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: Высокий звук это когда поют птички: пи-пи-пи-пи-пи. Звук средней высоты это разговор людей: ла-ла-ла-ла-а. Низкий звук это когда рычит медведь: рэ-э-э-ы-ы.

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 частотой: .
 

 

• 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.

 

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 Кей

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Не забывайте об отношении сигнал/шум

Это непростая задача, поскольку в системе может присутствовать множество источников шума, например, шум датчиков, шум преобразователей сигналов, неопределенность при аналого-цифровом преобразовании (представлена в виде шума) и погрешность программного алгоритма при выделении полезной информации из сигнала (также может быть представлена в виде шума).

Ярким примером системы с отличным отношением сигнал-шум является космический аппарат Voyager 2. Он был запущен 27 лет назад и удалился от Солнца более чем на 11 миллиардов километров. Ожидается, что передача сигнала с аппарата не прервется до 2020 года (43 года в полете), и НАСА получит триллионы бит информации от передатчика исключительно малой мощности по сравнению с теле- и радиостанциями на Земле. НАСА до сих пор успешно получает данные от источника, находящегося на расстоянии миллиардов километров от приемника и использующего электронику 1977 года, хотя данные и приходят с десятичасовой задержкой из-за огромного расстояния, несмотря на близкую к световой скорость (300000 км/с).

Voyager 2 вынужден бороться с дополнительными источниками шума, такими как внутренние шумы передатчика, космические электромагнитные шумы, шумы антенны, а также шумы приемника. Выделение полезной информации из зашумленного сигнала требует мощной фильтрации и применения сложных программных алгоритмов.

 

Определение отношения сигнал-шум, выраженного в децибелах

Отношение сигнал-шум часто выражается через десятичный логарифм отношения напряжений, полученный из логарифма отношения мощностей сигнала и шума (P=U2/R). Поскольку сигнал и шум проходят по одной цепи, сопротивления равны. Таким образом, логарифм их отношения равен нулю Log10( 1)=0

 

Немного расчетов

Расчет суммарного отношения сигнал-шум системы достаточно сложен, однако основное соотношение, определяющее значение в децибелах (дБ), довольно очевидно (см. уравнение). Этот способ определения отношения сигнал-шум обычно ассоциируется с теле- и радиосистемами связи. Современные автоматизированные системы управления нуждаются в новом определении отношения сигнал-шум, характеризующем системы сбора данных на основе высокоскоростного аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Скорость и точность получения данных с датчика в автоматических системах управления технологически ми процессами чаще всего зависят от АЦП. Типичные значения разрешающей способности, точности, линейности, времени преобразования, скоростей дискретизации, монотонности характеристик, компонентных шумов составляющих и т.д. остаются важными для разработчиков систем. Тем не менее, для современных высокоскоростных АЦП с N-разрядным разрешением указывается параметр сигнал-шум, который более полно отражает динамические характеристики модулей сбора данных и является удобным параметром для сравнения качества различных систем сбора данных.

Отношение сигнал-шум идеального N-разрядного модуля АЦП с погрешностью неопределенности ±LSB/2 (LSB — значение младшего значащего разряда, шум «квантования»), выражается из основного соотношения и составляет 6,02*N+1,76 дБ. В настоящее время разработчики применяют дискретное преобразование Фурье (ДПФ) на основе алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ), для вычисления параметра SINAD, равного отношению суммы мощностей сигнала, шума и искажений к сумме мощностей шума и искажений (SINAD) — выраженное в децибелах отношение уровня сигнала (SI) к уровню шума и искажений (NAD) модуля АЦП. Измеренные значения SINAD (исключая постоянную составляющую напряжения) используются для определения числа значащих разрядов (ENOB), которое является более практичной характеристикой, отражающей общее качество модуля АЦП. ENOB = (SINAD-1,76)/6,02. К примеру, рассмотрим 16-разрядный модуль АЦП с предусилителем, мультиплексором, устройством выборки-хранения, АЦП и выходным буфером, измеренное значение SINAD которого составляет 86,3 дБ. Используя вышеуказанную формулу, получим число значащих разрядов (ENOB) равное 14, которое означает, что данный 16-разрядный модуль соответствует идеальному 14-разрядному АЦП по значению SINAD. Частота, амплитуда и скорость дискретизации сигнала влияют на значение SINAD, измеряемое при помощи БПФ, и, следовательно, на значение ENOB. Разработчики систем управления технологическими процессами должны обязательно согласовывать методы измерения SINAD и ENOB с производителями.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

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

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Отношение «сигнал-шум» в цифровых системах связи. Построение антенно-фидерных трактов и радиосистем с внешними антеннами

Аннотация: Заключительная лекция курса. Довольно сложная для изучения. Характерно множество формул, математических расчетов и примеров. Уделено внимание расчету дальности работы беспроводного канала связи, зависимости чувствительности от скорости передачи данных, проводится расчет зон Френеля. Очень хорошо и доступно описано построение антенно-фидерных трактов и радиосистем с внешними антеннами. Множество рисунков, фотографий и схем делают материал лекции более доступным.

Отношение «сигнал-шум» в цифровых системах связи

Очень важной характеристикой производительности цифровых систем связи является отношение «сигнал-шум».

Отношение «сигнал-шум» — это отношение энергии сигнала на 1 бит к плотности мощности шумов на 1 герц ( ). Рассмотрим сигнал, содержащий двоичные цифровые данные, передаваемые с определенной скоростью — R бит/с. Напомним, что 1 Вт = 1 Дж/с, и вычислим удельную энергию одного бита сигнала: E_b = ST_b (где S — мощность сигнала; T_b — время передачи одного бита). Скорость передачи данных R можно выразить в виде . Учитывая, что тепловой шум, присутствующий в полосе шириной 1 Гц, для любого устройства или проводника составляет

( 12.1)

где N₀ — плотность мощности шумов в ваттах на 1 Гц полосы; k — постоянная Больцмана, ; T — температура в Кельвинах (абсолютная температура), то, следовательно,

( 12.2)

Отношение имеет большое практическое значение, поскольку скорость появления ошибочных битов является (убывающей) функцией данного отношения. При известном значении , необходимом для получения желаемого уровня ошибок, можно выбирать все прочие параметры в приведенном уравнении. Следует отметить, что для сохранения требуемого значения при повышении скорости передачи данных R придется увеличивать мощность передаваемого сигнала по отношению к шуму.

Довольно часто уровень мощности шума достаточен для изменения значения одного из битов данных. Если же увеличить скорость передачи данных вдвое, биты будут «упакованы» в два раза плотнее, и тот же посторонний сигнал приведет к потере двух битов информации. Следовательно, при неизменной мощности сигнала и шума увеличение скорости передачи данных влечет за собой возрастание уровня возникновения ошибок.

Пример 12.1

Рассмотрим метод кодирования сигнала, для которого необходимо, чтобы отношение равнялось 8,4 дБ при частоте возникновения ошибок 10^-4 (ошибочным является 1 бит из каждых 10000). Если эффективная температура теплового шума равна 290 К, а скорость передачи данных — 1 Мбит/с, какой должна быть мощность сигнала, чтобы преодолеть тепловой шум?

Решение:

По формуле (12.2) находим S:

Для упрощения расчетов переведем это выражение в логарифмы:

Так как 1 Мбит = 1048576 бит, то

или

Следовательно, для того чтобы преодолеть тепловой шум, необходима мощность 35,37 дБВт.

Site Survey Tool — TamoGraph

Эта визуализация показывает отношение сигнал/шум (ОСШ), измеряемое в dB. ОСШ – это то, насколько уровень сигнала превосходит уровень шума. Шум генерируется источниками радиоволн, не принадлежащих стандарту 802.11 (включая и 802.11-фреймы, поврежденные во время передачи). В зонах с низким ОСШ клиентские устройства не могут связываться с ТД. ОСШ отображается для ТД, чей сигнал является наиболее сильным в данной области карты среди ТД, выбранных для анализа. Чтобы увидеть ОСШ для ТД с более низким уровнем сигнала, вы можете выбрать или снять выделение одной или нескольких ТД в списке. В типичной среде уровень шума не превышает -90 dBm. Уровень сигнала, измеренный на расстоянии нескольких метров от ТД, равен приблизительно -50 dBm. Это дает значение ОСШ в 40 dB, которое принято считать отличным. Низкое качество связи возможно при уровне сигнала в -85 dBm, и значение ОСШ в этом случае будет 5 dB, что считается неудовлетворительным. Причиной более высокого уровня шума и, соответственно, низкого ОСШ могут быть Bluetooth-устройства, беспроводные телефоны и микроволновые печи. Для настройки цветовой схемы и выбора соответствующего ей диапазона значений дважды щелкните на легенде ОСШ в панели текущего состояния. Предлагаемые решения При обнаружении зон с низким ОСШ возможны два варианта решения проблемы: увеличение уровня сигнала или уменьшение уровня шума. Первый вариант обсуждался в предыдущей главе; для уменьшения же уровня шума предлагаются следующие решения: Проверьте среду на предмет наличия потенциальных источников шума и, по возможности, отключите их, чтобы посмотреть, как это будет влиять на ОСШ. Если вы наблюдаете низкое ОСШ в диапазоне 2,4 ГГц, подумайте об использовании диапазона 5 ГГц в ваших ТД. Шум там обычно ниже. Если переключение в диапазон 5 ГГц по каким-либо причинам невозможно, попробуйте выбрать другой канал в 2,4 ГГц-диапазоне. Обратите внимание, что определение и устранение источников шума может быть весьма трудоемким процессом. На практике намного легче увеличить уровень сигнала, чем уменьшить уровень шума.

