omjer S/N bit će -95 dB. Ako pojačalo može proizvesti 100 vata bez više buke, omjer je sada -105 dB. Postoje stotine ampera koji mogu proizvesti 1000 vata – tako da bi mjerenje omjera buke sada bilo -115 dB. Kada se radi o ispisu brojeva na poklon kutiji, u brošuri ili njihovom objavljivanju na web stranici, reći da je omjer S/N -115 dB sigurno izgleda privlačnije od -85 dB.

CEA-2006 specifikacija uspostavila je standardni skup smjernica za mjerenje buke omjera S/N. Specifikacija nalaže da mjerimo omjer S/N u usporedbi s 1 watom izlaza u opterećenju od 4 ohma. U izradi je nova specifikacija koja će pomoći u kvantificiranju podešavanja osjetljivosti na pojačalu tijekom procesa mjerenja. Kako stoji, što je niža postavka pojačala, bolje će biti mjerenje omjera S/N. Želite li ovo potvrditi? Sljedeći put kada instalirate pojačalo, uključite sustav bez signala spojenog na pojačalo i slušajte zvučnike. Zatim pojačajte pojačalo do kraja. Čut ćete kako se razina buke povećava. Prije nastavka ponovno smanjite pojačanje i isključite sustav.

Zašto je nedostatak buke važan?

Kako možemo kvantificirati želju da ne dodamo šum našem signalu? Evo jednostavne analogije. Ako ste posljednjih godina kupili TV, možda ste čuli izraz 'crnje crne boje'. 'Crnje crne' se odnosi na to koliko zaslon postaje taman kada nema signala. Crnje je bolje. Kada razmišljate o svom audio sustavu, 'negativniji' omjer S/N znači da je buka tiša od audio signala. Ne želimo slušati buku. -90 dB je bolje od -80 dB. Kreni? Jasno?

Postoji toliko mnogo kriterija za ravnotežu pri odabiru bilo kojeg audio proizvoda za automobil. Razine snage, učinkovitosti, karakteristike izobličenja, značajke i funkcije igraju važnu ulogu. Razumijevanje značenja mjerenja odnosa S/N vrlo je važno. Ne želimo da se našoj glazbi doda NIKAKVA distorzija ili šum, ali zakoni fizike uskraćuju nam taj luksuz. Potrudite se odabrati proizvode koji pomnim dizajnom i odabirom unutarnjih komponenti minimiziraju te negativne učinke. Vaš lokalni stručnjak za mobilnu elektroniku može vas usmjeriti prema nekoj nevjerojatnoj opremi. Navratite i provjerite što je novo.