FAQ по Звуку
Что такое FAQ?
FAQ (Frequently Asked Questions) — часто задаваемые вопросы. FAQ по звуку — часто задаваемые вопросы о звуке.
Как читать этот FAQ?
Для удобства читателей, ответ на каждый вопрос разбит на три категории по степени сложности материала.
Н: Новичок — ещё многого не знает и не слишком хочет разбираться в мудрёных терминах.
П: Продвинутый — владеет основами обращения с техникой, в том числе с компьютером, и хочет всё знать.
З: Задвинутый — думает, что знает всё и любит докапываться до всяких научных и псевдонаучных мелочей. 🙂
Тем самым мы постарались избежать перекрёстных обвинений в чрезвычайной простоте при одновременной сложности изложения материала.
Что такое звук?
Н: Звук — это всё то, что мы слышим ушами.
П: Звук — это невидимые глазом волны, которые распространяются в воздухе, чаще всего из-за того, что где-то происходят колебания. С помощью нервных окончаний в нашем ухе мы их и слышим.
З: Звуковые волны — это физическое явление, происходящее в различных агрегатных состояниях вещества. При распространении имеют конечную скорость, характеризующую сжимаемость среды. Скорость распространения малых возмущений в общем случае равна: . Для адиабатических и изоэнтропических процессов , где k — показатель адиабаты. В каждом элементарном объёме при этом происходит колебание избыточного давления. Энергия звуковой волны характеризуется акустическим давлением и интенсивностью звука. Звуковым волнам присущи все волновые свойства. Это выражается, например, в возникновении явлений интерференции и дифракции при их распространении.
Что такое громкость звука?
Н: Делая громче или тише свой магнитофон или телевизор, мы изменяем громкость с помощью ручки с надписью «громкость».
П: Громкость — это кажущаяся сила звука. Для оценки громкости заумные дяди придумали специальную единицу измерения и назвали её децибел [дБ] (не путать с «децл» и «дебил»). Это — относительная величина, показывающая насколько увеличилась или уменьшилась громкость звука. Если принять за ноль еле слышимые звуки, то можно привести такую таблицу:
| Громкость звука | Уровень громкости, дБ |
| Граница слуха | 0 |
| Шепот | 20 |
| Разговорная речь | 50 |
| Шум улицы | 80 |
| Взлёт самолёта | 120 |
З: Кажущуюся громкость звука оценивают её уровнем: [дБ]. Согласно психо-физическому закону Вебера-Фехнера, эта величина для человека прямо пропорциональна субъективному ощущению изменения громкости. Где — интенсивность звука, — плотность, a — скорость звука. Но чаще измеряют уровень громкости через звуковое давление: . L < 0 означает ослабление звука, L > 0 — его усиление.
Что такое высота звука?
Н:
П: К примеру, если дернуть за струну на гитаре, она начнет колебаться и колебать окружающий ее воздух. Чем больше число колебаний, тем выше звук. Количество этих колебаний в секунду, называют частотой и измеряют в Герцах [Гц].
З: Взглянем на график колебания во временнОй области — U(t). Наибольшее среднее значение напряжения — это амплитуда сигнала, A. Временной диапазон между двумя соседними колебаниями носит название периода (Т). Величина, обратная периоду, называется
- область слышимых частот
- инфразвук
- ультразвук
Что такое тембр звука?
Н: То, чем отличается в Вашем любимом сериале голос Хуаниты, от ее злобной соперницы Канчиты.
П: Возьмем звук одинаковой высоты, сыгранный на двух разных музыкальных инструментах — на трубе и на фортепиано. На слух он будет отличаться по ряду характерных признаков. Их совокупность называется тембром.
Давайте вспомним наши ощущения при вращении ручки «громкость» на аудио аппаратуре. С изменением громкости субъективно меняется тембр. На советской аппаратуре была кнопка «тон корректор». Она выправляла ощущение громкости звуков разной частоты, в соответствии с психо-физическими особенностями восприятия.
В жизни мы часто сталкиваемся с понятием регулятор тембра, в том числе эквалайзер. Этот термин имеет немного другой смысл. Регулятор тембра и эквалайзер раздельно регулируют громкость различных частотных составляющих звука.
З: Рассмотрим фрагменты графиков записей двух музыкальных инструментов — трубы и фортепиано:
Они были получены перезаписью через кодек ноты ля первой октавы в WAV редакторе. Воспроизведением занималась звуковая карта SoundBlaster Live! со стандартным 8 МБ банком памяти (GM-инструмент №56 Trumpet и GM-инструмент №0 Acoustic Grand Piano). Период основного колебания характеризует высоту звука, а вид определяет тембральную окраску.
Какой путь проходит звук?
Н: Сначала Ваш любимый «певун» завывает на звукозаписывающей студии в микрофон. Потом, этот звук обрабатывается и записывается на компакт-диск. Купив этот компакт в киоске и поставив запись в свой любимый пузатый «бумбоксик», Вы слушаете то, что осталось от музыки (если она там, конечно, была).
П: При помощи микрофона звуковые волны преобразуются в электрический сигнал. Либо звуки синтезируются модуляцией напряжением или током на электромузыкальных инструментах. А также в компьютерах, сразу же получаясь в цифровом виде (семплерные технологии). Этот сигнал проходит через ряд устройств (компрессор, лимитер, эквалайзер, ревербератор), как железных, так и виртуальных. Впоследствии все оцифрованные звуки в современной студии суммируются («сводятся») в один звуковой файл, который подготавливается и записывается на CD-DA. При проигрывании на бытовом Hi-Fi CD-плеере цифровой сигнал преобразуется в аналоговый ЦАП-ом (цифро-аналоговым преобразователем) и, после усиления, подаётся на акустические системы. Последние преобразуют электрический сигнал обратно в звуковые колебания. Заумные весь этот путь называют звуковым трактом. Не исключено, что пройдя через все эти составляющие, качество звука, получаемого в конечном итоге, будет значительно отличаться от первоначального (по крайней мере, не улучшится). В какой мере — зависит от качества абсолютно всех звеньев этой цепи. К примеру, при покупке колонок мы отдаем предпочтение той системе, которая звучит «чище», определяя это «на слух». Заумные придумали некоторые стандартные показатели для измерения степени ухудшения звука (АЧХ, SNR, THD, и т.д.). Но никакие мудреные интегральные показатели не могут служить основанием для заочного суждения о «звучании» какого либо устройства.
З: В компьютере располагаются обрабатывающая и воспроизводящая часть звукового тракта. Самым качественным форматом кодирования звуковых данных на сегодня в общем случае является PCM (pulse code modulation — импульсно кодовая модуляция). Чаще всего этот формат на PC хранят в файлах с расширением wav. Но само по себе расширение wav не является гарантией PCM, это может быть и файл с данными в формате MPEG Layer 3 (в просторечье «MP3»).
Что такое Амплитудно-частотная Характеристика (АЧХ)?
Н: Это одни из загадочных циферок (к примеру, 20-20000), которые Вы видите на последней странице в руководстве пользователя. Не обращайте на них особого внимания. 🙂
П: При рассмотрении АЧХ обратите особое внимание не на нижнюю и верхнюю границы воспроизводимых частот, а на величину неравномерности. Большая величина неравномерности приводит сильному к искажению тембра звучания. Если приведён график, то в первую очередь важно, что бы он был как можно ровней без резких взлетов и провалов. На высоких частотах в провалах звук будет тусклым, не ясным, в подъемах — присутствие раздражающих неприятных шипящих и свистящих призвуков. На низких частотах в провалах звук теряет «насыщенность», а в подъемах возникает ощущение «бубнящего» звучания и «гудения».