Статистика — соотношение сигнал / шум

Пропорция знак-волнение (сокращенное SNR) — это мера, используемая как часть науки и проектирования, которая анализирует уровень желанного знака до уровня шума фундамента. Он характеризуется как отношение энергии знака к силе шума, регулярно передаваемой в децибелах. Доля выше 1: 1 (более заметная, чем 0 дБ) показывает больше флаг, чем шум. Хотя SNR регулярно указывается для электрических знаков, он может быть связан с любым типом знаков (например, уровнями изотопов в ледяном центре или биохимическими движениями между клетками).

Отношение сигнал / шум определяется как отношение мощности сигнала (значимой информации) и мощности фонового шума (нежелательного сигнала):

SNR= fracPsignalPnoise

Если дисперсия сигнала и шума известны, а сигнал равен нулю:

SNR= frac sigma2signal sigma2noise

Если сигнал и шум измеряются на одном и том же импедансе, то SNR может быть получено путем вычисления квадрата отношения амплитуд:

SNR= fracPsignalPnoise=( fracAsignalAnoise)2

Где A — среднеквадратичная (среднеквадратичная) амплитуда (например, среднеквадратичное напряжение).

децибелы

Поскольку многие сигналы имеют очень широкий динамический диапазон, сигналы часто выражаются с использованием логарифмической шкалы децибел. На основании определения децибела сигнал и шум могут быть выражены в децибелах (дБ) как

Psignal,dB=10log10(Psignal)

а также

Pnoise,dB=10log10(Pnoise)

Аналогичным образом, SNR может быть выражено в децибелах как

SNRдБ=10log10(SNR)

Используя определение SNR

SNRдБ=10log10( fracPsignalPnoise)

Использование правила отношения для логарифмов

10log10( fracPsignalPnoise)=10log10(Psignal)−10log10(Pnoise)

Подстановка определений SNR, сигнала и шума в децибелах в вышеприведенное уравнение приводит к важной формуле для вычисления отношения сигнал / шум в децибелах, когда сигнал и шум также выражены в децибелах:

SNRдБ=Pсигнал,дБ−Pшум,дБ

В приведенной выше формуле P измеряется в единицах мощности, таких как ватты или милливатты, а отношение сигнал / шум является чистым числом.

Однако, когда сигнал и шум измеряются в вольтах или амперах, которые являются мерами амплитуд, они должны быть возведены в квадрат, чтобы быть пропорциональными мощности, как показано ниже:

SNRдБ=10log10[( fracAsignalAnoise)2][7pt]=20log10( fracAsignalAnoise)[7pt]=Asignal,dB−Anoise,dB

пример

Постановка задачи:

Вычислите SNR 2,5 кГц синусоиды, отобранной при 48 кГц. Добавьте белый шум со стандартным отклонением 0,001. Установите для генератора случайных чисел значения по умолчанию для воспроизводимых результатов.

Решение:

Как рассчитать отношение сигнал / шум

Так же, как формула, используемая для расчета отношения сигнал / шум, может сильно повлиять на кажущуюся чувствительность любого конкретного набора спектральных данных, аппаратную конфигурацию прибора и экспериментальные параметры сбор данных также существенно влияет на качество получаемого спектра.

Существует множество аппаратных параметров, настроек и опций, которые влияют на измеряемую чувствительность спектрофлуориметра.Это может затруднить абсолютное сравнение относительной чувствительности двух разных инструментов, если они не используются практически одинаково. Ниже мы обсудим каждый из этих факторов и их влияние на полученные данные.

Применимо ко всем сканирующим флуорометрам

Длина волны возбуждения: Длина волны возбуждения должна быть одинаковой для всех сравниваемых систем. Метод HORIBA использует возбуждение 350 нм для рамановской полосы воды, как и большинство других производителей.При возбуждении на длине волны 350 нм полоса излучения комбинационного рассеяния для воды имеет максимум при 397 нм.

К счастью, большинство производителей стандартизировали эту длину волны возбуждения, поскольку она позволяет лучше сравнивать. Однако вполне допустимо переместить длину волны возбуждения на любое другое значение как способ проверки чувствительности в другом диапазоне длин волн (например, NIR).

Диапазон сканирования излучения: Метод HORIBA сканирует эмиссионный монохроматор от 365 до 450 нм, с 0.С шагом 5 нм, чтобы собрать весь пик комбинационного рассеяния при 397 нм, а также фон при 450 нм.

Ширина полосы (размер щели): В методе HORIBA используются полосы пропускания 5 нм как на спектрометрах возбуждения, так и на эмиссионных спектрометрах. Некоторые производители устанавливают щели размером 10 нм, что увеличивает чувствительность по сравнению с 5 нм. Сообщалось, что удвоение физического размера щели на входе и выходе монохроматора может в четыре раза увеличить интенсивность возбуждения и пропускную способность детектирования излучения, поскольку пропускная способность пропорциональна квадрату увеличения размера, но это упрощенная оценка, которую следует измерить. эмпирически.HORIBA измерила разницу коэффициентов с помощью HORIBA Fluoromax и обнаружила, что для Fluoromax удвоение размера щелей с 5 до 10 нм увеличивает общее отношение сигнал / шум для полосы комбинационного рассеяния воды более чем в 3 раза. Однако это будет отличаться для всех флуорометров, поэтому не забудьте сравнить с идентичными полосами пропускания.

Время интегрирования (или время отклика): Это относится к тому, как долго детектору разрешено собирать сигнал при заданной позиции шага длины волны.Он также играет важную роль в общей чувствительности флуориметра. В методе HORIBA используется время интегрирования 1 секунда для каждой точки длины волны, как и у других производителей. Однако некоторые производители указывают время отклика 2 секунды, что увеличивает общее отношение сигнал / шум почти в два раза. При сравнении обязательно используйте одинаковое время интеграции (отклика).

PMT Тип: В большинстве спектрофлуорометров в качестве единственного детектора флуоресцентного излучения используется фотоумножитель (ФЭУ), без возможности замены корпуса детектора.Это верно для большинства настольных аналитических флуорометров. Некоторые из этих настольных систем позволяют выбирать различные индивидуальные ФЭУ с разными диапазонами длин волн и характеристиками. ФЭУ, которые не обнаруживают так далеко в ближнем ИК-диапазоне, как другие ФЭУ, будут иметь меньшее количество темноты, так что они будут обеспечивать лучшее отношение сигнал / шум в диапазоне от 350 до 400 нм, однако они могут быть непригодны для использования на всей длине волны излучения. диапазон, необходимый для конкретной лаборатории. Стандартный ФЭУ HORIBA, используемый во флуорометрах FluoroMax Plus, Fluorolog3 и QuantaMaster 8000, — это ФЭУ Hamamatsu R928P, который считается отраслевым стандартом для флуорометрии.В этих случаях убедитесь, что каждый флуорометр использует один и тот же ФЭУ, где это возможно.

Оптические фильтры: Оптический фильтр может быть добавлен к оптическому пути флуориметра либо на стороне возбуждения, либо на стороне излучения образца. Их можно вручную поместить в держатель фильтра внутри отсека для образца или они могут быть частью колеса фильтров, которое может автоматически помещать различные фильтры на оптический путь при выборе различных протоколов экспериментов. Оптические фильтры улучшают подавление паразитного света на заданных длинах волн и могут значительно улучшить отношение сигнал / шум флуорометра.HORIBA не использует никаких оптических фильтров, кроме самих сканирующих спектрометров, при указании отношения сигнал / шум для комбинационного рассеяния воды с помощью спецификаций серий Fluoromax, Fluorolog3 или QuantaMaster 8000. При сравнении флуориметра HORIBA с флуорометром, который использует автоматические фильтры, пожалуйста, не используйте фильтр или, если он автоматический, подтвердите, какой производитель и тип фильтров используются, и где они используются, чтобы воспроизвести аналогичный экспериментальный метод с флуориметр HORIBA.

Применимо к модульным исследовательским флуорометрам

Тип детектора: Модульные исследовательские флуорометры обычно включают в себя корпус ФЭУ в стандартной комплектации, но позволяют использовать множество различных типов одноканальных детекторов для расширения диапазона длин волн или диапазона времени жизни флуоресценции прибора.Альтернативные детекторы включают охлаждаемые корпуса ФЭУ, различные твердотельные детекторы, такие как InGaAs, MCP PMT и так далее. Эти различные типы детекторов будут иметь сильное влияние на отношение сигнал / шум любого конкретного измерения образца, поэтому здесь снова, пытаясь сравнить чувствительность одного флуорометра с другим, убедитесь, что тот же тип детектора используется для сбора данных о обе системы.

Температура детектора: В большинстве коммерческих спектрофлуориметров используются неохлаждаемые корпуса ФЭУ, и на самом деле многие приборы даже не предлагают вариант с охлаждаемым детектором.Охлаждаемый корпус ФЭУ может повысить чувствительность прибора за счет уменьшения количества темных сигналов (фона) по сравнению с тем же самым точным ФЭУ в корпусе с окружающей средой. Стандартные кожухи PMT HORIBA в FluoroMaxPlus, Fluorolog3 и QuantaMaster 8000 представляют собой кожухи PMT для окружающей среды, однако серии Fluorolog3 и QuantaMaster 8000 предлагают дополнительные охлаждаемые кожухи PMT для повышения чувствительности и обнаружения в ближнем ИК-диапазоне. При сравнении модульных исследовательских флуорометров обязательно сравнивайте данные, собранные с помощью корпуса ФЭУ того же типа (окружающего или охлаждаемого), и если он охлаждается, то также охлаждается до той же температуры.

