Che cos'è il rapporto segnale/rumore e perché è importante?
La maggior parte delle persone comprende l'importanza delle specifiche di potenza dell'amplificatore. Nella maggior parte dei casi, più potenza è una buona cosa, cioè fino a raggiungere i limiti termici o di sospensione degli altoparlanti che stai utilizzando. Una specifica molto importante anche in un amplificatore, processore o unità sorgente elettronica mobile è il rapporto segnale/rumore. In questo articolo, spiegheremo cosa sono i numeri del rapporto S/N e perché sono importanti.
Tutto il rumore, tutto il tempo!
Succede solo che quando passi un segnale attraverso qualsiasi dispositivo, come un pezzo di filo, resistore, condensatore, induttore , transistor o qualsiasi altra cosa ti venga in mente:al segnale viene aggiunto un piccolo rumore. Ci sono molti diversi tipi di rumore. Il movimento casuale degli elettroni che rimbalzano mentre passano attraverso un dispositivo provoca rumore termico. Temperature più elevate producono più rumore. Un altro rumore comune è il rumore dello scatto. La differenza nei tempi di arrivo degli elettroni quando attraversano una barriera o uno spazio vuoto tra due materiali provoca rumore di sparo. Dispositivi come transistor e diodi, che hanno diversi strati di materiali all'interno, sono comuni fonti di rumore da tiro. Esistono molti altri tipi di rumore.
Come puoi immaginare, la quantità di rumore generata da uno qualsiasi di questi dispositivi è minuscola. Quando aggiungi un po' di rumore da un gruppo di componenti, quindi amplifichi il segnale risultante, la quantità di rumore nell'uscita di un circuito aumenta notevolmente.
Il rumore si verifica nelle unità sorgente, nei processori di segnale e negli amplificatori. Una volta aggiunto il rumore alla catena del segnale, è praticamente impossibile rimuoverlo.
Il suono del rumore
Un modo semplice per ascoltare il rumore è collegare un paio di cuffie al computer portatile e alzare il volume Piuttosto alto. Sentirai un sibilo attraverso le cuffie. Questo è rumore. (Nota:per favore fai attenzione, ti vogliamo come un appassionato di audio per tutta la vita. Togli le cuffie prima che il tuo computer riproduca un suono e rischi di danneggiare il tuo udito.)
Come misuriamo il rumore
Esistono alcuni modi per quantificare il rumore creato da un componente elettronico. Un metodo consiste semplicemente nel dichiarare il rumore sull'uscita del dispositivo in termini assoluti. La misura può essere in volt o watt e quantifica l'ampiezza del segnale di rumore. Tuttavia, non lo vedrai usato per descrivere i componenti audio.
Il metodo più comune per quantificare il rumore che un prodotto aggiunge al segnale consiste nel confrontare il livello di rumore con quello del segnale audio in uscita dal dispositivo. Poiché la differenza tra questi livelli può essere abbastanza grande, indichiamo il rapporto tra il livello del segnale e il livello del rumore usando la scala dei decibel (dB). La scala dei decibel è logaritmica. Pertanto, una differenza di 6 dB rappresenta un raddoppio del rapporto di 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.
Diamo un'occhiata a un amplificatore di qualità moderata:niente di eccezionale, niente di disastroso. Vediamo che questo amplificatore immaginario ha un rapporto S/N di -82,3 dB quando si fa riferimento a 1 watt di potenza in uscita su un carico di 4 ohm. Che cosa significa? Bene, in primo luogo, sappiamo che per produrre 1 watt di potenza in un altoparlante da 4 ohm, abbiamo bisogno di 2 volt RMS di segnale che esce dall'amplificatore. Il nostro livello di rumore è di 82,3 dB più silenzioso di 2 volt. Utilizzando un calcolatore online, ciò significa che il rumore prodotto da questo amplificatore è 0,00006918309709189363 volte inferiore a 2 volt, quindi è di circa 0,000138 volt. Un po' più di matematica e arriva a 4.785 nanowatt.
No. Non è molto rumore. E nella maggior parte dei casi, probabilmente non riesci a sentirlo.
E se lavorassimo sodo e trovassimo un amplificatore al di sotto della media? Qualcosa con una specifica S/N inferiore a circa 70 dB? Se applichiamo questa matematica ai nostri 2 volt di uscita nominale, otteniamo un livello di rumore di 99,99 nanowatt. Sì, sono MOLTI watt in più rispetto all'esempio precedente.
Chiarire il misterioso rapporto segnale/rumore
Se guardi le specifiche di un amplificatore di più di circa 10 anni fa, o vedi un numero che è anormalmente alto, è possibile che stiano valutando il livello di rumore utilizzando la capacità di uscita massima dell'amplificatore come fattore di confronto. Se misuriamo il livello di uscita del rumore di un amplificatore a 1 watt in modo che sia 85 dB, aumenti l'uscita dell'amplificatore a 10 watt, supponendo che non produca alcun rumore aggiuntivo, il rapporto S/N sarà -95 dB. Se l'amplificatore può produrre 100 watt senza più rumore, il rapporto è ora -105 dB. Ci sono centinaia di amplificatori in grado di produrre 1000 watt, quindi la misurazione del rapporto di rumore sarebbe ora -115 dB. Quando si tratta di stampare numeri su una confezione regalo, in una brochure o pubblicarli su un sito Web, poter dire che il rapporto S/N è di -115 dB sembra sicuramente più interessante di -85 dB.
La specifica CEA-2006 ha stabilito una serie standard di linee guida per la misurazione del rumore del rapporto S/N. Le specifiche indicano che misuriamo il rapporto S/N rispetto a 1 watt di uscita su un carico di 4 ohm. È in lavorazione una nuova specifica che aiuterà a quantificare la regolazione dell'impostazione della sensibilità sull'amplificatore durante il processo di misurazione. Così com'è, più bassa è l'impostazione dell'amplificatore, migliore sarà la misurazione del rapporto S/N. Vuoi confermarlo? La prossima volta che installi un amplificatore, accendi il sistema senza alcun segnale collegato all'amplificatore e ascolta gli altoparlanti. Quindi alza completamente il guadagno dell'amplificatore. Sentirai aumentare il livello di rumore. Si prega di disattivare nuovamente il guadagno e spegnere il sistema prima di procedere.
Perché la mancanza di rumore è importante?
Come quantificare il desiderio di non aggiungere rumore al nostro segnale? Ecco una semplice analogia. Se hai acquistato una TV negli ultimi anni, potresti aver sentito l'espressione "neri più neri". "Neri più neri" si riferisce a quanto diventa scuro lo schermo quando non c'è segnale. Più nero è meglio. Quando pensi al tuo sistema audio, un rapporto S/N "più negativo" significa che il rumore è più basso del segnale audio. Non vogliamo ascoltare il rumore. -90 dB è meglio di -80 dB. Vai? Chiaro?
Ci sono così tanti criteri da bilanciare quando si sceglie un prodotto audio per auto. I livelli di potenza, l'efficienza, le caratteristiche di distorsione, le caratteristiche e le funzioni giocano tutti un ruolo importante. Comprendere il significato della misurazione del rapporto S/N è molto importante. Non vogliamo NESSUNA distorsione o rumore aggiunto alla nostra musica, ma le leggi della fisica ci negano questo lusso. Fai del tuo meglio per scegliere prodotti che, attraverso un'attenta progettazione e scelta dei componenti interni, riducano al minimo questi effetti negativi. Il tuo specialista locale di elettronica mobile può aiutarti a orientarti verso attrezzature straordinarie. Entra e scopri le novità.