В высококачественных звуковых системах неравномерность АЧХ в рабочем диапазоне частот составляет не более +1..-1 дБ. Для компьютерных колонок +10..-10 дБ — вполне приемлемые цифры.
З: Рассмотрим типичную АЧХ дешевой пластмассовой колонки (по оси абсцисс в логарифмическом масштабе отложена частота, по оси ординат — относительная амплитуда):
По нему ясно, что акустическая система имеет наименьшие искажения в полосе частот от 100 до 10 000 Гц. Человеческая речь имеет диапазон от 80 до 10 000 Гц, а, к примеру, диапазон симфонического оркестра от 30 до 20 000 Гц. Отсюда видно, что данная акустическая система пригодна в лучшем случае для прослушивания человеческой речи. Разумеется, это не говорит о том, что музыку, исполняемую симфоническим оркестром, нельзя будет слушать на данной системе. Просто такое звучание будет ненатуральным.
Так как амплитуда сигнала, измеренная в логарифмах, величина относительная, цифру 0 по оси амплитуды можно поставить где угодно. К примеру, в -80 дБ (по отношению к 0 на данном графике). Потом можно гордо писать в паспорте, что акустика имеет диапазон воспроизводимых частот 20-20000 Гц — и это действительно так. Только вот неравномерность +90 дБ будет очень трудно объяснить, поэтому неравномерность в таких случаях просто не указывается!
Что такое THD?
Н: Страшная аббревиатура, которой Вас хотят запутать. Но не пугайтесь, это всего лишь цифры. И если Вы действительно не испугались, наслаждайтесь звуком (или тем, что от него осталось при указанных в паспорте THD).
П: Это оценка нелинейных искажений. THD — это довольно осредненный показатель, который не определяет однозначно качество звучания, т.е. аппаратура даже с одним и тем же значением THD может звучать по-разному. Аббревиатура Hi-Fi (высокая верность) подразумевает: чем меньше искажений, тем лучше звучание. Требования по THD в Hi-Fi системах: не более 1,5% (на частоте 1000 Гц).
З: Это некий интегральный показатель, который характеризует нелинейные искажения для данной системы. Для акустических систем характерно применение фильтра для измеряемого сигнала, при подачи тестового сигнала (обычно синусоида частотой 1 кГц), с целью измерения всех дополнительных гармоник, возникающих из-за нелинейности системы. Обычно измеряют мощность второй и третьей гармоник, как вносящих наиболее существенный вклад. Для перевода из процентов в децибелы используют следующую формулу:
X [дБ] = 20 log (X [%] / 100)
Что такое шумы (SNR)?
Н: Шумы — это когда пш-ш-ш-ш-ш, и это плохо. Чем меньше пш-ш-ш-ш-ш, тем лучше.
П: Шумы можно представить как некий случайный звуковой сигнал малой громкости, который примешан к основному (изначальному) сигналу.
Отношение сигнал/шум (SNR) показывает превышение уровня сигнала над уровнем шума. Шумы можно также разложить по частотам. В области средних частот шумы наиболее заметны на слух. Наименее неприятен шум, равномерно распределенный по всем частотам (белый шум).
Человек имеет от природы способность отфильтровывать сигнал от шумов, поэтому шумы не так неприятны для восприятия, как искажения (см. THD). Отношение сигнал/шум (SNR) измеряется в дБ.
З: Для показателя SNR можно привести следующую ориентировочную табличку:
| 10-20 дБ | Абонентская радиоточка, телефон |
| 20-50 дБ | Колоночки для плеера |
| 50-60 дБ | Переносные радиоприёмники, 8 битные звуковые карты |
| 60-80 дБ | Hi-Fi аппаратура |
| 80-100 дБ | Студийная и Hi-End аппаратура |
Существует некоторое разночтение в понятии сигнал/шум. Фирмы производители любят указывать вместо SNR немного другой показатель, а именно — уровень шумов при отсутствии сигнала (Zero Signal Noise). Чем плохо такое измерение? А тем, что производителям достаточно легко реализовать внутри аппаратуры так называемый «гейт». Скажем, при уровне входного сигнала -80 дБ сработает выключатель, и уровень шумов падает до фантастических величин, на гране реальности. Отсюда все заявления о 96-97 дБ SNR в дешевой аппаратуре. На поверку, при подаче сигнала с небольшим уровнем, эти характеристики резко падают, становясь хуже на 20 дБ (а то и все 30!).
Коэффициент Нелинейных Искажений + Шум (THD+N)
Н: Чем больше THD+N, тем хуже качество в общем случае.
П: Этот показатель объединяет два предыдущих и существует для одновременной оценки уровня шумов и коэффициента нелинейных искажений.
З: THD+N — это более удачный показатель для цифровой аппаратуры, так как не позволяет выбрать наилучший уровень сигнала для SNR и для THD по отдельности.
Мощность
Н: Мощность — это не громкость.
П: Указанное производителем значение мощности не имеет особого практического смысла при выборе аппаратуры в магазине. Если Вы до конца не представляете, что она обозначает, не смотрите на мощность вовсе. Например, про акустическую систему можно сказать: ее мощность равна 10 Вт. Или: ее мощность равна 1000 Вт. Оба значения будут правильными. В первом случае мощность может быть указана «в RMS», а во втором «в PMPO». Поэтому не надо воспринимать близко к сердцу значение мощности, указанное в PMPO. Если попытаться хоть как-то сравнить два устройства по их мощностным характеристикам, то особое внимание следует обратить на уровень искажений (THD) при измерении мощности. Например, набор колонок 300 Вт RMS при 10% THD будет менее предпочтителен и, с очень большой вероятностью, будет звучать много хуже, чем колонки мощностью всего лишь 50 Вт RMS при 0,1% THD.
З: Подробнее см. статью «Особенности стандартов, описывающих мощность в звукотехнике».
Динамический диапазон (DR)
Н: Разница между самым тихим и самым громким звуками.
П: Для аудио аппаратуры это запас по динамике звука между порогом из шумов и началом перегрузки акустических систем и усилителя. Для уменьшения динамического диапазона и облегчения воспроизведения музыки и речи на дешевой аппаратуре, применяют так называемую компрессию звука (не путать со сжатием размера звукового файла). Таким образом, поп и рок музыка звучит довольно сносно даже на дешевой бытовой аппаратуре и компьютерных колоночках, т.к. динамический диапазон подобных записей очень «узкий» — не больше 10-15 дБ. Для классики значение динамического диапазона значительно «шире» — около 50 дБ. Соответственно, требования ко всему звуковому тракту для «серьёзной музыки» гораздо выше.
З: Для цифровой аппаратуры — это максимальный SNR, где шумами считаются шумы квантования в теории и порог из цифровых шумов дизеринга и субгармонических искажений (noise floor + harmonic distortion) на практике. Для акустической системы — это чувствительность, [дБ/Вт*м]. Для усилителей — это, если грубо, линейная часть кривой усиления.
Отношение сигнал/шум — это… Что такое Отношение сигнал/шум?
Отношение сигнал/шум (ОСШ; англ. signal-to-noise ratio, сокр. SNR) — безразмерная величина, равная отношению мощности полезного сигнала к мощности шума.
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.