Одиночный монохроматор против двойного: Модульные исследовательские флуорометры позволяют исследователю выбирать одиночные или двойные монохроматоры на оптическом пути возбуждения или излучения. Здесь термин двойной монохроматор относится к двум ступеням дисперсионной решетки, один за другим, с входной щелью, промежуточной щелью и выходной щелью. Двойной монохроматор может быть настроен либо в аддитивном, либо в дисперсионном режиме, но в любом случае пропускная способность и характеристики рассеянного света одиночного и двойного монохроматора сильно различаются и будут иметь большое влияние на SNR водяного рамановского сканирования. даже если ширина полосы, время интегрирования и длины волн остаются постоянными.

Плотность штрихов решетки: Плотность штрихов решетки также влияет на пропускную способность и, следовательно, на чувствительность спектрофлуориметра. Для большинства спектрофлуорометров это не проблема, потому что системы производятся только с одной конкретной решеткой. В этом случае самое главное — убедиться, что полосы пропускания выбраны одинаковыми. Однако для модульных флуорометров вы можете сконфигурировать монохроматоры с разными решетками или несколькими решетками.Для этих систем вы должны быть очень осторожны, чтобы вещи были как можно более похожими. Например, если у вас есть два прибора с одинаковыми спектрометрами с фокусным расстоянием, изменение плотности штрихов решетки приведет к увеличению или уменьшению чувствительности для той же настройки полосы пропускания 5 нм. В методе HORIBA используются решетки с плотностью бороздок 1200 бороздок на миллиметр.

Угол блеска решетки: Решетки, выбранные для монохроматора возбуждения или излучения, обеспечивают оптимальную пропускную способность в определенном диапазоне длин волн, называемом углом блеска, поскольку он определяется углом травления решетки на поверхности решетки.Таким образом, монохроматор возбуждения с монохроматором возбуждения со светом на 350 нм и монохроматор излучения на 400 нм были бы оптимальным выбором для достижения наилучшей чувствительности комбинационного рассеяния воды при возбуждении на длине волны 350 нм. Поскольку большинство флуорометров не позволяют настраивать решетку, эта переменная не является фактором, но для тех, которые позволяют выбирать решетки, обязательно выбирайте решетки с одинаковым или очень похожим углом блеска, чтобы провести достоверное сравнение. .

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

Вы могли встретить перечисленные спецификации продукта или даже прочитать обсуждение соотношения сигнал / шум.Эта спецификация, часто обозначаемая как SNR или S / N, может показаться среднему потребителю загадочной. Однако, в то время как математика, лежащая в основе отношения сигнал / шум, является технической, концепция — нет, и значение отношения сигнал / шум может повлиять на общее качество звука системы.

Объяснение отношения сигнал / шум

Отношение сигнал / шум сравнивает уровень мощности сигнала с уровнем мощности шума. Чаще всего выражается в децибелах (дБ). Более высокие числа обычно означают лучшую спецификацию, поскольку полезной информации (сигнала) больше, чем нежелательных данных (шума).

Например, когда для аудиокомпонента указано отношение сигнал / шум 100 дБ, это означает, что уровень аудиосигнала на 100 дБ выше уровня шума. Следовательно, отношение сигнал / шум, равное 100 дБ, значительно лучше, чем значение 70 дБ или меньше.

Бернд Шунак / Getty Images

Для иллюстрации предположим, что вы разговариваете на кухне с другом, у которого также очень громко работает холодильник. Предположим также, что холодильник издает 50 дБ гула (считайте это шумом), поскольку он сохраняет свое содержимое в прохладе.Если друг, с которым вы разговариваете, шепчет на уровне 30 дБ — считайте это сигналом — вы не сможете услышать ни единого слова, потому что гул холодильника заглушает речь вашего друга.

Вы можете попросить друга говорить громче, но даже при 60 дБ вам все равно может потребоваться попросить его повторить что-то. Разговор на уровне 90 дБ может больше походить на крик, но, по крайней мере, слова будут слышны и понятны. Это идея отношения сигнал / шум.

Почему важно соотношение сигнал / шум

Вы можете найти спецификации отношения сигнал / шум во многих продуктах, которые имеют дело со звуком, включая динамики, телефоны (беспроводные или иные), наушники, микрофоны, усилители, приемники, проигрыватели винила, радио, CD / DVD / медиаплееры, ПК. звуковые карты, смартфоны, планшеты и др.Однако не все производители сообщают об этом значении.

Фактический шум часто характеризуется как белое или электронное шипение, или статический, или низкий или вибрирующий гул. Полностью увеличьте громкость ваших динамиков, когда ничего не играет; если вы слышите шипение, это шум, который часто называют «минимальным уровнем шума». Как и в случае с холодильником в ранее описанном сценарии, этот минимальный уровень шума присутствует всегда.

Пока входящий сигнал сильный и намного превышает минимальный уровень шума, звук будет поддерживать более высокое качество, что является предпочтительным отношением сигнал / шум для чистого и точного звука.

Что насчет объема?

Если сигнал окажется слабым, вы можете подумать, что вам нужно увеличить громкость, чтобы увеличить выход. К сожалению, увеличение и уменьшение громкости влияет как на уровень шума, так и на сигнал. Музыка может стать громче, но и основной шум тоже. Вам нужно будет увеличить только мощность сигнала источника, чтобы достичь желаемого эффекта. Некоторые устройства содержат элементы аппаратного или программного обеспечения, предназначенные для улучшения отношения сигнал / шум.

К сожалению, все компоненты, даже кабели, добавляют некоторый уровень шума к аудиосигналу. Лучшие компоненты разработаны так, чтобы минимальный уровень шума оставался максимально низким для достижения максимального соотношения. Аналоговые устройства, такие как усилители и проигрыватели, обычно имеют более низкое отношение сигнал / шум, чем цифровые устройства.

Прочие соображения

Определенно стоит избегать продуктов с очень плохим отношением сигнал / шум. Однако отношение сигнал / шум не следует использовать в качестве единственной спецификации для измерения качества звука компонентов.Также следует учитывать, например, частотную характеристику и гармонические искажения.

Спасибо, что сообщили нам!

Расскажите, почему!

Другой Недостаточно подробностей Трудно понять

Что такое отношение сигнал / шум?

Можете ли вы вспомнить, когда в последний раз слышали выдающуюся запись диалога? Возможно, это из фильма или памятного интервью. Что сделало запись такой замечательной?

Есть несколько факторов, которые объединяются, чтобы сформировать прекрасную запись диалога: голос или голоса будут звучать чисто как кристально, полностью слышно, и явно не будет фонового шума.

А теперь попробуйте вспомнить случай, когда вы слышали звук плохого качества. Возникает тот же вопрос: что сделало это таким ужасным? Возможно, он был слишком мягким, источник слишком удален или присутствие фонового шума полностью испортило впечатление.

То, что вы только что определили, возможно, даже не осознавая, насколько важным может быть хорошее отношение сигнал / шум.

Отношение сигнал / шум (SNR) — это измерение, используемое для описания того, сколько желаемого звука присутствует в аудиозаписи, в отличие от нежелательного звука (шума).Этим второстепенным входом может быть что угодно, от электронного статического электричества от вашего записывающего оборудования или внешних звуков из шумного мира вокруг нас, таких как грохот транспорта или журчание голосов на заднем плане.

К счастью, можно избежать нежелательного шума, влияющего на качество звука. Ниже приводится простое руководство, объясняющее, как максимизировать SNR для любого сценария.

Внутренний (электронный) шум

Внутренний электронный звук вашего записывающего оборудования называется его минимальным уровнем шума.«Все, что работает на электричестве, имеет минимальный уровень шума, но обычно это не слышно человеческому уху, что не вызывает особого беспокойства.

Если вы хотите узнать, как звучит минимальный уровень шума обычного электронного устройства, увеличьте громкость вашего телевизора, когда он находится на пустом канале без воспроизведения звука. Шипение, которое вы слышите, — это минимальный уровень шума.

Хороший SNR

Все записывающие устройства работают одинаково. Хотя минимальный уровень шума присутствует всегда, если ваш входящий аудиосигнал сильный и превышает сам уровень шума, нежелательный звук не будет слишком очевиден.По сути, это составляет SNR высокого качества.

Плохое SNR

Однако, если ваш входящий аудиосигнал слабый, он будет располагаться намного ближе к минимальному уровню шума. Если вы попытаетесь отрегулировать громкость (усиление) для усиления звука вашего сигнала, минимальный уровень шума будет расти вместе с ним. Это равносильно плохому SNR.

В обоих примерах минимальный уровень шума остался прежним; однако восприятие его объема изменилось. Это связано с различиями в SNR.

Минимальный уровень шума обычно измеряется в децибелах (дБ) и будет варьироваться в зависимости от устройства. Некоторые студийные микрофоны, такие как RØDE NT1, известны своим особенно низким уровнем шума — всего четыре дБ.

Это дает пользователю достаточно места для захвата здорового сигнала, намного превышающего его минимальный уровень шума, таким образом достигая превосходного отношения сигнал / шум. Поэтому при выборе следующего микрофона обязательно выбирайте тот, у которого низкий уровень шума — также известный как «собственный шум» — в конечном итоге он того стоит.

Некоторые вещательные микрофоны, такие как RØDE VideoMic Pro, Stereo VideoMic Pro и Stereo VideoMic X, оснащены усилением на 20 дБ, которое при активации гарантирует, что вы всегда будете посылать сильный сигнал на камеру любого другого записывающего устройства.

В конечном итоге это поможет вам добиться гораздо лучшего отношения сигнал / шум. В общем, рекомендуется попытаться захватить сильный сигнал в источнике, чтобы вам не пришлось позже компенсировать его.

Внешний (окружающий) шум

Конечно, захват мощного сигнала у источника начинается с вашего микрофона, звука и среды записи.Размещение микрофона — это фактор, который обычно упускают из виду, и он может существенно повлиять на SNR, поэтому важно понять это правильно.

