Cos'è il Rapporto Segnale-Rumore e Perché Conta?

La maggior parte della gente capisce l'importanza delle specifiche potenza amplificatore. Nella maggior parte dei casi, più potenza è buono, finché non raggiungete i limiti termici o di sospensione degli altoparlanti che usate. Una specifica anche molto importante in un amplificatore, processore o unità sorgente mobile electronics è il Rapporto Segnale-Rumore (Signal-to-Noise Ratio). In questo articolo, spiegheremo cosa sono i numeri S/N Ratio e perché sono importanti.

Tutto il Rumore, Tutto il Tempo!

Capita che quando fate passare un segnale attraverso qualsiasi dispositivo – come un pezzo di filo, resistenza, condensatore, induttore, transistor o qualsiasi altra cosa possiate pensare – un minuscolo pezzetto di rumore viene aggiunto al segnale. Ci sono molti tipi diversi di rumore. Il moto casuale degli elettroni che rimbalzano mentre passano attraverso un dispositivo causa rumore termico. Temperature più alte risultano in più rumore. Un altro rumore comune è Shot Noise (rumore da granulosità). La differenza nei tempi di arrivo degli elettroni mentre attraversano una barriera o gap tra due materiali causa Shot Noise. Dispositivi come transistor e diodi, che hanno strati diversi di materiali dentro, sono fonti comuni di Shot Noise. Ci sono molti più tipi di rumore.

Come potete immaginare, la quantità di rumore generata da qualsiasi uno di questi dispositivi è minuscola. Quando sommate un po' di rumore da un mucchio di componenti, poi amplificate il segnale risultante, la quantità di rumore nell'output di un circuito cresce drammaticamente.

Il rumore accade in unità sorgente, processori segnale e amplificatori. Una volta aggiunto rumore alla catena del segnale, è essenzialmente impossibile rimuoverlo.

Il Suono del Rumore

Un modo facile per sentire come suona il rumore è collegare un paio di cuffie al computer portatile e alzare il volume abbastanza. Sentirete un sibilo attraverso le cuffie. Quello è rumore. (Nota: Fate attenzione, vi vogliamo appassionati audio per la vita. Togliete le cuffie prima che il computer suoni un suono e rischiate di danneggiare l'udito.)

Come Misuriamo il Rumore

Ci sono alcuni modi per quantificare il rumore che un componente elettronico crea. Un metodo è semplicemente dichiarare il rumore sull'output del dispositivo in termini assoluti. La misura potrebbe essere in volt o watt, e quantifica l'ampiezza del segnale rumore. Non vedrete questo usato per descrivere componenti audio, però.

Il metodo più comune per quantificare il rumore che un prodotto aggiunge al segnale è confrontare il livello rumore a quello del segnale audio in uscita dal dispositivo. Poiché la differenza in questi livelli può essere abbastanza grande, dichiariamo il rapporto del livello segnale al livello rumore usando la scala decibel (dB). La scala decibel è logaritmica. Come tale, una differenza di 6 dB rappresenta un raddoppio del rapporto ampiezza, 20 dB è dieci volte l'ampiezza, 40 dB è 100 volte, 60 dB è 1000 volte e 80 dB è 10.000 volte e così via.

Guardiamo un amplificatore qualità media – niente di eccezionale, niente di disastroso. Vediamo che questo amplificatore fittizio ha S/N Ratio di -82,3 dB quando riferito a 1 watt di potenza output in carico 4-ohm. Cosa significa? Bene, prima, sappiamo che per produrre 1 watt in un altoparlante 4-ohm, servono 2 volt RMS di segnale in uscita dall'amplificatore. Il nostro livello rumore è 82,3 dB più silenzioso di 2 volt. Usando una calcolatrice online, significa che il rumore prodotto da questo amplificatore è 0,00006918309709189363 volte più piccolo di 2 volt, quindi circa 0,000138 volt. Un po' più di matematica e questo fa 4,785 nanowatt.

No. Non è molto rumore. E nella maggior parte dei casi, probabilmente non lo sentite.

Cosa succede se lavoriamo duro e troviamo un amplificatore sotto la media? Qualcosa con specifica S/N intorno a 70 dB? Se applichiamo quella matematica ai nostri 2 volt di output rated, otteniamo un livello rumore di 99,99 nanowatt. Sì, sono MOLTI più watt rispetto all'esempio precedente.

Chiarire il Misterioso Rapporto Segnale-Rumore

Se guardate una specifica amplificatore di più di circa 10 anni fa, o vedete un numero anormalmente alto, potrebbero valutare il livello rumore usando la capacità massima output dell'amplificatore come fattore confronto. Se misuriamo il livello rumore output amplificatore a 1 watt essere 85 dB, poi aumentate l'output amplificatore a 10 watt, assumendo non faccia rumore addizionale, il S/N ratio sarà -95 dB. Se l'amplificatore può produrre 100 watt senza più rumore, il rapporto è ora -105 dB. Ci sono centinaia di amplificatori che possono produrre 1000 watt – quindi quella misura rapporto rumore sarebbe ora -115 dB. Quando si tratta di stampare numeri su una scatola regalo, in una brochure o pubblicarli su un sito, poter dire che S/N Ratio è -115 dB sembra molto più attraente di -85 dB.

La specifica CEA-2006 ha stabilito linee guida standard per misurazione S/N Ratio rumore. La specifica detta che misuriamo S/N Ratio confrontato a 1 watt di output in carico 4-ohm. Una nuova specifica è in lavorazione che aiuterà a quantificare l'aggiustamento dell'impostazione sensibilità sull'amplificatore durante il processo misurazione. Com'è ora, più bassa l'impostazione dell'amplificatore, migliore la misurazione S/N ratio. Volete confermare? La prossima volta che installate un amplificatore, accendete il sistema senza segnale connesso all'amplificatore e ascoltate gli altoparlanti. Poi alzate il gain amplificatore tutto. Sentirete il livello rumore aumentare. Per favore riabbassate il gain e spegnete il sistema prima di procedere.

Perché la Mancanza di Rumore è Importante?

Come possiamo quantificare il desiderio di non aggiungere rumore al nostro segnale? Ecco un'analogia semplice. Se avete comprato una TV negli ultimi anni, potreste aver sentito l'espressione 'neri più neri'. 'Neri più neri' si riferisce a quanto scuro lo schermo diventa quando non c'è segnale. Più nero è meglio. Quando pensate al vostro impianto audio, un S/N ratio 'più negativo' significa che il rumore è più silenzioso del segnale audio. Non vogliamo ascoltare rumore. -90 dB è meglio di -80 dB. Capito? Chiaro?

Ci sono così tanti criteri da bilanciare quando scegliete qualsiasi prodotto car audio. Livelli potenza, efficienze, caratteristiche distorsione, funzioni e caratteristiche giocano tutti un ruolo importante. Capire il significato della misura S/N ratio è molto importante. Non vogliamo ALCUNA distorsione o rumore aggiunto alla nostra musica, ma le leggi della fisica ci negano quel lusso. Fate del vostro meglio per scegliere prodotti che, attraverso design accurato e scelta componenti interni, minimizzano questi effetti negativi. Il vostro specialista mobile electronics locale può guidarvi verso equipaggiamento straordinario. Passate e date un'occhiata a cosa c'è di nuovo.