Основные причины низких шумовых характеристик
Основные причины высокого уровня шума в сигнальных системах:
- рассогласованные линии передачи сигнала,
- тепловой шум в компонентах системы,
- недостаточная разрядность АЦП,
- резонансные явления,
- паразитные связи,
- самовозбуждение системы,
- нелинейность передаточных характеристик.
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.
Шум квантования устраняется повышением разрядности АЦП.
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
Пиковое отношение сигнала к шуму — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 23 мая 2016; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 23 мая 2016; проверки требует 1 правка.Пиковое отношение сигнала к шуму (англ. peak signal-to-noise ratio) обозначается аббревиатурой PSNR и является инженерным термином, означающим соотношение между максимумом возможного значения сигнала и мощностью шума, искажающего значения сигнала. Поскольку многие сигналы имеют широкий динамический диапазон, PSNR обычно измеряется в логарифмической шкале в децибелах.
PSNR наиболее часто используется для измерения уровня искажений при сжатии изображений. Проще всего его определить через среднеквадратичную ошибку (СКО) или MSE (англ. mean square error).
1. В случае использования MSE этот показатель для двух монохромных изображений I и K размера m×n, одно из которых считается зашумленным приближением другого, вычисляется по формуле:
- MSE=1mn∑i=0m−1∑j=0n−1|I(i,j)−K(i,j)|2{\displaystyle {\mathit {MSE}}={\frac {1}{mn}}\sum _{i=0}^{m-1}\sum _{j=0}^{n-1}|I(i,j)-K(i,j)|^{2}}
PSNR определяется так:
- PSNR=10log10(MAXI2MSE)=20log10(MAXIMSE){\displaystyle {\mathit {PSNR}}=10\log _{10}\left({\frac {{\mathit {MAX}}_{I}^{2}}{\mathit {MSE}}}\right)=20\log _{10}\left({\frac {{\mathit {MAX}}_{I}}{\sqrt {\mathit {MSE}}}}\right)}
где MAXI — это максимальное значение, принимаемое пикселем изображения. Когда пиксели имеют разрядность 8 бит, MAXI = 255. Вообще говоря, когда значения сигнала представлены линейно (PCM) с B битами на значение, максимально возможное значение MAXI будет 2B-1.
2. В случае использования СКО (англ. root-mean-square error) этот показатель для двух монохромных изображений I и K размера m×n, одно из которых считается зашумленным приближением другого, вычисляется так:
- RMSE=1mn∑i=0m−1∑j=0n−1|I(i,j)−K(i,j)|2{\displaystyle {\mathit {RMSE}}={\sqrt {{\frac {1}{mn}}\sum _{i=0}^{m-1}\sum _{j=0}^{n-1}|I(i,j)-K(i,j)|^{2}}}}
PSNR определяется так:
- PSNR=10log10(MAXI2RMSE2)=20log10(MAXIRMSE){\displaystyle {\mathit {PSNR}}=10\log _{10}\left({\frac {{\mathit {MAX}}_{I}^{2}}{{\mathit {RMSE}}^{2}}}\right)=20\log _{10}\left({\frac {{\mathit {MAX}}_{I}}{\mathit {RMSE}}}\right)}
где MAXI — это максимальное значение, принимаемое пикселем изображения. Когда пиксели имеют разрядность 8 бит, MAXI = 255. Вообще говоря, когда значения сигнала представлены линейно (PCM) с B битами на значение, максимально возможное значение MAXI будет 2B-1.
Следует отметить, что термин «Пиковое отношение сигнала к шуму» является часто употребляемым, но не совсем верным дословным переводом английского термина «peak signal-to-noise ratio». Правильным переводом будет являться «отношение пикового уровня сигнала к шуму». Здесь учитывается тот факт, что при вычислении PSNR вычисляется именно отношение максимально возможного («пикового») сигнала по отношению к уровню шума, а не ищется максимальное («пиковое») отношение вычисленного значения сигнал/шум, как можно было бы понять из неверного дословного перевода.
Для цветных изображений с тремя компонентами RGB на пиксель применяется такое же определение PSNR, но MSE считается по всем трем компонентам (и делится на утроенный размер изображения).
Типичные значения PSNR для сжатия изображений лежат в пределах от 30 до 40 dB.[1]
норма затухания, влияние параметров линии на качество
При работе модемов ADSL может снижаться скорость доступа. В этом случае необходимо найти причины, которые к этому привели, и устранить их. Для этого нужно знать, как работает ADSL интернет и что нужно делать для того, чтобы исправить проблемы с соединением.
Параметры линий для ADSL интернета
При определении характеристик соединения ADSL используются следующие параметры:
- Соотношение сигнала и шума.
- Степень затухания сигнала.
- Максимальная скорость, с которой возможно передавать данные.
- Реальная скорость передачи информации по каналу связи.
- Мощность сигнала, который передается или принимается.
Каждая из характеристик рассматривается отдельно для входящих и исходящих сигналов.
Нужно пояснить, что такое SNR Margin, что означает этот показатель в ADSL модеме. Это степень превышения уровня полезного сигнала над уровнем шума. Если эта величина становится слишком мала, то связь с интернетом обрывается.
Обратите внимание! Обычно доступ к этим параметрам предоставляет используемый роутер.
Соотношение сигнал – шум
Этот параметр называется SNR Margin. В зависимости от того, какое значение принимает отношение сигнал-шум ADSL, можно сделать следующие выводы:
- Если значение параметра меньше 7 дБ, то в этом случае связь с интернетом невозможна.
- Если соотношение сигнал-шум ADSL от 7 до 10 дБ, то речь идет о неустойчивой связи, при которой возможны сбои.
- При значениях от 20 до 40 дБ линия является рабочей.
- Значение параметра до 29 дБ означает, что линия качественная.
При превышении параметром SNR ADSL 29 дБ линию можно считать отличной.
Затухание линии
Этот параметр также носит название Line Attenuation. В процессе работы затухание линии ADSL может в различных случаях принимать такие значения:
- Если затухание не превышает 20 дБ, то речь идет о качественной линии.
- Затухание линии ADSL, норма составляет 20-40 дБ.
- Если затухание от 40 до 50 дБ, то это говорит о том, что возможны сбои.
- При значении параметра между 50 и 60 дБ будет периодически происходить разрыв соединения.
Начиная с 60 дБ, связь по линии ADSL работать не будет.
Влияние оконечных устройств и DSLAM на АТС
В процессе работы ADSL линии происходит взаимодействие между оконечными устройствами: модемом и DSLAM (оборудованием провайдера). Для того, чтобы связь была качественной, необходимо, чтобы были установлены такие параметры, которые обеспечивают эффективное взаимодействие между ними.
Если между ними возникают нестыковки, то это может снизить скорость доступа.
Влияние параметров абонентской линии
Абонентская линия имеет определенные физические свойства, которые оказывают существенное влияние на работу соединения с интернетом. Их можно разделить на две группы: базовые и специальные.
В первую группу входят:
- наличие напряжения на линии;
- сопротивление, емкость и индуктивность абонентского шлейфа;
- электрическое сопротивление при использовании рабочей частоты.
К специализированным параметрам относятся: затухание, отношение сигнала к шуму, импульсные помехи и ряд других.
Иногда имеется возможность влиять на пропускную способность линии посредством использования telnet. В этом случае нужно знать, какие команды ( «adsl start snr 1» или другие) для этого нужно использовать.
Распространенные проблемы с кабелем
На качество работы кабеля влияет наличие неоднородностей. Если с ним производились работы и были сделаны отпайки, то каждая из них будет рассеивать поступающий сигнал. Он будет в этом месте отражаться и тем самым рассеивать передаваемый сигнал. Второй сигнал будет шумом, который снижает качество передачи.