Микрофоны для специальных применений, такие как разновидности дробовика или примеры самоношения (например, петлицы или гарнитуры), позволяют размещать микрофон близко к источнику звука, сводя к минимуму окружающий фоновый шум.

В этом примере мы можем увидеть визуальное представление отношения сигнал / шум в зависимости от расположения ружья микрофона.Сигнал будет относиться к записываемому голосу, с шумом , приравнивается к окружающим звукам пляжа внизу.

Если бы оператор штанги отодвинулся дальше от голоса, отношение сигнал / шум изменилось бы, так как уровень шума увеличился бы по отношению к сигналу.

Этот подход говорит нам, что чем ближе штанга микрофона к источнику голоса, тем лучше будет соотношение сигнал / шум. Действительно, этот метод можно применить к размещению микрофона для всех сценариев записи.

Неважно, записываете ли вы в помещении или на улице, будь то подкаст из вашей спальни или интервью на шумном музыкальном фестивале, золотое правило SNR по-прежнему действует.

Вместе эти два принципа размещения микрофона и хорошая структура входного усиления будут иметь большое значение, чтобы помочь вам достичь отличного отношения сигнал / шум в любой ситуации записи.

Отношение сигнал / шум

Соотношение сигнал / шум

Отношение сигнал / шум (SNR) описывает качество измерения.В формировании изображений ПЗС SNR относится к относительной величине сигнала по сравнению с неопределенностью в этом сигнале на попиксельной основе. В частности, это отношение измеренного сигнала к общему измеренному шуму (от кадра к кадру) в этом пикселе. Высокое отношение сигнал / шум особенно важно в приложениях, требующих точного измерения освещенности.

Фотоны, падающие на ПЗС-матрицу, преобразуются в фотоэлектроны в слое кремния. Эти фотоэлектроны составляют сигнал, но также несут статистическое изменение флуктуаций скорости прихода фотонов в заданную точку.Это явление известно как «фотонный шум» и следует статистике Пуассона. Кроме того, собственные источники шума ПЗС создают электроны, неотличимые от фотоэлектронов. При расчете общего отношения сигнал / шум необходимо учитывать все источники шума:

Фотонный шум означает естественное изменение падающего потока фотонов. Фотоэлектроны, собранные ПЗС-матрицей, обладают распределением Пуассона и корнем квадратным корнем между сигналом и шумом.

$$ \ mathsf {({noise} = \ sqrt {signal})} $$

Шум чтения относится к неопределенности, вносимой в процессе количественной оценки электронного сигнала на ПЗС-матрице. Основной компонент шума считывания исходит от встроенного предусилителя.

Темновой шум возникает из-за статистической вариации термически генерируемых электронов в слоях кремния, составляющих ПЗС-матрицу. Темновой ток описывает скорость генерации тепловых электронов при заданной температуре ПЗС.Темновой шум, который также следует соотношению Пуассона, представляет собой квадратный корень из числа тепловых электронов, генерируемых при данной экспозиции. Охлаждение ПЗС-матрицы от комнатной температуры до -25 ° C снизит темновой ток более чем в 100 раз. Кроме того, многие ПЗС-матрицы научного уровня используют технологию MPP для еще большего снижения темнового тока. 2}} $$

где:

I = поток фотонов (фотоны / пиксель / сек)
QE = квантовая эффективность
t = время интегрирования (секунды)
Nd = темновой ток (электроны / пиксель / сек)
Nr = шум чтения (электроны)

В условиях низкой освещенности шум чтения превышает фотонный шум, и данные изображения называются «ограниченными шумом чтения».Время интегрирования можно увеличивать до тех пор, пока фотонный шум не превысит как шум чтения, так и темновой шум. На этом этапе данные изображения называются «ограниченными по фотонам».

Альтернативным способом повышения отношения сигнал / шум является использование метода, известного как биннинг. Группирование — это процесс объединения зарядов от соседних пикселей в ПЗС во время считывания в один «суперпиксель». Объединение соседних пикселей в матрицу CCD может позволить вам быстрее достичь сигнала с ограничением фотонов, хотя и за счет пространственного разрешения.

После того, как вы определили приемлемые значения для SNR, времени интегрирования и степени, до которой вы готовы разбивать пиксели, вышеприведенное уравнение может быть решено для минимального необходимого потока фотонов. Таким образом, это самый низкий уровень освещенности, который можно измерить для данных экспериментальных условий и технических характеристик камеры.

Визуальное влияние увеличения отношения сигнал / шум типичного тестового шаблона.

Отношение сигнал / шум — Scholarpedia

Отношение сигнал / шум в общем означает безразмерное отношение мощности сигнала к мощности шума, содержащегося в записи.2/2 \. \)

Когда сигнал является стационарным случайным процессом, его мощность определяется как значение его корреляционной функции \ (R_s (\ tau) \) в начале координат. \ [R_s (\ tau) \ Equiv \ mathsf {E} [s (t) s (t + \ tau)]; \ quad P_s = R_s (0) \] Здесь \ (\ mathsf {E} [\ cdot] \) обозначает ожидаемое значение. Мощность шума \ (P_N \) аналогичным образом связана с его корреляционной функцией \ [P_N = R_N (0) \. \] Отношение сигнал / шум обычно записывается как SNR и равно \ [\ mathrm {SNR} = \ frac {P_s} {P_N} \. \]

Отношение сигнал / шум также определяется для случайных величин одним из двух способов.2_N \. \)

Белый шум

Когда у нас есть белый шум, функция корреляции шума равна \ (N_0 / 2 \ cdot \ delta (\ tau) \, \), где \ (\ delta (\ tau) \) известна и как дельта-функция Дирака, и как импульс. Величина \ (N_0 / 2 \) представляет собой спектральную высоту белого шума и соответствует (постоянному) значению спектра мощности шума на всех частотах. Мощность белого шума бесконечна, а отношение сигнал / шум, как определено выше, будет равно нулю. Белый шум физически не может существовать из-за его бесконечной мощности, но инженеры часто используют его для описания шума, спектр мощности которого выходит далеко за пределы полосы пропускания сигнала.2 (t) \, dt} {N_0 / 2} \. \]

Пиковое отношение сигнал / шум (PSNR)

При обработке изображений отношение сигнал / шум определяется по-другому. Здесь числитель представляет собой квадрат пикового значения, которое сигнал может иметь , а знаменатель равен мощности шума (дисперсии шума). Например, 8-битное изображение имеет значения от 0 до 255. Для расчетов PSNR числитель 255 ² во всех случаях.

Выражение отношения сигнал / шум в децибелах

Инженеры часто выражают SNR в децибелах как \ [\ mathrm {SNR} (\ mathrm {дБ}) = 10 \ log_ {10} \ frac {P_s} {P_N} \.\] Инженеры считают, что SNR 2 (3 дБ) является границей между низким и высоким SNR. При обработке изображений PSNR должен быть больше примерно 20 дБ, чтобы изображение считалось высококачественным.

Помехи

Эти определения неявно предполагают, что сигнал и шум статистически не связаны и возникают из разных источников. Во многих приложениях некоторая часть того, что не является сигналом, возникает из искусственных источников и может быть статистически связана с сигналом. Например, сигнал сотового телефона может быть искажен другими телефонными сигналами, а также шумом.Такие несигналы называются помехой, , и отношение сигнал / помеха , сокращенно SIR, может быть определено соответствующим образом. Однако, когда присутствуют и помехи, и шум, ни SIR, ни SNR не характеризуют производительность систем обработки сигналов.

Список литературы

Внешние ссылки

Интернет-страница автора

J. Sijbers et al., «Количественная оценка и улучшение отношения сигнал / шум в процедуре получения изображения магнитного резонанса», Магнитно-резонансная томография, том.14, вып. 10. С. 1157-1163, 1996.

См. Также

Энтропия, гауссовский процесс, взаимная информация, шум, отношение сигнал / шум в неврологии

Определение отношения сигнал / шум и его критическая роль в измерениях с разделенным лучом | Журнал ICES по морским наукам

Аннотация

Отношение сигнал / шум (SNR) играет решающую роль в любых измерениях, но особенно важно в акустике рыболовства, где и сигнал, и шум могут изменяться на порядки величины и могут иметь большие вариации.Существуют «учебные ситуации», когда SNR четко определено, но рыболовно-акустические измерения, как правило, не относятся к этой категории, поскольку сигнал и шум поступают из широкого диапазона источников, которые меняются в зависимости от местоположения, глубины и состояния океана. В этой статье определяется отношение сигнал / шум и описывается его измерение с использованием данных расщепленного луча. Исследуется его влияние на измерения силы цели (TS). Даны рекомендации по повседневному использованию ОСШ в рыбоакустических измерениях. В этой работе также предлагается новое уравнение для оценки TS, которое важно при низком SNR.

Введение

Отношение сигнал / шум (SNR) хорошо определено и понятно в электротехнике и коммуникациях (Tucker and Gazey, 1966; Carlson, 1968; Haykin, 1994; Ziemer and Tranter, 1995). Он часто используется в рыболовно-акустических работах, связанных с процессом измерения и конструкцией инструментов (Ehrenberg and Weimer, 1974; Weimer and Ehrenberg, 1975; Ehrenberg, 1978; Ehrenberg, 1979; Ehrenberg, 1981; Mitson, 1983, 1995; Furusawa et al., 1993; Furusawa et al. , 2000), но относительно мало используется в прикладной литературе по акустике рыболовства (MacLennan and Simmonds, 1991). Цель данной статьи — представить SNR и продемонстрировать его полезность для приложений рыболовства.

Теория связи говорит нам, что отношение сигнал / шум в простейшей форме определяется как отношение мощности сигнала к мощности шума. Мы разработаем это определение и опишем практическое измерение отношения сигнал / шум на основе данных расщепленного луча.Будет кратко подчеркнута важность отношения сигнал / шум для измерений TS и моделирования расщепленного луча, и будет рекомендовано повседневное использование SNR для обеспечения качества данных. Наконец, мы предлагаем уравнение для измерения TS при низком соотношении сигнал-шум.

