نسبت سیگنال به نویز چیست؟

نسبت سیگنال به نویز چیست ؟ Signal to Noise Ratio در واقع به نسبت توان سیگنال به توان نویز موجود در همان سیگنال گفته می‌شود. این نسبت به اختصار SNR نام می‌گیرد. نسبت SNR معیاری برای بیان عملکرد بهینه سیستم پردازش سیگنال در نظر گرفته می‌شوند، البته باید این شرط که نویز یک تابع گاوسی (Gaussian) باشد نیز حتماً وجود داشته باشد. در این مطلب به طور کامل به پاسخ سوال نسبت سیگنال به نویز پرداخته شده و محاسبه مقدار آن نیز بیان خواهد شد. با ما تا انتهای این مقاله همراه باشید.

نویز چیست؟

یکی از اصلی‌ترین مواردی که موجب قطعی وضوح تصویر در مانیتور می‌شود، وجود نویز است. البته این نویزها تقریباً در تمامی سیگنال‌های ویدئویی وجود دارند. در زمانی که ضبط ویدئو در یک محیط کم نور انجام می‌شود، تصاویر دارای نویز بیشتری هستند. نویزها به صورت نقاط برفکی و یا گرانیتی بر روی کل تصویر بروز می‌کنند. برای ایجاد نویز در تصویر، موارد بسیار زیادی موثر هستند که از جمله آن‌ها می‌توان به طراحی ضعیف مدار الکترونیکی، گرما، تأثیرات خارجی، امواج حاصل از دستگاه ماکروویو، نصب دوربین‌ مداربسته نزدیک به خطوط فشار قوی برق، کابل‌کشی نامناسب، استفاده از کابل‌های بی‌کیفیت و غیره اشاره کرد. البته باید به این نکته نیز توجه داشت که مشکل وجود نویز در تصاویر برای دوربین‌های آنالوگ خواهد بود.

همانطور که اشاره شد، وجود نویز به عنوان یک عامل تعیین‌کننده در کیفیت تصاویر به حساب می‌آید. علاوه بر این، نویزها یک بار اضافی برای فرآیند رمزگذاری نیز هستند. این امر موجب افزایش بسیار زیاد حجم داده در زمان انتقال و ذخیره‌سازی شده و پهنای باند و فضای ذخیره‌سازی را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.

نسبت سیگنال به نویز چیست؟

یکی از عوامل مهم و تعیین‌کننده تلورانس نویز، میزان نویز در سیگنال ویدئویی خواهد بود. به این میزان نویز، نسبت سیگنال به نویز یا S/N گفته می‌شود. همانطور که مشخص است، میزان نویز به صورت یک نسبت نشان داده می‌شود، به این علت که هر چه سیگنال‌ها قوی‌تر باشند، به همان نسبت و اندازه نویز قرار گرفته بر روی آن‌ها بیشتر خواهد شد. برای داشتن وضوح تصویر، باید قدرت سیگنال تصویر نسبت نویز از یک مقدار معین بیشتر باشد.

به طور کلی می‌توان نسبت سیگنال به نویز را سطح توان سیگنال در مقایسه با سطح توان نویز در نظر گرفت که این نسبت برحسب دسی‌بل بیان می‌شود.

بساری از افراد می‌پرسند که  SNR باید چند باشد؟ در پاسخ به این سوال باید گفت که هر چه میزان نسبت سیگنال به نویز در یک سیستم بیشتر باشد، مشخصه بهتری محسوب می‌شود، به این علت که دریافت اطلاعات مفید در مقایسه با اطلاعات ناخواسته و نویز بیشتر اتفاق می‌افتد. به طور مثال، هنگامی که نسبت سیگنال صوتی به نویز برابر با 100 دسی‌بل باشد، بدان معنی خواهد بود که سطح سیگنال صوتی، 100 درجه از سطح نویز در سیستم مورد نظر بالاتر و بیشتر است. بنابراین میزان SNR یا همان نسبت سیگنال به نویز 100 از نسبت سیگنال به نویز 70، مشخصه بهتری به حساب آید.

 

نسبت سیگنال به نویز در آمپلی فایر

این نسبت که در بالا ذکر شد در آمپلی فایرها اهمیت بسیار زیادی دارد، در واقع این عدد نشان می‌دهد که یک آمپلی فایر تا چه میزان می‌تواند نویز را حذف کند و حتی باعث شود نویز تولید نشود. همچنین این نسبت تعیین می‌کند که آمپلی فایر تا چه میزان توانایی سیگنال خروجی مانند سیگنال ورودی را دارد.

سنجش پارامتر نسبت سیگنال به نویز در آمپلی فایر در فرکانس 1 کیلوهرتز و با توان یک وات انجام می شود و با واحد دسیبل به نمایش در می‌آید. همانطور که پیشتر اشاره شد، عدد بزرگتر در ایین نسبت، بهتر است برای مثال S/N 70 از S/N 50 عدد بهتری است.

نسبت سیگنال به نویز در اسپیکر

نسبت سیگنال به نویز اسپیکر نیز هرچه عدد بالاتری را نشان دهد بهتر است، در واقع هرچه این عدد بالاتر باشد، نویز آن کمتر بوده و کیفیت نیز بالاتر خواهد بود. همیشه در هنگام خرید بلندگو اسپیکر باید به این نکته توجه کنید که SNR یا همان S/N آن اسپیکر چه عددی است؟ چرا که همانطور که می‌دانید اجزای داخلی اسپیکر می‌توانند سبب ایجاد نویز در صدا شده و سبب کاهش کیفیت صدای نهایی شوند.