Если рядом расположены два кабеля, то они могут оказывать электрическое влияние друг на друга, ослабляя идущие по ним сигналы.
Основные проблемы, возникающие при использовании ADSL модема
Наиболее распространенные причины возникновения проблем с соединением xDSL в таких случаях рассмотрены далее.
Разрывы соединения
Причины ухудшения ratio signal noise могут иметь различную природу:
- Когда происходит логический разрыв, причина состоит в работе программного и аппаратного обеспечения. В этом случае могут помочь: установка последней версии драйвера, проверка работоспособности модема.
- Физические разрывы соединения могут иметь причины, связанные со схемой подключения или с качеством используемых соединительных кабелей.
Если в результате проверки проблемы не были выявлены, то нужно обратиться за помощью к провайдеру.
Параметры для диагностики
Если происходят разрывы при соединении с интернетом, то для этого может быть несколько причин. Вот наиболее распространенные из них:
- Для качества связи важное значение имеет соотношение ratio signal noise. Оно должно превышать 6 дБ.
- При измерении затухания необходимо убедиться, что оно не превосходит 50 дБ. В противном случае связь со всемирной сетью установить не получится.
Если эти параметры ratio signal noise выходят за пределы нормы, то нужно выяснить причины, которые к этому привели.
Методика диагностики проблем с разрывами соединения
После того, как были измерены параметры соединения и стало понятно, что связь с интернетом не работает, необходимо изучить сложившуюся ситуацию и определить, какие причины могли к этому привести.
Необходимо проверить, как подключен сплиттер. Это актуально для тех, кто имеет одновременно подсоединение по Asymmetric Digital Subscriber Line и стационарный телефон. Если устройство неисправно, то это может быть причиной отсутствия связи со всемирной сетью. Далее нужно осмотреть доступный провод и убедиться, что он не имеет повреждений.
Важное значение имеет исправность мест, где имеются подсоединения. Нужно осмотреть все места, которые доступны и убедиться в отсутствии механических повреждений, окисления или плохих контактов.
Причина состояния ADSL down может быть связана с модемом. Неисправен может быть он или блок питания, через который происходило подключение к сети электропитания. Если попросить исправный модем у товарища и подсоединить к сети, то можно точно узнать, исправен ли собственный.
Важно! Скачки напряжения в сети могут быть не только причиной разрыва связи, но и способны повредить технику. Если такие проблемы случаются, то имеет смысл подумать о покупке трансформатора.
Если в результате такой проверки не удалось обнаружить причин разрыва связи, то нужно обратиться с этой проблемой к провайдеру, который установит, какой может быть причина проблемы, и устранит ее.
Одной из причин разрыва соединения может быть несоответствие настроек провайдера и пользовательского модема, которое способно ухудшить параметры ADSL.
Правильная схема подключения
Правильная схема использования в доме подразумевает, что телефонная линия должна быть подключена к сплиттеру. У него предусмотрены отдельные гнезда для подключения стационарного телефона и компьютера.
Если возникли проблемы со связью, то в первую очередь необходимо проверить, работает ли эта схема. При этом надо не только проверить устройства, но и осмотреть телефонные провода на предмет: отсутствия механических повреждений, некачественной опрессовки при подсоединении с коллектором, скруток проводов.
Начать проверку можно с того, чтобы подключить модем непосредственно к телефонной розетке, минуя сплиттер. Если работоспособность таким образом будет хорошей, то неисправности нужно искать в схеме соединения.
Важно! Рекомендуется также подключить другой модем. Это позволит исключить технические неисправности в нем.
Низкая скорость
Возможными причинами для слишком низкой скорости соединения могут быть:
- Неверное подключение к каналу связи.
- Неисправная телефонная линия.
- Слишком большое расстояние до АТС.
- Проблемы, которые возникли из-за приложений, которые установлены на компьютере.
- Некачественная настройка межсетевых экранов.
- Иногда замедление связи возникает из-за работы антивируса.
- Аппаратные проблемы, которые выражаются в неисправностях используемого оборудования.
Поиск неисправностей в каждой из перечисленных ситуаций требует использования различных методов. Однако пользователь без серьезных технических знаний может ознакомиться с параметрами АДСЛ линии, предоставляемыми роутером, и узнать, какая реальная скорость при доступе во всемирную сеть.
Низкая исходящая скорость
Важно! Рассматриваемая технология связи является асимметричной. При этом входящий поток информации и исходящий имеют различную скорость. В последнем случае она будет существенно ниже.
При использовании Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) подразумевается, что к пользователю должен быть направлен большой поток информации, а от него — намного меньший.
Не загружаются страницы при использовании ADSL модема
Во время работы ADSL модема при нарушении связи со всемирной сетью нужно обращать внимание на индикацию. Индикатор ADSL выглядит как несколько световых сигналов. Обычно он состоит из следующих: «DSL», «Internet», «LAN». На индикаторной панели также присутствуют: «Power» «Status».
Как только перестают загружаться страницы, нужно учитывать следующее:
- Когда нет ровного света индикатора «DSL» (он не горит или мигает), нужно проконтролировать работу схемы подключения к телефонной линии.
- Если «DSL» светится, а лампочка «Internet» нет, то требуется провести перезагрузку модема. Если это не улучшило ситуацию, рекомендуется зайти в его настройки и проконтролировать их правильность.
- В том случае, когда «DSL» и «Internet» светятся, а индикатор «LAN» нет, то необходимо проверить исправность провода, который соединяет модем с компьютером.
Иногда для обозначения индикаторов используются не названия, а графические обозначения. Чтобы уточнить их значение, нужно ознакомиться с инструкцией по эксплуатации.
При ухудшении качества работы Asymmetric Digital Subscriber Line соединения нужно установить причину проблемы и сделать все необходимое для ее устранения.
Подгорнов Илья ВладимировичВсё статьи нашего сайта проходят аудит технического консультанта. Если у Вас остались вопросы, Вы всегда их можете задать на его странице.Похожие статьи
Сигнал-шум — Signal-to-noise ratio — qwe.wiki
Отношение сигнал-шум (сокращенно SNR или S / N ) является мерой , используемой в науке и технике , который сравнивает уровень желательного сигнала к уровню фонового шума . SNR определяется как отношение мощности сигнала к мощности шума, часто выражается в децибелах . Соотношение выше , чем 1: 1 (больше , чем 0 дБ) указывает на более , чем сигнал шума.
В то время как SNR обычно цитируемые для электрических сигналов, он может быть применены к любой форме сигнала, например , изотопных уровни в ядре льда , биохимические сигнализации между клетками, или торговыми сигналами финансовыми . Отношение сигнал-шум иногда используется в переносном смысле для обозначения соотношения полезной информации к ложным или не относящихся к делу данных в разговоре или обмена. Например, в интернет — форумах и других интернет — сообществах, вне темы сообщений и спама рассматриваются как «шум» , что мешает «сигнал» соответствующего обсуждения.
Отношение сигнал-шум, то полоса пропускания , и пропускная способность канала из канала связи соединены по теореме Шеннона-Хартли .
Определение
Отношение сигнал-шум определяется как отношение мощности в виде сигнала (значимой информации) к мощности фонового шума (нежелательный сигнал):
- SNрзнак равнопsягNaLпNояsе,{\ Displaystyle \ mathrm {SNR} = {\ гидроразрыва {P _ {\ mathrm {сигнал}}} {Р _ {\ mathrm {шум}}}}}
где Р представляет собой среднюю мощность. Оба сигнала и мощность шума должны измеряться в одних и тех же или эквивалентных точек в системе, и в пределах одной и той же системной пропускной способности .