На практике шум распознается на эхограмме как общий фон из случайных отметок. Их можно удалить, выбрав порог, который обеспечит изображение без помех, но не приведет к значительному снижению количества полезных эхо-сигналов в интересующем диапазоне глубин.Foote (1991) и другие обсуждали смещение, которое может возникнуть из-за установления пороговых значений при интеграции эхо-сигналов (EI). В измерениях с разделенным лучом обычно используются пороговые значения амплитуды эхо-сигнала и диаграммы направленности (MacLennan and Simmonds, 1991), чтобы уменьшить неблагоприятные эффекты шума. Пороговые значения представляют собой интуитивно понятный и практичный инструмент, однако SNR требуется для понимания, количественной оценки, минимизации и, возможно, корректировки смещения, которого нельзя избежать, когда SNR слишком низкое.

Различают измерения пассивного и активного шума.Измерения пассивного шума производятся в режиме прослушивания с отключенным передатчиком эхолота. Измерения активного шума производятся во время нормальной работы эхолота в интересующем диапазоне. Оба измерения будут регистрировать шум судна и окружающей среды, но только измерения активного шума будут регистрировать реверберацию, которая представляет собой шумоподобный сигнал объемного обратного рассеяния от нежелательных, мешающих распределений целей. Реверберация может исходить от слоев пузырьков, ила или планктона на расстоянии до цели или от границ.Здесь нас интересует шум, который наблюдается во время активных измерений, поскольку он включает в себя все источники шума, которые возникают во время типичной работы эхолота.

Мы используем «стандартную нотацию» рыболовной акустики (Craig, 1981; Kieser, 1981; MacLennan et al. , 2002), где это возможно, и будем использовать две или более ведущих заглавных буквы для величин, выраженных в дБ, например TS или SNR. Для единообразия мы используем SV, а не S _V для коэффициента объемного обратного рассеяния, а STE будет обозначать эхо-сигнал от одной цели, поскольку он играет центральную роль в измерениях TS и SNR.

Определение отношения сигнал / шум

SNR определяется как мощность сигнала, деленная на мощность шума (Carlson, 1968). Вдохновленные Митсоном (1983), мы начинаем с результатов моделирования, чтобы проиллюстрировать применение этого определения к акустике рыболовства (рис. 1). Сигнал и шум принимаются преобразователем и обрабатываются в эхолоте для генерации отфильтрованного сигнала и отфильтрованного шума и их соответствующих огибающих. Наложение сигнала и шума создает реалистичное эхо; Теперь отфильтрованное эхо-сигнал явно напоминает типичный эхо-сигнал от одиночной рыбы, который можно увидеть на осциллографе или построить по цифровым данным.Оценка SNR была бы тривиальной, если бы сигнал и шум можно было наблюдать отдельно.

Рисунок 1

Моделирование сигнала и шума и типичного эхо-сигнала, которое включает сигнал и шум, которые могут появиться на преобразователе и после обнаружения фильтра и огибающей, которые являются частью типичного эхолота.

Рисунок 1

Моделирование сигнала и шума и типичного эхосигнала, которое включает сигнал и шум, которые могут появиться на преобразователе и после обнаружения фильтра и огибающей, которые являются частью типичного эхолота.

В этом моделировании используется импульс длительностью 1 мс, амплитудой 1 и несущей 5 кГц. Огибающая импульса состоит из плоской вершины (0,5 мс) с косинусоидальными передним и задним фронтами (Clay and Medwin, 1977). Используются ограниченный по полосе гауссовский белый шум (Kafadar, 1986) со случайной фазой и амплитудой 0,5 от 2 до 10 кГц и эллиптический полосовой фильтр 4-го порядка с полосой пропускания от 4,5 до 5,5 кГц (Matlab, 1998).

Учитывая отдельные реализации отфильтрованного сигнала и отфильтрованного шума или их огибающих, оценка отношения сигнал / шум определяется по формуле: (1) где Snr — это отношение сигнал / шум, выраженное как отношение мощностей, а не в дБ, S — мощность сигнала RMS. для пика эха (Johannesson and Mitson, 1983), а N — средняя среднеквадратичная мощность шума в эхолокации.Другой подход необходим для оценки SNR отфильтрованного эхо-сигнала, который показан в правом нижнем углу на рисунке 1, поскольку он содержит вклады сигнала и шума. В этом случае SNR оценивается по формуле: (2) где E — объединенная мощность сигнала и шума в месте пика эхо-сигнала, а N _E — мощность шума, которая оценивается по наблюдениям с обеих сторон пика. Оценка E и N _E описана в следующем разделе. При таком определении оценочное SNR имеет желаемое свойство приближаться к нулю, поскольку пик эхо-сигнала уменьшается и становится маскированным шумом.

Мощность эхо-сигнала в месте пика, E — N _E , аппроксимирует устойчивый эхо-сигнал, который может быть получен из длинного, почти прямоугольного импульса передачи, который можно использовать для оценки поперечного сечения обратного рассеяния (Foote et al. , 1987). Обратите внимание, что использование E — N _E в уравнении (2) отличается от обычного использования E для оценки TS. Мы рекомендуем использовать E-N _E для оценки TS, особенно при низком SNR, при условии, что доступны хорошие оценки шума.

Это определение SNR соответствует тому, которое использовалось для моделирования процесса расщепления луча (Ehrenberg, 1979; Kieser et al. , 2000). Как и TS, SNR предполагает осевую цель. Отсюда следует, что внеосевые цели будут иметь пониженное отношение сигнал / шум. Например, снижение на 6 дБ будет происходить для целей с контуром диаграммы направленности –3 дБ.

Простое определение отношения сигнал / шум, используемое здесь, предполагает, что сигнал и шум измеряются на выходе полосовых фильтров, которые используются в типичных эхолотах и, следовательно, ограничены одной и той же полосой пропускания.Определение полезно при работе с данным эхолотом как для сравнения идентичных акустических систем, так и для моделирования. Однако сравнение измерений SNR акустических систем с различной длительностью импульса, полосой пропускания, шириной луча и уровнем передачи потребует более всеобъемлющего определения SNR. Это также требуется, когда сигнал и шум измеряются на входе приемника, где шум будет иметь гораздо более широкий частотный спектр, чем сигнал. Соответствующие определения доступны (Carlson, 1968), но выходят за рамки данной статьи.

Измерение отношения сигнал / шум

На рисунке 2 показано эхо-сигнал от одной цели (STE), который наблюдался с помощью эхолота SIMRAD EK500. Крестик и большие точки по обе стороны от пика выделяют максимальную амплитуду эхо-сигнала, e _max , и амплитуды шума, n _j , соответственно. Наблюдаемое эхо и средняя мощность шума, E и N _E , равны: (3) где j суммируется по количеству измеренных амплитуд шума. Как указано выше, SNR определяется как отношение мощности сигнала к мощности шума, когда сигнал исходит от цели, которая находится на оси луча (уравнение (2)).Для цели в любом положении в луче E и N _E получаются из эхо-сигнала, и оценка SNR составляет: (4) где SNR и BP выражены в дБ, а BP — коэффициент диаграммы направленности в одном направлении. для расположения цели в луче.

Рисунок 2

Эхо от одиночной рыбы на расстоянии 172 м. Используются образцы данных SIMRAD EK500 (40 log r) с разрешением по диапазону 0,1 м. Длина импульса 0,75 м (1 мс). Наблюдаемый сигнал определяется пиком (крестиком), а шум — более крупными точками по обе стороны от пика.

Рисунок 2

Эхосигнал от одиночной рыбы на расстоянии 172 м. Используются образцы данных SIMRAD EK500 (40 log r) с разрешением по диапазону 0,1 м. Длина импульса 0,75 м (1 мс). Наблюдаемый сигнал определяется пиком (крестиком), а шум — более крупными точками по обе стороны от пика.

Измерение отношения SNR обычно начинается с данных STE расщепленного луча (эхо-трассы), которые обеспечивают оценку коэффициента диаграммы направленности и дают местоположение обнаруженной цели в данных выборки.Затем выборочные данные используются для оценки мощности сигнала и шума, как описано выше. Повторная выборка (Lyons, 1997) или аппроксимация кривой могут потребоваться, когда требуются дополнительные точки данных для более точного определения пика. Области, используемые для оценки шума (шумовые окна), должны быть хорошо отделены от пика, чтобы избежать загрязнения огибающей сигнала. На стороне более дальнего действия эхо-сигнала может потребоваться большее разделение, поскольку эхо-сигнал может быть расширен из-за «звона» или размера цели. Шумовые окна также должны быть свободны от других сигналов и должны включать в себя достаточное количество точек выборки для получения разумных оценок.

Следующие результаты получены с помощью STE на Рисунке 2. где 2BP — коэффициент диаграммы направленности в двух направлениях, полученный при измерении положения цели с разделенным лучом. E и N _E — пиковая и средняя энергия шума, соответственно, из рисунка 2. Как рекомендовано, мы используем TSu = E — N _E , но это не имеет большого значения при высоком SNR. TSu и TSc и SNRu и SNRc — это нескорректированные (вне оси) и скорректированные (на оси) TS и SNR, соответственно. Скорректированные значения включают поправку диаграммы направленности, показанную в уравнении (4).TSc и SNRc являются оценками TS и SNR соответственно.