 

نسبت سیگنال به نویز در میکروفون

نسبت سیگنال به نویز میکروفون درواقع همان میزان تفاضل حساسیت و نویز داخلی میکروفون است. در صورتی که  سطح فشار صوتی یک منبع صوتی بیشتر باشد، نسبت سیگنال به نویز یا همان Signal to Noise Ratio نیز بیشتر است. یعنی درحالی که فشار صوتی 94dBSPL داشته باشیم، اگر S/N میکروفون 64dB باشد، خوب و اگر S/N برابر با 74dB باشد، بسیار خوب است. هرچه نسبت سیگنال به نویز میکروفون بیشتر باشد یعنی سیگنال صدا خلوص بیشتری دارد و نویز نیز کمتر خواهد بود.

شاید به این موضوع نیز علاقمند باشید: جلوگیری از نویز صدا

شاید به این موضوع نیز علاقمند باشید: نویز کنسلینگ در میکروفون چیست؟

نویز سفید

به طور کلی نویز سفید در حالت واقعی وجود ندارد، زیرا توان این نویز بی‌نهایت بوده و مقدار نسبت سیگنال به نویز برابر با صفر خواهد بود. در نتیجه یک نویز با توان بی‌نهایت در دنیای واقعی وجود ندارد. اما در حالت تئوری، مهندسان از این نوع نویزها برای توصیف و معرفی نویزهای دیگری استفاده می‌کنند که طیف توان در آن‌ها به خوبی قادر به پراکنده شدن در طول پهنای باند خواهد بود. زمانی که بر فرض یک نویز سفید در سیستم وجود داشته باشد، سیستم‌های پردازش سیگنال بهینه این نویز را به حساب آورده و در نتیجه عملکردشان به نسبت سیگنال به نویز بستگی خواهد داشت.

تداخل در نسبت سیگنال به نویز چیست؟

با توجه به موارد گفته شده، سیگنال و نویز به لحاظ آماری، مستقل از یکدیگر عمل می‌کنند و از منابع جداگانه‌ای تأمین می‌شوند. اما در برخی از کاربردها، بخشی از این نویزها از این منابع انسانی تولید شده و به لحاظ آماری این نویزها وابسته به سیگنال هستند. به طور مثال سایر تلفن‌ها و نویزهای دیگر می‌توانند بر روی یک سیگنال تلفن دیگر تداخل و انحراف ایجاد کنند.

تداخل نسبت سیگنال به نویز چیست؟ در این حالت، به سایر سیگنال‌هایی که موجب انحراف شده‌اند، تداخل می‌گویند و به جای استفاده از کلمه اختصاری SNR از نسبت سیگنال به تداخل یا SIR استفاده می‌شود. در زمانی که هم نویز و هم تداخل در سیستم موجود باشد، باید هر دو مشخصه یعنی نسبت سیگنال به نویز و هم نسبت سیگنال به تداخل را برای توصیف عملکرد سیستم پردازش سیگنال در نظر گرفت.

دلایل اهمیت نسبت سیگنال به نویز چیست؟

• مشخصات مربوط به نسبت سیگنال به نویز در بسیاری از محصولات و جزئیات مربوط به صوت و تصویر مانند بلندگو، تلفن، هدفون، میکروفون، تلویزیون، تقویت‌کننده، پخش‌کننده رادیو، پخش‌کننده DVD و CD، کارت‌های صوتی کامپیوتر، گوشی‌های هوشمند و غیره وجود داشته باشند.
• برای تشخیص نویز در انواع باندها مثل باند اکتیو می‌توان صدا را تا زمانی که هیچ‌چیز در حال پخش نباشد، بلند کرد و در این صورت اگر صدایی شنیده شود، به عنوان نویز شناخته شده و سطح سروصدا نام می‌گیرد.
• اهمیت نسبت سیگنال به نویز چیست؟ تا زمانی که سیگنال ورودی قوی‌تر از سطح سروصدا باشد، کیفیت سیستم پردازش‌کننده سیگنال بالا بوده و افراد می‌توانند به راحتی صدا و تصویر را به صورت واضح دریافت کنند.
• در صورتی که یک سیگنال ضعیف بوده و نسبت سیگنال به نویز کمتر از حد انتظار باشد، افراد با افزایش حجم پهنای باند، به دنبال افزایش خروجی خواهند بود. این کار بر روی تنظیم میزان بلندی صدا موثر بوده و همچنین تأثیرگذاری زیادی بر سیگنال و نویز داشته است. اما در این حالت نیز ممکن است صدای موسیقی بیشتر شود ولی صدای زیر هنوز وجود دارد. برای از بین بردن این صدای زیر باید قدرت سیگنال منبع را افزایش داد. در برخی از سیستم‌ها، انواع سخت‎افزار و نرم‌افزاری وجود دارد که می‌تواند موجب بهبود نسبت سیگنال به نویز شده و عملکرد سیستم را نیز بهبود بخشد.
• متأسفانه تمامی اجزای موجود در یک سیستم صوتی حتی برخی کابل‌ها می‌توانند یک سیگنال صوتی اضافی را به سیستم وارد کنند. در دستگاه‌های آنالوگ مانند پخش‌کننده‌ها و تقویت‌کننده‌ها، نسبت سیگنال به نویز بسیار کمتر از دستگاه‌های دیجیتال خواهد بود.

کلام آخر

این مقاله به پاسخ سوال نسبت سیگنال به نویز چیست، پرداخته و به طور خلاصه و مفید این مبحث را توضیح داده است. نسبت سیگنال به نویز یکی از مواردی است که موجب تشخیص میزان کیفیت عملکرد سیستم پردازش سیگنال شده و در انتخاب دستگاه‌ها بسیار موثر خواهد بود. در سایت آوازک  مقالات متعدد دیگری در این زمینه موجود بوده و می‌توان با توجه به این مقالات، اطلاعات خود را به روز کنید.