В зависимости от того , является ли сигнал постоянной (ы) или случайная величина (S), то отношение сигнал-шум для случайного шума N с ожидаемым значением от нуля становится:
- SNрзнак равноs2σN2{\ Displaystyle \ mathrm {SNR} = {\ гидроразрыва {s ^ {2}} {\ Sigma _ {\ mathrm {N}} ^ {2}}}}
- или же
- SNрзнак равноЕ[S2]σN2{\ Displaystyle \ mathrm {SNR} = {\ гидроразрыва {Е [S ^ {2}]} {\ Sigma _ {\ mathrm {N}} ^ {2}}}}
- где Е относится к ожидаемому значению , то есть в этом случае среднееS2,{\ Displaystyle S ^ {2}.}
Если сигнал и шум измеряются через тот же импеданс , ОСШ может быть получен путем вычисления квадрата амплитуды соотношения:
- SNрзнак равнопsягNaLпNояsезнак равно(AsягNaLANояsе)2,{\ Displaystyle \ mathrm {SNR} = {\ гидроразрыва {P _ {\ mathrm {сигнал}}} {P _ {\ mathrm {шум}}}} = \ влево ({\ гидроразрыва {A _ {\ mathrm {сигнал}}} {A _ {\ mathrm {шум}}}} \ справа) ^ {2}}
где является среднеквадратичное (RMS) амплитуды (например, значения напряжения).
децибелы
Поскольку многие сигналы имеют очень широкий динамический диапазон , сигналы часто выражаются с использованием логарифмических децибел шкалы. На основе определения децибел, сигнал и шума может быть выражена в децибелах (дБ) , как
- пsягNaL,dВзнак равно10журнал10(пsягNaL){\ Displaystyle P _ {\ mathrm {сигнала, дБ}} = 10 \ лог _ {10} \ влево (P _ {\ mathrm {сигнал}} \ справа)}
а также
- пNояsе,dВзнак равно10журнал10(пNояsе),{\ Displaystyle P _ {\ mathrm {шума, дБ}} = 10 \ лог _ {10} \ влево (P _ {\ mathrm {шум}} \ справа).}
Аналогичным образом, SNR может быть выражена в децибелах, как
- SNрdВзнак равно10журнал10(SNр),{\ Displaystyle \ mathrm {SNR_ {дБ}} = 10 \ лог _ {10} \ влево (\ mathrm {SNR} \ справа).}
Используя определение SNR
- SNрdВзнак равно10журнал10(пsягNaLпNояsе),{\ Displaystyle \ mathrm {SNR_ {дБ}} = 10 \ лог _ {10} \ влево ({\ гидроразрыва {P _ {\ mathrm {сигнал}}} {P _ {\ mathrm {шум}}}} \ справа). }
Используя правило фактора для логарифмов
- 10журнал10(пsягNaLпNояsе)знак равно10журнал10(пsягNaL)-10журнал10(пNояsе),{\ Displaystyle 10 \ лог _ {10} \ влево ({\ гидроразрыва {P _ {\ mathrm {сигнал}}} {P _ {\ mathrm {шум}}}} \ справа) = 10 \ лог _ {10} \ влево (P _ {\ mathrm {сигнал}} \ справа) -10 \ _ войти {10} \ влево (P _ {\ mathrm {шум}} \ справа).}
Подставляя определения SNR, сигнала, и шума в децибелах в приведенные выше результаты уравнения в качестве важных формул для вычисления сигнала к шуму в децибелах, когда сигнал и шум также в децибелах:
- SNрdВзнак равнопsягNaL,dВ-пNояsе,dВ,{\ Displaystyle \ mathrm {SNR_ {дБ}} = {P _ {\ mathrm {сигнала, дБ}} _ {-P \ mathrm {шума, дБ}}}.}
В приведенной выше формуле, Р измеряется в единицах мощности, таких как ватт (Вт) или милливатт (мВт), и отношение сигнал-шум является чистым числом.
Однако, если сигнал и шум измеряются в вольтах (V) или амперах (А), которые являются мерами амплитуды, они должны быть сначала в квадрат, чтобы получить величину, пропорциональную мощности, как показано ниже:
- SNрdВзнак равно10журнал10[(AsягNaLANояsе)2]знак равно20журнал10(AsягNaLANояsе)знак равно(AsягNaL,dВ-ANояsе,dВ),{\ Displaystyle \ mathrm {SNR_ {дБ}} = 10 \ лог _ {10} \ влево [\ влево ({\ гидроразрыва {A _ {\ mathrm {сигнал}}} {A _ {\ mathrm {шум}}}} \ справа) ^ {2} \ право] = 20 \ лог _ {10} \ влево ({\ гидроразрыва {A _ {\ mathrm {сигнал}}} {A _ {\ mathrm {шум}}}} \ справа) = \ левый ({A _ {\ mathrm {сигнала, дБ}} _ {-A \ mathrm {шума, дБ}}} \ справа).}
Динамический диапазон
Понятия отношения сигнал-шум и динамический диапазон тесно связаны между собой . Меры динамического диапазона соотношение между самым сильным ООН- искаженным сигналом на канал и минимальный различимый сигналом, который в большинстве случаев является уровнем шума. ОСШ измеряет соотношение между произвольным уровнем сигнала (не обязательно самым мощным сигналом возможным) и шумом. Измерение отношения сигнал-шум требует выбора репрезентативного или опорного сигнала. В звуковой технике , опорный сигнал, как правило, синусоидальный сигнал при стандартизированной номинальной или выравнивания уровня , например, 1 кГц при +4 дБн (1,228 V RMS ).
SNR обычно берется , чтобы указать среднее отношение сигнал-шум, как это возможно , что (почти) мгновенные отношения сигнал-шум будет значительно отличаться. Концепция может быть понята как нормализовать уровень шума до 1 (0 дБ) и измерения , как далеко сигнал «выделяется».
Отличие от обычной мощности
В физике, средняя мощность от сигнала переменного тока определяются как среднее значение времени напряжения тока; для резистивных (не- реактивных ) цепей, где напряжение и ток находятся в фазе, это эквивалентно произведению среднеквадратичного напряжения и тока:
- пзнак равноВрмsярмs{\ Displaystyle \ mathrm {P} = V _ {\ mathrm {эфф}} I _ {\ mathrm {эфф}}}
- пзнак равноВрмs2рзнак равноярмs2р{\ Displaystyle \ mathrm {P} = {\ гидроразрыва {V _ {\ mathrm {эфф}} ^ {2}} {R}} = {I _ \ mathrm {эфф}} ^ {2} R}
Но в обработке сигналов и связи, обычно предполагается , что таким образом , что фактор обычно не включается при измерении мощности или энергии сигнала. Это может вызвать некоторое замешательство среди читателей, но коэффициент сопротивления не имеет существенное значения для типичных операций , выполняемых при обработке сигналов, а также для вычисления коэффициентов мощности. В большинстве случаев, сила сигнала будет считаться просто рзнак равно1Ω{\ Displaystyle R = 1 \ Omega}
- пзнак равноВрмs2знак равноA22{\ Displaystyle \ mathrm {P} = V _ {\ mathrm {эфф}} ^ {2} = {\ гидроразрыва {А ^ {2}} {2}}}
где «А» амплитуда сигнала переменного тока.