Ping (#)	Диапазон (м)	2BP (дБ)	E (дБ)	N E (дБ)	TSu (дБ)	TSc (дБ)	SNRu (дБ)	SNRc (дБ)
25	172,0	-1,0	−31,0	−59,6	−31,0	−30,0	28,6	29.6

364 28,6

Ping (#)	Диапазон (м)	2BP (дБ)	E (дБ)	N E (дБ)	TSu (дБ)	TSc ( дБ)	SNRu (дБ)	SNRc (дБ)
25	172,0	−1,0	−31,0	−59,6	−31,0	−30,0

Ping (#)	Диапазон (м)	2BP (дБ)	E (дБ)	N E (дБ)	TSu (дБ)	TSc (дБ)	SNRu (дБ)	SNRc (дБ)
25	172.0	−1,0	−31,0	−59,6	−31,0	−30,0	28,6	29,6

903 дБ

Ping (#)	Диапазон (м)	дБ )	E (дБ)	N E (дБ)	TSu (дБ)	TSc (дБ)	SNRu (дБ)	SNRc (дБ)
25	172,0	−1,0	−31,0	−59.6	−31,0	−30,0	28,6	29,6

Подобно оценке TS, для оценки SNR будут учитываться только хорошо определенные эхо-сигналы от одной цели. Эхо-сигналы могут быть отклонены, когда пик плохо определен, когда дополнительные эхо-сигналы находятся слишком близко, когда вариация и наклон в выбранных шумовых окнах чрезмерны или когда оценки из двух шумовых окон слишком разные. Необходимо будет изучить значительное количество STE, чтобы установить приемлемые пределы для конкретных ситуаций.На рисунке 3 показана трасса эхо-сигнала, которая неприемлема для измерения отношения сигнал / шум, поскольку левое плечо пика мешает измерению шума.

Рисунок 3

След эхо-сигнала, неприемлемый для измерения отношения сигнал / шум, поскольку левое плечо, которое может быть от ближайшей второй цели, мешает измерению пика и шума.

Рисунок 3

След эхо-сигнала, неприемлемый для измерения отношения сигнал / шум, поскольку левое плечо, которое может быть от ближайшей второй цели, мешает измерению пика и шума.

Оценки отношения сигнал / шум могут быть получены из данных 20 или 40 log r, когда соответствующие коэффициенты 20 или 40 log r приблизительно постоянны в интервале диапазона, который включает в себя выборки сигнала и шума. Это будет тот случай, когда интервал намного меньше целевого диапазона.

Обнаружение одиночной цели и оценка TS обычно выполняются в эхолотах с разделенным лучом. EK500, например, выводит файл трассировки эхо-сигнала, который включает оценки высоты пика эхо-сигнала (TSu) и информацию о качестве эхо-сигнала, но не предоставляет оценки шума.Как и прежде, последнее можно получить из выборочных данных. Однако для этого необходимо, чтобы в выборочных данных использовались одни и те же единицы или были преобразованы в те же единицы. Этот подход полезен, когда доступны только выборочные данные с относительно низким разрешением или данные EI с высоким разрешением.

Зависимость от шума и диапазона SNR

Данные эхограмм, графиков зависимости интенсивности эхосигнала от дальности и осциллографических наблюдений выходного напряжения эхолота обычно показывают уровни шума, которые увеличиваются с увеличением дальности.Для данных 40 log r наблюдается более быстрое увеличение с диапазоном, чем для данных 20 log r. Две простые ситуации: (i) постоянный уровень шума на поверхности преобразователя и (ii) реверберация или обратное объемное рассеяние от распределенных целей в толще воды.

Первый может исходить от судов или окружающего шума, а реверберация может исходить от планктона, пузырьков и взвешенного ила. Для одиночной цели с постоянным TS и TVG-сигналом 20 или 40 log r зависимость шума и диапазона SNR составляет:

log r — 2αr

.	TVG: 20 log r .	TVG: 40 log r .	SNR .
Сигнал	−20 log r	Константа	—
i) Постоянный шум	20 log r + 2αr	40 log r + 2αr	−40 log r — 2αr
ii) Реверберация	Константа	20 log r	−20 log r

log r — 2αr

.	TVG: 20 log r .	TVG: 40 log r .	SNR .
Сигнал	−20 log r	Константа	—
i) Постоянный шум	20 log r + 2αr	40 log r + 2αr	−40 log r — 2αr
ii) Реверберация	Константа	20 log r	−20 log r

log r — 2αr

.	TVG: 20 log r .	TVG: 40 log r .	SNR .
Сигнал	−20 log r	Константа	—
i) Постоянный шум	20 log r + 2αr	40 log r + 2αr	−40 log r — 2αr
ii) Реверберация	Константа	20 log r	−20 log r

log r — 2αr

.	TVG: 20 log r .	TVG: 40 log r .	SNR .
Сигнал	−20 log r	Константа	—
i) Постоянный шум	20 log r + 2αr	40 log r + 2αr	−40 log r — 2αr
ii) Реверберация	Константа	20 log r	−20 log r

Последний столбец подтверждает более раннее наблюдение о том, что SNR не зависит от типа используемой ВРЧ.Шум от переднего конца приемника будет иметь тот же эффект, что и постоянный уровень шума на лицевой стороне преобразователя. Для хорошо спроектированного эхолота внутренний шум приемника, как правило, будет незначительным по сравнению с шумом судна и окружающей средой, особенно на рабочих частотах ниже 100 кГц. Хотя в этой статье основное внимание уделяется SNR для отдельных целей, мы отмечаем, что для EI целевого распределения с постоянным коэффициентом объемного обратного рассеяния (например, целевое распределение с постоянной средней плотностью и TS) ситуация i) и ii) приведет к уменьшению SNR. с диапазоном как −20 log r — 2αr и 0 соответственно.

Влияние низкого отношения сигнал / шум: свидетельство смещения TS из измерений TS

Хорошо известный пример потенциального смещения TS с диапазоном и, следовательно, предположительно уменьшающегося SNR, был описан Рейниссоном и Сигурдссоном (1996) и Рейниссоном (1999) и показан на рисунке 4. Морские окуни того же размера (средняя длина 37). см и TS −40 дБ) часто распределяются на глубине от 100 до 300 м. Оценки TS были сделаны с пятью различными углами приема луча, принимаются только цели, обнаруженные в пределах указанного внеосевого угла луча.

Рис. 4

Зависимость TS окуня от глубины, измеренная с пятью различными углами приема луча. На глубине 250 м слева направо в линиях TS используются углы приема луча 1,1, 1,6, 2,6, 3,6 и 4,4 °. От Рейниссона и Сигурдссона (1996).

Рис. 4

TS Redfish TS в зависимости от глубины, измеренной с пятью различными углами приема луча. На глубине 250 м слева направо в линиях TS используются углы приема луча 1,1, 1,6, 2,6, 3,6 и 4,4 °. От Рейниссона и Сигурдссона (1996).

На рисунке 4 показано, что оценка TS в целом увеличивается с увеличением диапазона. Он также увеличивается при использовании большего угла приема луча. Эти эффекты особенно очевидны ниже 220 м, где отношение сигнал / шум предположительно является ограничивающим фактором. Увеличение расчетного TS с увеличением угла приема луча более прослеживается, чем увеличение TS с увеличением дальности, поскольку рыбы в узком диапазоне глубин с большей вероятностью будут физически похожи и имеют аналогичные TS, чем рыбы с разных глубин. Кроме того, эффективное SNR (SNRu), безусловно, будет уменьшаться с увеличением угла луча, в то время как его уменьшение с увеличением дальности менее предсказуемо.

Мы не будем рассматривать этот пример, поскольку измерения SNR необходимы для дальнейшего объяснения, моделирования и количественной оценки наблюдаемого смещения TS и его зависимости от SNR. Работа над этим продолжается, но она осложняется тем фактом, что доступны только данные интегрирования эхо-сигналов с разрешением 1 м, а не выборочные данные с разрешением 0,1 м.

Отметим, что увеличение TS выше глубины 175 м не объясняется результатами промысла, которые указывают на постоянство размера рыбы во всем диапазоне глубин.Это подтверждается результатами траления нескольких акустических съемок рассматриваемых видов (например, Magnusson et al. , 1996). Увеличение может указывать на изменения в объеме плавательного пузыря или в распределении угла наклона рыбы. Влияние этих факторов на силу цели было продемонстрировано несколькими авторами (например, Nakken and Olsen, 1977; Blaxter and Batty, 1990).

Эффекты низкого отношения сигнал / шум: целевые измерения и моделирование смещения TS

Серия экспериментов с мишенями с расщепленным лучом была проведена в реке Фрейзер (Enzenhofer et al., 1998). Преобладающее соотношение сигнал / шум было ниже 20 дБ, что нередко для речных измерений. Наблюдалось смещение измерения угла расщепленного луча, что было неожиданным в то время, и была разработана имитационная модель расщепленного луча (Kieser и др. , 2000), которая объяснила значительное смещение, которое наблюдалось при преобладающем низком SNR. Модель продемонстрировала, что измерение угла расщепленного луча и хорошо известное смещение TS становятся значительными ниже аналогичных уровней SNR. Мы расширили эту модель, включив в нее зависимость отношения сигнал / шум от диапазона, описанную выше.

При моделировании используются следующие параметры эхолота: ширина луча 7 °, частота 38 кГц, α 0,011 дБ м ⁻¹ , скорость звука 1500 мс ⁻¹ , TS −30 дБ, пороговое значение TS −45 дБ и два- порог диаграммы направленности –12 дБ (углы приема луча). Рисунок 2 дает оценку SNR ₀ 29,6 дБ на целевом диапазоне r ₀ 172,0 м. Предполагая постоянный размер цели и постоянный уровень шума на датчике, зависимость отношения сигнал / шум от диапазона определяется как SNR (r) = SNR ₀ — 40 log r / r ₀ — 2α (r — r ₀ ).При этом отношение сигнал / шум падает с 33 дБ на 100 м до 14 дБ на расстоянии 350 м (рисунок 5a). Ширина импульса не включается, поскольку он входит в моделирование только косвенно через SNR, поскольку более короткий импульс потребует более широкой полосы пропускания и, следовательно, будет допускать больше энергии шума.

Рисунок 5

Зависимость отношения сигнал / шум, смещения SNR и смещения TS от диапазона. а) Линия показывает ОСШ, которое используется для моделирования, а точки взяты только из принятых целей. Обратите внимание на большой разброс смоделированных значений.b) смещение SNR и c) кривые смещения TS получены из полиномиальной подгонки к соответствующим значениям из принятых целевых значений. Во всех расчетах используются физические значения, а не значения в дБ.

Рисунок 5

SNR, смещение SNR и смещение TS в зависимости от диапазона. а) Линия показывает ОСШ, которое используется для моделирования, а точки взяты только из принятых целей. Обратите внимание на большой разброс смоделированных значений. b) смещение SNR и c) кривые смещения TS получены из полиномиальной подгонки к соответствующим значениям из принятых целевых значений.Во всех расчетах используются физические значения, а не значения в дБ.

Результаты моделирования для смоделированного SNR, смещения SNR и смещения TS показаны на рисунках 5a, b и c соответственно. Отображаются и используются для кривых смещения только цели, которые проходят как TS, так и пороговое значение двунаправленной диаграммы направленности. SNR и TS показаны в дБ, но расчеты производятся в физических единицах. Смоделированные TS в сравнении с диаграммой направленности двустороннего луча показаны на рис. 6a и b для целевых глубин от 150 до 200 и от 300 до 350 м соответственно.Результаты резюмируются как: где R — средний диапазон принятых целей, SNR — это SNR, используемый при моделировании, а SNRbias отражает смещение в SNR, которое оценивается на основе принятых целей. TSbias и TSbias2 дают смещение TS, которое оценивается по всем принятым целям и по тем, которые имеют двухстороннюю оценочную диаграмму направленности меньше -2 дБ. Столбцы смещения показывают, что измерения будут иметь тенденцию к завышению SNR и TS. Значительное смещение наблюдается при ОСШ менее 15 дБ, особенно когда принимаются цели из удаленного от оси положения.Смещение в оцененном SNR связано с хорошо известным смещением TS. Это больше, чем смещение TS, поскольку расчеты TS не включают коррекцию шума, рекомендованную ранее.

R .	SNR .	SNRbias .	TSbias .	TSbias2 .
173,6	29,8	3.1	0,2 ​​	−0,2
323,8	15,4	4,5	1,1	0,3

R .	SNR .	SNRbias .	TSbias .	TSbias2 .
173,6	29,8	3,1	0,2 ​​	−0.2
323,8	15,4	4,5	1,1	0,3

R .	SNR .	SNRbias .	TSbias .	TSbias2 .
173,6	29,8	3,1	0,2 ​​	−0,2
323,8	15.4	4,5	1,1	0,3

R .	SNR .	SNRbias .	TSbias .	TSbias2 .
173,6	29,8	3,1	0,2 ​​	−0,2
323,8	15,4	4,5	1.1	0,3

Рисунок 6

График смоделированного TS в зависимости от диаграммы направленности двустороннего луча для a) от 150 до 200 и b) от 300 до 350 метров диапазона.

Рис. 6

График моделирования TS в зависимости от диаграммы направленности двустороннего луча для a) от 150 до 200 и b) от 300 до 350 м интервалов диапазона.

Имитационная модель может использоваться для качественного и количественного исследования взаимосвязи между SNR, TS, дальностью, порогом угла луча и другими параметрами.Его можно использовать для понимания интересующего измерения, для оптимизации параметров измерения и, возможно, для корректировки смещения SNR и TS. Тем не менее, хорошее измерение SNR является обязательным условием. Учет и измерение отношения сигнал / шум может сыграть важную роль в разработке надлежащей практики и параметров измерения, а также в выявлении источников изменчивости и систематической ошибки измерения. SNR может внести значительный вклад в оптимизацию качества и интерпретации данных.

Обсуждение и рекомендации

Говорят, что сигнал одного человека — это шум другого человека.Обычно шум можно определить как нежелательную часть сигнала. Сигнал и шум возникают одновременно, и после оптимальной обработки сигнала остающийся шум не может быть отделен от сигнала. Традиционная рыболовно-акустическая работа фокусируется на сигнале, который может быть амплитудой или мощностью эхо-сигнала или средней силой объемного обратного рассеяния, и для устранения шума используется пороговая обработка. Однако шум и SNR измеряются редко. SNR является ключевой величиной в любом измерении, поэтому его следует регулярно контролировать, чтобы гарантировать качество данных.Измерения отношения сигнал / шум особенно важны, когда TS с разделенным лучом и измерения положения цели выполняются в сложных условиях, например, на большом расстоянии или на небольших целях. Они также необходимы для моделирования разделенного луча и других процессов акустических измерений (Ehrenberg, 1979; Kieser et al. , 2000; Sawada and Furusawa, 2000; Sawada et al. , 2002).

Настоящая статья основана на нашей более ранней работе, которая научила нас, что измерения SNR необходимы для значимого сравнения между измерениями положения цели и результатами модели (Kieser et al., 2000). Хотя здесь это не обсуждается, мы отмечаем, что количественный анализ требует, чтобы сигнал и шум имели четко определенные статистические свойства. Поэтому важно измерить мощность сигнала и шума и получить хотя бы некоторое представление об их статистических свойствах.

Представленные здесь результаты модели подтверждают наблюдаемое увеличение смещения TS с увеличением диапазона или уменьшением SNR, и они подчеркивают соответствующее смещение в измеренном SNR. При хороших измерениях SNR модель с разделенным лучом предоставит инструмент для оптимизации параметров сбора данных, а также для прогнозирования и подтверждения качества данных.Кроме того, он может обеспечивать поправки на SNR, TS и другие измеряемые величины, когда сигнал и шум хорошо определены.

Желательно более точное сравнение между TS и другими результатами измерений и моделей; однако для окончательного сравнения измерения и модели потребуются измерения для одной и той же рыбы с широким SNR. Этого трудно достичь, но измерения могут проводиться в море на совокупности одиночных рыб с разными отношениями сигнал / шум, которые получены путем опускания датчика, использования другой ширины луча датчика, изменения мощности передачи (только для нереверберационного шума) или введения шумовой сигнал на входе эхолота или в его поток цифровых данных.Наконец, отслеживание цели может быть полезным инструментом для отслеживания рыбы через луч и соотнесения наблюдений с ОСШ.

Обратите внимание, что SIMRAD EK500 может обеспечить абсолютное измерение мощности пассивного шума (SIMRAD, 1993; Takao and Furusawa, 1995). Это полезно для определения минимально возможного уровня шума для различных условий моря, глубины воды, скорости судна, оборотов двигателя, шага гребного винта и т. Д. Поскольку это абсолютное измерение, его можно использовать для мониторинга шума от данного судна в течение длительных периодов времени. время или сравнить шум между судами.Однако требуются дополнительные шаги и новое мышление, чтобы легко измерить SNR от активного сонара. К ним относятся: (i) подробное наблюдение шума на стандартной эхограмме и на эхограммах с различными порогами, а также обзор TS в зависимости от глубины и TS в зависимости от диаграммы направленности и других графиков. (ii) Количественные наблюдения начинаются с измерений сигналов и шумов, которые легко сделать с помощью нескольких импульсов, но обычные измерения потребуют сложного программного обеспечения. (iii) Разработчики коммерческих эхолотов и программного обеспечения для постобработки должны поощрять измерения сигналов и шума и их практическое использование, включая измерения шума в свои продукты.Например, данные STE, которые теперь включают TS, местоположение цели в луче и глубину, должны быть дополнены оценками шума и данными из окон по обе стороны от пика эхо-сигнала или только последнего, которые можно использовать для оценки средней мощности шума. и статистические свойства.

Возможные и гибкие инструменты и программное обеспечение для рыбоакустических измерений и анализа данных доступны и должны использоваться. Необходимы дополнительные диагностические инструменты для оценки смещения TS, вероятности обнаружения цели с разделенным лучом, эффективного объема выборки (Foote, 1991) и других эффектов.Многие из них потребуют хороших оценок SNR для получения информативных результатов и предоставления возможных исправлений. SNR будет регулярной и полезной темой в этом контексте, и мы надеемся, что эта статья будет способствовать его регулярному измерению и использованию.

Основные обсуждения и рекомендации Дж. Э. Эренберга и комментарии Р. Б. Мицона и М. Фурусавы принимаются с благодарностью.

Список литературы

,.

«Поведение» плавательного пузыря и сила цели

,

Rapports et Procès-Verbaux des Réunions Conseil International pour l’Exploration de la Mer

,

1990

, vol.

189

(стр.

233

—

244

). ,

Системы связи: введение в сигналы и шум в электрической связи

,

1968

Нью-Йорк

McGraw-Hill

,. ,

Акустическая океанография: принципы и применение

,

1977

Нью-Йорк

John Wiley & Sons

. .

Единицы, символы и определения в акустике рыболовства

,

1981

, vol.

2a

Совещание по акустическим методам оценки популяций морских рыб

25–29 июня 1979 г.

Кембридж, Массачусетс, США

Кембридж, Массачусетс, США

Лаборатория Чарльза Старка Дрейпера

(стр.

23

—

32

).

Влияние шума на на месте измерения силы цели рыбы, полученные с помощью системы двухлучевых датчиков

,

1978

.

Сравнительный анализ методов на месте методов прямого измерения силы акустической цели отдельных рыб

,

IEEE Journal of Oceanic Engineering

,

1979

, vol.

OE-4

4

(стр.

141

—

152

).