Альтернативное определение
Альтернативное определение SNR как обратная величина коэффициента вариации , т.е. отношение среднего значения к стандартному отклонению сигнала или измерений:
- SNрзнак равноμσ{\ Displaystyle \ mathrm {SNR} = {\ гидроразрыва {\ му} {\ Sigma}}}
где это сигнал , среднее или ожидаемое значение и стандартное отклонение шума, или оценка их. Обратите внимание на то, что такое альтернативное определение полезно только для переменных, которые всегда неотрицательные (например, подсчета фотонов и яркости ). Он широко используется в обработке изображений , где ОСШ из изображения , как правило , рассчитываются как отношение среднего значения пикселя на стандартное отклонение значений пикселей над заданными окрестностями. Иногда SNR определяется как квадрат альтернативного определения выше. μ{\ Displaystyle \ му}σ{\ Displaystyle \ сигма}
Критерий Rose (названный в честь Альберта Rose ) утверждает , что SNR , по меньшей мере , 5 необходим , чтобы иметь возможность различать детали изображения при 100% уверенности. ОСШ меньше , чем 5 означает , что меньше , чем 100% уверенность в идентификации деталей изображения.
Еще одна альтернатива, очень специфичны и различны определение SNR используется для характеристики чувствительности систем формирования изображений; см сигнал-шум (изображений) .
Связанные с этим меры являются « коэффициент контрастности » и « коэффициент контрастности-шум ».
SNR для различных систем модуляции
амплитудная модуляция
Канал сигнал-шум задается
- (SNр)С,AMзнак равноAС2(1+Кa2п)2WN0{\ Displaystyle \ mathrm {(SNR), _ {С, AM}} = {\ гидроразрыва {А_ {C} ^ {2} (1 + к_ {а} ^ {2} Р)} {2WN_ {0}}} }
где W представляет собой полосу пропускания и является индекс модуляции Кa{\ Displaystyle k_ {а}}
Отношение выходного сигнала к шуму (А.М. приемника) задается
- (SNр)О,AMзнак равноAс2Кa2п2WN0{\ Displaystyle \ mathrm {(SNR), _ {О, AM}} = {\ гидроразрыва {А_ {C} ^ {2} к_ {а} ^ {2} Р} {2WN_ {0}}}}
Модуляция частоты
Канал сигнал-шум задается
- (SNр)С,FMзнак равноAс22WN0{\ Displaystyle \ mathrm {(SNR), _ {С, FM-}} = {\ гидроразрыва {А_ {C} ^ {2}} {2WN_ {0}}}}
Выходное отношение сигнал-шум задается
- (SNр)О,FMзнак равноAс2Ке2п2N0W3{\ Displaystyle \ mathrm {(SNR), _ {О, FM-}} = {\ гидроразрыва {А_ {C} ^ {2} к_ {е} ^ {2} Р} {2N_ {0} W ^ {3}} }}
Улучшение SNR на практике
Запись шума в термогравиметрическом анализе устройства , который плохо изолирован с механической точки зрения; середина кривой показывает более низкий уровень шума, из — за меньшей окружающей человеческой деятельности в ночное время .Все реальные измерения нарушается шумом. Это включает в себя электронный шум , но также может включать в себя внешние события , которые влияют на измеренное явление — ветер, вибрацию, гравитационное притяжение Луны, изменения температуры, влажность вариацию и т.д., в зависимости от того, что измеряются и чувствительность устройства , Часто можно уменьшить шум, контролируя окружающую среду. В противном случае, когда характеристики шума известны и отличаются от сигналов, можно отфильтровать его , или для обработки сигнала.
Например, иногда можно использовать Синхронный усилитель для модуляции и ограничить сигнал в пределах очень узкой полосе частот , а затем отфильтровать обнаруженный сигнал в узкой полосе частот , где он проживает, тем самым устраняя большую часть широкополосного шума.
Когда сигнал является постоянным или периодическим , а шум является случайным, то можно повысить SNR путем усреднения результатов измерений. В этом случае шум идет вниз , как квадратный корень из числа усредненных проб.
Кроме того, внутренний шум электронных систем может быть уменьшен с низким уровнем шума усилителями .
Цифровые сигналы
Когда измерение преобразуется в цифровую форму, число битов , используемых для представления измерения определяет максимально возможное отношение сигнал-шум. Это потому , что минимально возможный уровень шума уровень является ошибка вызвано квантованием сигнала, иногда называемого шумом квантования . Этот уровень шума является нелинейным и сигналом-зависимым; Существуют различные расчеты для различных моделей сигналов. Квантование шум моделируются как аналоговый сигнал ошибки суммируется с сигналом до квантования ( «аддитивный шум»).
Этот теоретический максимум SNR предполагает идеальный входной сигнал. Если входной сигнал уже шумный (как это обычно и бывает), шум Сигнала может быть больше , чем шум квантования. Реальный аналого-цифровые преобразователи также имеют другие источники шума , что дальнейшее снижение SNR по сравнению с теоретическим максимумом от идеализированного шума квантования, в том числе преднамеренного добавления псевдослучайного сигнала .
Хотя уровни шума в цифровой системе можно выразить с помощью SNR, это более распространено использование E б / N O , энергии на битый в спектральной плотности мощности шума.
Коэффициент ошибок модуляции (MER) является мерой SNR в цифровом виде модулированного сигнала.
Фиксированная точка
Для п битовых целых чисел с одинаковым расстоянием между уровнями квантования ( равномерное квантования ) динамический диапазон (DR) , также определяется.
Предполагая равномерное распределение значений входного сигнала, шум квантования является равномерно распределен случайным сигналом с амплитудой от пика до пика одного уровня квантования, что делает отношение амплитуд 2 п / 1. Формула тогда:
- DрdВзнак равноSNрdВзнак равно20журнал10(2N)≈6,02⋅N{\ Displaystyle \ mathrm {DR_ {дБ}} = \ mathrm {SNR_ {дБ}} = 20 \ лог _ {10} (2 ^ {п}) \ около 6,02 \ CDOT п}
Это соотношение является источником заявлений , как « 16-битного звука 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 максимальные значения в качестве входного сигнала), шум квантования приближается к пилообразной волне с амплитудой от пика до пика одного уровня квантования и равномерное распределение. В этом случае ОСШ приблизительно
- SNрdВ≈20журнал10(2N3/2)≈6,02⋅N+1,761{\ Displaystyle \ mathrm {SNR_ {дБ}} \ около 20 \ лог _ {10} (2 ^ {п} {\ SQRT {3/2}}) \ около 6,02 \ CDOT п + 1,761}
Плавающая запятая
С плавающей точкой номера обеспечивают способ компромисс отношение сигнал-шум для увеличения динамического диапазона. Для чисел с плавающей точкой п бит, с нмами битами в мантиссах и м бит в показателе :
- DрdВзнак равно6,02⋅2м{\ Displaystyle \ mathrm {DR_ {дБ}} = 6,02 \ CDOT 2 ^ {т}}
- SNрdВзнак равно6,02⋅(N-м){\ Displaystyle \ mathrm {SNR_ {дБ}} = 6,02 \ CDOT (нм)}
Следует отметить, что динамический диапазон значительно больше, чем с фиксированной точкой, но при стоимости худшего отношения сигнал-шум. Это делает плавающей точкой предпочтительнее в ситуациях, когда динамический диапазон является большим или непредсказуемым. более простые реализации с фиксированной точкой можно использовать без какого-либо качества сигнала недостатка в системах, где динамический диапазон меньше, чем 6.02m. Очень большой динамический диапазон с плавающей точкой может быть недостатком, так как она требует больше предусмотрительности в разработке алгоритмов.