Анализ методов расщепления луча, оценки сечения обратного рассеяния и выделения одиночного эхо-сигнала

,

1981

,.

Влияние пороговых значений на расчетное сечение рассеяния рыбы, полученное с помощью системы двухлучевых преобразователей

,

1974

,,.

Прикрепленная речная гидроакустика как метод подсчета мигрирующих взрослых тихоокеанских лососей: сравнение акустики расщепленного луча с визуальным подсчетом

,

Aquatic Living Resources

,

1998

, vol.

11

2

(стр.

61

—

74

).

Объем акустической выборки

,

Журнал акустического общества Америки

,

1991

, vol.

90

(стр.

959

—

964

),,,,.

Калибровка акустических инструментов для оценки плотности рыбы: практическое руководство

,

Отчет о совместных исследованиях ICES

,

1987

144

,,.

Дальность обнаружения эхолота

,

2000

3-й Международный семинар JSPS. Устойчивые технологии рыболовства в Азии к XXI веку

(стр.

207

—

213

),,,,.

Универсальная система эхолокации с использованием двойного луча

,

Nippon Suisan Gakkaishi

,

1993

, vol.

59

6

(стр.

967

—

980

). ,

Коммуникационные системы

,

1994

Нью-Йорк

John Wiley & Sons

,.

Акустика для рыболовства. Практическое руководство по оценке водной биомассы

,

Технический документ ФАО по рыболовству

,

1983

, vol.

240

.

Генерация гауссовского белого шума для синтеза цифрового сигнала

,

IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement

,

1986

, vol.

IM35

4

(стр.

492

—

495

). .

Стандартные обозначения для акустической оценки биологических параметров

,

1981

Совещание по акустическим методам оценки популяций морских рыб

25–29 июня 1979 г.

Кембридж, Массачусетс, США

Кембридж, Массачусетс, США

The Charles Stark Draper Lab

(стр.

33

—

49

),,.

Наблюдение и объяснение систематических ошибок измерения угла расщепленного луча

,

Aquatic Living Resources

,

2000

, vol.

13

5

(стр.

275

—

281

). ,

Понимание цифровой обработки сигналов

,

1997

Prentice Hall

,,.

Последовательный подход к определениям и символам в акустике рыболовства

,

ICES Journal of Marine Science

,

2002

, vol.

59

(стр.

365

—

369

),.

Fisheries acoustics

,

Fish and Fisheries Series

,

1991

London

Chapman and Hall

,,,,,,,,,,.

Отчет о совместной исландской, немецкой и российской акустической съемке морского окуня в море Ирмингера и прилегающих водах в июне / июле 1996 г.

,

1996

Matlab

Matlab Signal-Processing Toolbox, Руководство пользователя

,

The Mathworks Inc.

,

1998

. ,

Fisheries Sonar

,

1983

Farnham, Surrey, England

Fishing News Books

.

Подводный шум исследовательских судов, обзор и рекомендации

,

1995

,.

Измерение силы цели рыбы

,

Rapports et Procès-Verbaux des Réunions Conseil International pour l’Exploration de la Mer

,

1977

, vol.

170

(стр.

52

—

69

). .

Пример из практики

,

Методология измерения целевых показателей

,

1999

(стр.

36

—

43

),.

Суточные изменения акустической интенсивности и силы цели океанического морского окуня ( Sebastes mentella ) в море Ирмингера

,

1996

,.

Компьютерное моделирование in situ Метод оценки силы цели

,

2000

,,,.

Исследование условий для точного измерения силы цели in situ с помощью компьютерного моделирования

,

2002

Документ, представленный на ICES WGFAST

24 и 26–27 апреля 2001 г.

Сиэтл, Вашингтон, США

SIMRAD

Справочные руководства научных эхолотов SIMRAD EK500 V4.01

,

1993

,.

Измерение шума с помощью интегратора эхо-сигналов

,

Fisheries Science

,

1995

, vol.

61

4

(стр.

637

—

640

),. ,

Applied Underwater Acoustics

,

1966

Oxford

Pergamon Press

,.

Анализ порогового смещения, присущего акустическому рассеянию, оценки поперечного сечения отдельных рыб

,

Журнал Совета по исследованиям рыболовства Канады

,

1975

, vol.

32

2

(стр.

2547

—

2551

),. ,

Принципы систем связи, модуляции и шума

,

1995

Нью-Йорк

John Wiley & Sons

© 2004 Международный совет по исследованию моря

Что такое отношение сигнал / шум (SNR)? На что обращать внимание и как пользоваться

Подкастеры часто спрашивают меня: что такое отношение сигнал / шум, или SNR, или S / N? Это сложно описать, поэтому давайте на секунду спустимся по Аллее аналогий.

Представьте, что вы встречаетесь с другом. Вы не виделись очень давно, или, возможно, это ваша первая личная встреча. Вы хотите наверстать упущенное, а вы оба обожаете крафтовое пиво, поэтому вы решили встретиться в пабе.

В конце концов, вам нужно будет решить, где встретиться. Вы можете встретиться в местном пабе, известном своим выбором кранов. Но обычно здесь многолюдно и шумно, что затрудняет разговор. Вместо этого вы решаете встретиться в уютном маленьком местном баре, который менее переполнен, чтобы вы могли приятно провести время, болтая со своим другом.

Это решение, основанное на соотношении сигнал-шум.

Я получаю много вопросов о соотношении сигнал-шум (S / N). В основе этого лежит тот факт, что отношение сигнал-шум пытается дать количественную оценку тому, что мы уже понимаем интуитивно. Насколько тихим должен быть шум, чтобы люди могли слышать и понимать сигнал?

Самый простой способ понять отношение сигнал-шум — определить его компоненты:

Сигнал

Что касается звука, то под сигналом понимается любое электрическое напряжение, дающее информацию.. С точки зрения звука, сигнал относится к информации или записанному звуку.

Например, в нашем пабе нашим сигналом является разговор, который мы пытаемся завязать с нашим другом.

Нажми, говори, готово! Супер простая запись и редактирование подкастов

Alitu записывает звонки, отдельные сегменты, очищает ваш звук, добавляет музыку и переходы, помогает вам редактировать и публиковать прямо на вашем хосте.

Попробовать Alitu 👉

Шум

Шум — это любой постоянный звук, не являющийся вашим сигналом.Обычно это источник звука, который вы пытаетесь отфильтровать или возвышать над ним, чтобы передать какую-либо другую звуковую информацию. Шум может варьироваться от неслышимого гудения до четко различимого шипения и какофонии громких механизмов.

В звуке мы обычно имеем дело с собственным шумом (шипение издает звуковое оборудование) или минимальным уровнем шума. Это сумма всех источников шума в записи, кроме голоса или сигнала, которые мы пытаемся записать).

В нашем пабе толпа, музыка, звуки из кухни или любой другой звук вне нашего разговора — это шум.

Сигнал к шуму

Таким образом, сигнал / шум — это просто отношение полезного сигнала (S) к нежелательному шуму (N). Когда мы думаем о соотношении сигнал-шум в нашем аудиооборудовании, мы просто спрашиваем, достаточно ли тихо наше оборудование, чтобы передавать аудиосигнал, не отвлекаясь.

Или, говоря о нашем пабе, мы спрашиваем, насколько громко нам нужно кричать, чтобы наш друг услышал нас, и можем ли мы их услышать.

Отношение сигнал-шум может сбивать с толку, так это при определении «что такое шум».В записи шум относится ко всему, что не является записываемой нами информацией. В нашем сценарии паба шум — это все, о чем мы не говорим. Однако, если мы записываем толпу в баре, шум относится к любому постоянному звуку, который не соответствует вашей толпе.

Когда звукорежиссеры говорят об оборудовании, таком как микрофоны, мы сравниваем сигнал с собственным шумом. Итак, хотя мы можем слышать другой фоновый шум, когда открываем микрофон для записи, это не тот шум, который мы принимаем во внимание.Когда мы говорим об аудиооборудовании, то под сигналом понимается любой звук, который превышает собственный шум, включая шум помещения. Еще не запутались?

Так где же соотношение?

Еще одна путаница, связанная с отношением сигнал-шум, заключается в том, как выразить его в числах. В звуке мы выражаем отношение сигнал / шум в децибелах (дБ), когда ожидаем увидеть отношение или дробь. Мы рассчитываем отношение сигнал / отношение, используя напряжение. Однако напряжение не всегда является значимым измерением в аудио, поскольку мы склонны думать о том, как вещи звучат, а не о том, как они проводят электричество.

Таким образом, в аудио мы выражаем соотношение сигнал / шум в дБ. Это значение уже вычислено и преобразовано из напряжения сигнала и шума. Это более значимо с точки зрения измерения звука.

Какое хорошее S / N?

В студийной обстановке и при выборе оборудования цель:

• Имейте отношение сигнал / шум 60 дБ или выше.
• 70 дБ даже лучше.
• 80 дБ или больше — идеальный вариант.

По сути, цель состоит в том, чтобы получить наибольшее количество сигнала с наименьшим количеством шума.Хороший подход — запись с более высоким входным усилением, поскольку увеличение громкости записываемого источника также увеличивает любой записанный шум.

Заключительные советы по записи

Что касается записи, прислушивайтесь к окружающей среде. Постоянные широкополосные звуки, такие как разговоры, вентиляторы HVAC, ветер и движущиеся источники воды, увеличивают минимальный уровень шума при записи и могут эффективно снизить отношение сигнал / шум ниже приемлемого уровня. В этом случае лучше всего отключить любое оборудование, издающее звук, или вообще отойти от источника звука.

Если уровень шума и сигнал слишком близки друг к другу, шум становится похожим на переполненную полосу, и наш сигнал, как разговор, становится более трудным и более отвлекающим для прослушивания.