Оптический SNR
Оптические сигналы имеют несущую частоту , которая намного выше , чем частота модуляции (около 200 ТГц и более). Таким образом , шум покрывает полосу пропускания, которая намного шире , чем сам сигнал. В результате влияния сигнала зависит главным образом от фильтрации шума. Для того, чтобы описать качество сигнала , не принимая во внимание приемник, используется оптический SNR (OSNR). ООСШ является соотношение между мощностью сигнала и мощности шума в заданной полосе частот. Чаще всего используется эталонная ширина полосы 0,1 нм. Эта полоса не зависит от формата модуляции, частоты и приемника. Например ООСШ 20 дБ / 0,1 нм может быть дано, даже сигнал 40 GBit ДФМ не будет соответствовать в этой полосе частот. ООСШ измеряется с помощью оптического анализатора спектра .
Типы и сокращения
Отношение сигнал-шум может быть сокращенно SNR и менее часто , как S / N . PSNR означает Пик отношения сигнал-шум . GSNR означает Геометрическая отношение сигнал-шум. ОСШ это отношение сигнал-шум-плюс-помеха .
Смотрите также
Заметки
Рекомендации
внешняя ссылка
- Принимая тайну из Infamous формулы «SNR = 6.02N + 1,76 дБ» , и почему вы должны заботиться. [1] Analog Devices
- АЦП и ЦАП Глоссарий — Maxim Integrated Products
- Поймите SINAD, ENOB, SNR, THD, THD + N и SFDR , чтобы не заблудиться в собственных шумов — Analog Devices
- Взаимосвязь динамического диапазона размера слова данных в цифровой обработке звука
- Расчет отношения сигнал-шум, напряжение шума, и уровень шума
- Обучение на основе моделирования — моделирование, показывающее улучшение ОСШ путем усреднения по времени
- Динамическое тестирование производительности цифровых аудио D / A конвертеры
- Основная теорема аналоговых схем: минимальный уровень мощности должна быть устранена, чтобы поддерживать уровень SNR
- Интерактивный webdemo визуализации SNR в QAM созвездия схемы Институт Telecommunicatons, Университет Штутгарта
Соотношение сигнал/шум | Computerworld Россия
Определение
Соотношение сигнал/шум (его часто обозначают S/N или SNR) определяет силу сигнала относительно фонового шума канала передачи данных, а также устройства обработки сигнала или электронного устройства. Это соотношение определяет качество передачи данных. Если уровень фонового шума в канале высок, это может привести к снижению скорости передачи данных, поскольку передающий компьютер будет вынужден многократно посылать пакеты данных, которые не были прочитаны адресатом из-за слишком высокого уровня шума.
Шум — серьезный враг систем передачи данных. В какой бы среде ни «путешествовали» электроны, они порождают определенный электромагнитный шум. Когда сигнал передается по каналу связи, например по медному проводу или при трансляции в радиочастотном диапазоне, его всегда сопровождают фоновые электромагнитные помехи, или шум.
Соотношение сигнал/шум (S/N) — это количество нежелательного электромагнитного шума, отнесенное к силе сигнала. Если фоновый шум в канале передачи данных выше, чем сигнал, это может привести к снижению скорости передачи данных или нарушению стабильности работы системы.
Вот почему пассажирам запрещают пользоваться любыми электронными устройствами (в том числе сотовыми телефонами и мобильными компьютерами) на протяжении всего авиаперелета или по крайней мере во время взлета и посадки. Это меры предосторожности, которые гарантируют, что шум от таких устройств не повредит навигационной системе самолета, хотя, по общему признанию, это маловероятно.
Шум в проводах
В проводных системах проблемы, связанные с уровнем шума, разрешаются довольно просто в силу относительной замкнутости систем. Рассмотрим обычную локальную сеть, в которой низкоуровневые шумы от радио и других устройств могут вызвать помехи. Сеть Ethernet, работающая на частоте 10 МГц, в точке приема сигналов использует фильтр, чтобы отсечь сигналы, по частоте превышающие 10 МГц. Еще один способ увеличить соотношение S/N — повысить мощность сигнала.
Стандарты задают уровень электромагнитных помех в разрешенном для производства оборудовании, с тем чтобы минимизировать помехи при передаче данных.
Целая область электросвязи посвящена способам максимального увеличения силы сигнала относительно нежелательного электромагнитного шума. В некоторых сложных устройствах, таких как радиотелескопы, для минимизации электромагнитных помех температуру микроэлектронных компонентов снижают почти до абсолютного нуля (-273°С).
Из-за высокого уровня электромагнитных помех компьютеру-отправителю, возможно, придется повторно передавать пакеты данных, которые пришли адресату искаженными из-за шума в проводном соединении. Это вызывает задержку получения передаваемых данных.
Вопросу подавления шумов в беспроводных коммуникациях уделяется особое внимание, поскольку электромагнитные помехи могут серьезно повлиять на передачу сигнала. Дело в том, что при беспроводных соединениях сигнал относительно слаб и к тому же затухает с большой скоростью — обратно пропорционально площади, «пройденной» сигналом, распространяющемуся по всем направлениям.
Неустойчивый сигнал
На качестве передачи сигнала сказывается и то, что может существовать множество источников электромагнитных помех, в том числе и окружающая среда. Силовые кабели и ретрансляционные вышки способны порождать весьма значительные электромагнитные помехи. Стены зданий могут блокировать или ослаблять сигналы.
Отражающие поверхности, такие как металлический забор и даже облака, могут задерживать сигналы. Поэтому один и тот же сигнал может быть получен из разных направлений в разное время, что вызывает искажение.
Один из способов минимизации уровня шума при беспроводных соединениях — это смена частот (frequency hopping), используемая в Bluetooth и в стандарте IEEE 802.11.
Передатчик посылает сигнал на одной частоте в течение заранее определенного короткого промежутка времени (речь идет о миллисекундах), затем переходит на другую частоту и передает сигнал в течение другого промежутка времени и т. д. Порядок и продолжительность изменения частот определяет конкретный алгоритм, а поскольку сигнал использует каждую из задействованных частот только в течение короткого периода времени, вероятность возникновения помех или искажения сигнала снижается.
И все же вопрос о S/N не теряет своей остроты. В 2001 году стоит ожидать появления множества устройств, использующих технологию Bluetooth.
На первый взгляд Bluetooth было бы совершенно естественно использовать для получения диагностической информации от машины, но до того момента, как подобные устройства будут устанавливаться в автомобилях, пройдет еще немало времени. И все из-за электромагнитных помех.
«Нам необходимо быть уверенными в том, что подобные устройства не вызовут помех в остальных системах автомобиля, — отметил Майк Хичме из корпорации General Motors. — Всякий раз, когда микропроцессор или коммутатор передает сигнал с помощью беспроводной связи, он может вызывать помехи в других системах автомобиля».
Если сигнал слабый, то иногда его заглушет фоновый шум. Для электронных систем это может быть остаточный шум компонентов устройства, космические лучи, помехи от других электронных устройств и многое другое. Как можно видеть из представленной диаграммы, когда уровень сигнала опускается ниже фонового шума, его информационное наполнение теряется. Если сигнал сильный, то даже его самые слабые фрагменты не искажаются из-за шума и, таким образом, может поддерживаться большее различие в интенсивности (например, громкости) между самыми низкими и самыми высокими значениями сигнала. Величина, на которую максимальная интенсивность сигнала превышает минимальный уровень, когда этот сигнал еще можно выявить (то есть шумовой порог), называется динамическим диапазоном и обычно измеряется в децибелах.
Долой шум
Термин сигнал/шум первоначально возник в области разработки электрических схем как специальный количественный параметр, однако саму концепцию будет вполне справедливо применить к любому методу связи.
Например, дым костров может быть эффективным средством передачи сигналов на дальние расстояния, правда, до тех пор, пока не помешает природный «шум» — скажем, туман или дождь.
Или представьте себе место, где одновременно разговаривают десятки людей. Если вы хотите поговорить с кем-нибудь, то придется встать к своему собеседнику настолько близко, чтобы ваш голос (сигнал) можно было услышать сквозь звуки разговора окружающих (шум). Другими словами, необходимо добиться достаточно высокого соотношения S/N.
Наконец, обратите внимание на тысячи групп новостей, известных под общим названием Usenet. Мне часто приходится слышать от опытных пользователей (и, безусловно, самому сталкиваться с этим достаточно часто), что у многих групп REC (развлекательных) или ALT (альтернативных, то есть полностью неуправляемых), «недостаточно высокое соотношение сигнал/шум». Другими словами, слишком много людей публикуют сообщения, не несущие в себе, по сути, никакой информации; это часто случается, когда разгораются страсти вокруг какого-то, вообще говоря, пустякового вопроса.
Рассел КейПоделитесь материалом с коллегами и друзьями
Отношение сигнал/шум — Википедия (с комментариями)
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)Отношение сигнал/шум (ОСШ; англ. signal-to-noise ratio, сокр. SNR) — безразмерная величина, равная отношению мощности полезного сигнала к мощности шума.
- <math>
\mathrm{SNR} = {P_\mathrm{signal} \over P_\mathrm{noise}} = \left ( {A_\mathrm{signal} \over A_\mathrm{noise} } \right )^2 </math>
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.
- <math>
\mathrm{SNR (dB)} = 10 \log_{10} \left ( {P_\mathrm{signal} \over P_\mathrm{noise}} \right ) = 20 \log_{10} \left ( {A_\mathrm{signal} \over A_\mathrm{noise}} \right ) </math>
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.
Снижение собственных шумов усилительного тракта (малошумящие усилители</span>ruen) достигается соответствующими схемотехническими решениями, в частности применением активных и пассивных компонентов с низким уровнем шума.
Если спектр полезного сигнала отличается от спектра шума, улучшить отношение сигнал/шум можно ограничением полосы пропускания системы.
Шум квантования устраняется повышением разрядности АЦП.
Для улучшения шумовых характеристик сложных комплексов применяются методы электромагнитной совместимости.
Измерение
В аудиотехнике отношение сигнал/шум определяют путём 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 звукотехнике
Отношение сигнал/шум — параметр АЦП, ЦАП, микшера, микрофонного, предварительного или оконечного усилителя, например усилителя активных колонок. Он показывает, насколько сильно шумит звуковое устройство (обычно от 60 до 135,5 дБ) при отсутствии сигнала. Чем выше значение сигнал/шум, тем более чистый звук и больший динамический диапазон обеспечивается системой. Для музыкальных целей желательно, чтобы этот параметр был не менее 75 дБ, а для систем с высококачественным звучанием не менее 90 дБ. Телефонный речевой канал имеет С/Ш около 30 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
Напишите отзыв о статье «Отношение сигнал/шум»
Отрывок, характеризующий Отношение сигнал/шум
Для женитьбы нужно было согласие отца, и для этого на другой день князь Андрей уехал к отцу.
Отец с наружным спокойствием, но внутренней злобой принял сообщение сына. Он не мог понять того, чтобы кто нибудь хотел изменять жизнь, вносить в нее что нибудь новое, когда жизнь для него уже кончалась. – «Дали бы только дожить так, как я хочу, а потом бы делали, что хотели», говорил себе старик. С сыном однако он употребил ту дипломацию, которую он употреблял в важных случаях. Приняв спокойный тон, он обсудил всё дело.
Во первых, женитьба была не блестящая в отношении родства, богатства и знатности. Во вторых, князь Андрей был не первой молодости и слаб здоровьем (старик особенно налегал на это), а она была очень молода. В третьих, был сын, которого жалко было отдать девчонке. В четвертых, наконец, – сказал отец, насмешливо глядя на сына, – я тебя прошу, отложи дело на год, съезди за границу, полечись, сыщи, как ты и хочешь, немца, для князя Николая, и потом, ежели уж любовь, страсть, упрямство, что хочешь, так велики, тогда женись.
– И это последнее мое слово, знай, последнее… – кончил князь таким тоном, которым показывал, что ничто не заставит его изменить свое решение.
Князь Андрей ясно видел, что старик надеялся, что чувство его или его будущей невесты не выдержит испытания года, или что он сам, старый князь, умрет к этому времени, и решил исполнить волю отца: сделать предложение и отложить свадьбу на год.
Через три недели после своего последнего вечера у Ростовых, князь Андрей вернулся в Петербург.
На другой день после своего объяснения с матерью, Наташа ждала целый день Болконского, но он не приехал. На другой, на третий день было то же самое. Пьер также не приезжал, и Наташа, не зная того, что князь Андрей уехал к отцу, не могла себе объяснить его отсутствия.
Так прошли три недели. Наташа никуда не хотела выезжать и как тень, праздная и унылая, ходила по комнатам, вечером тайно от всех плакала и не являлась по вечерам к матери. Она беспрестанно краснела и раздражалась. Ей казалось, что все знают о ее разочаровании, смеются и жалеют о ней. При всей силе внутреннего горя, это тщеславное горе усиливало ее несчастие.
Однажды она пришла к графине, хотела что то сказать ей, и вдруг заплакала. Слезы ее были слезы обиженного ребенка, который сам не знает, за что он наказан.
Графиня стала успокоивать Наташу. Наташа, вслушивавшаяся сначала в слова матери, вдруг прервала ее:
– Перестаньте, мама, я и не думаю, и не хочу думать! Так, поездил и перестал, и перестал…
Голос ее задрожал, она чуть не заплакала, но оправилась и спокойно продолжала: – И совсем я не хочу выходить замуж. И я его боюсь; я теперь совсем, совсем, успокоилась…
На другой день после этого разговора Наташа надела то старое платье, которое было ей особенно известно за доставляемую им по утрам веселость, и с утра начала тот свой прежний образ жизни, от которого она отстала после бала. Она, напившись чаю, пошла в залу, которую она особенно любила за сильный резонанс, и начала петь свои солфеджи (упражнения пения). Окончив первый урок, она остановилась на середине залы и повторила одну музыкальную фразу, особенно понравившуюся ей. Она прислушалась радостно к той (как будто неожиданной для нее) прелести, с которой эти звуки переливаясь наполнили всю пустоту залы и медленно замерли, и ей вдруг стало весело. «Что об этом думать много и так хорошо», сказала она себе и стала взад и вперед ходить по зале, ступая не простыми шагами по звонкому паркету, но на всяком шагу переступая с каблучка (на ней были новые, любимые башмаки) на носок, и так же радостно, как и к звукам своего голоса прислушиваясь к этому мерному топоту каблучка и поскрипыванью носка. Проходя мимо зеркала, она заглянула в него. – «Вот она я!» как будто говорило выражение ее лица при виде себя. – «Ну, и хорошо. И никого мне не нужно».
