信噪比檢視原始碼討論檢視歷史
| 信噪比 | |
|---|---|
信噪比，又稱為訊噪比。是指一個電子設備或者電子系統中信號與噪聲的比例。這裡面的信號指的是來自設備外部需要通過這台設備進行處理的電子信號，噪聲是指經過該設備後產生的原信號中並不存在的無規則的額外信號(或信息)，並且該種信號並不隨原信號的變化而變化。
同樣是"原信號不存在"還有一種東西叫"失真"，失真和噪聲實際上有一定關係，二者的不同是失真是有規律的，而噪聲則是無規律的。
信噪比的計量單位是dB，其計算方法是10lg(Ps/Pn)，其中Ps和Pn分別代表信號和噪聲的有效功率，也可以換算成電壓幅值的比率關係:20Lg(Vs/Vn)，Vs和Vn分別代表信號和噪聲電壓的"有效值"。在音頻放大器中，我們希望的是該放大器除了放大信號外，不應該添加任何其它額外的東西。因此，信噪比應該越高越好。
狹義來講是指放大器的輸出信號的功率與同時輸出的噪聲功率的比，常常用分貝數表示，設備的信噪比越高表明它產生的噪聲越少。一般來說，信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，聲音回放的音質量越高，否則相反。信噪比一般不應該低於70dB，高保真音箱的信噪比應達到110dB以上。
名詞介紹
簡介
信噪比(signal-to-noise ratio)是音箱回放的正常聲音信號與無信號時噪聲信號(功率)的比值。用dB表示。例如，某音箱的信噪比為80dB，即輸出信號功率是噪音功率的10^8倍，輸出信號標準差則是噪音標準差的10^4倍，信噪比數值越高，噪音越小。[1]
"噪聲"的廣義的定義就是:"在處理過程中設備自行產生的信號"，這些信號與輸入信號無關。
對於MP3播放器來說，信噪比都是一個比較重要的參數，它指音源產生最大不失真聲音信號強度與同時發出噪音強度之間的比率稱為信號噪聲比，簡稱信噪比(Signal/Noise)，通常以S/N表示，單位為分貝(dB)。對於播放器來說，該值當然越大越好。[2]
目前MP3播放器的信噪比有60dB、65dB、85dB、90dB、95dB等等，我們在選擇MP3的時候，一般都選擇60dB以上的，但即使這一參不一定表示機子好，畢竟它只是MP3性能參數中要考慮的參數之一。
指在規定輸入電壓下的輸出信號電壓，與輸入電壓切斷時輸出所殘留之雜音電壓之比，也可看成是最大不失真聲音信號強度與同時發出的噪音強度之間的比率，通常以S/N表示。一般用分貝(dB)為單位，信噪比越高表示音頻產品越好，常見產品都選擇60dB以上。
最低要求
國際電工委員會對信噪比的最低要求是前置放大器大於等於63dB，後級放大器大於等於86dB，合併式放大器大於等於63dB。合併式放大器信噪比的最佳值應大於90dB，CD機的信噪比可達90dB以上，高檔的更可達110dB以上。信噪比低時，小信號輸入時噪音嚴重，整個音域的聲音明顯感覺是混濁不清，所以信噪比低於80dB的音箱不建議購買，而低於70dB的低音炮同樣原因不建議購買。
用途
另外，信噪比可以是車載功放;光端機;影碟機;數字語音室;家庭影院套裝;網絡攝像機;音箱……等等，這裡所說明的是MP3播放器的信噪比。
以dB計算的信號最大保真輸出與不可避免的電子噪音的比率。該值越大越好。低於75dB這個指標，噪音在寂靜時有可能被發現。AWE64 Gold聲卡的信噪比是80dB，較為合理。SBLIVE更是宣稱超過120dB的頂級信噪比。總的說來，由於電腦里的高頻干擾太大，所以聲卡的信噪比往往不令人滿意。
分類
音頻信噪比
簡介
音頻信噪比是指音響設備播放時，正常聲音信號強度與噪聲信號強度的比值。當信噪比低，小信號輸入時噪音嚴重，在整個音域的聲音明顯變得渾濁不清，不知發的是什麼音，嚴重影響音質。信噪比的大小是用有用信號功率(或電壓)和噪聲功率(或電壓)比值的對數來表示的。這樣計算出來的單位稱為"貝爾"。實用中因為貝爾這個單位太大，所以用它的十分之一做計算單位，稱為"分貝"。
舉例
對於便攜式DVD來說，信噪比至少應該在70dB(分貝)以上，才可以考慮。 這樣應該沒錯
圖像信噪比
簡介
圖像的信噪比應該等於信號與噪聲的功率譜之比，但通常功率譜難以計算，有一種方法可以近似估計圖像信噪比，即信號與噪聲的方差之比。首先計算圖像所有象素的局部方差，將局部方差的最大值認為是信號方差，最小值是噪聲方差，求出它們的比值，再轉成dB數，最後用經驗公式修正，具體參數請參看"反卷積與信號復原(鄒謀炎)"。s/n叫做信噪比。由於在實際使用中S與N的比值太大，故常取其分貝數(db)。分貝與信噪比的關係為 : db=10lg(s/n)
舉例
一般監控攝像機的圖像信噪比是在50dB，像美電貝爾系列BL-CB800ATM-N.
信噪比是信號電壓對於噪聲電壓的比值，通常用符號s/n來表示。由於在一般情況下，信號電壓遠高於噪聲電壓，比值非常大，信噪比的單位用db來表示。一般攝像機給出的信噪比值均是在agc(自動增益控制)關閉時的值，因為當agc接通時，會對小信號進行提升，使得噪聲電平也相應提高。 信噪比的典型值為45~55db，若為50db，則圖像有少量噪聲，但圖像質量良好;若為60db，則圖像質量優良，不出現噪聲。
查詢信噪比
網頁信噪比查詢信噪比(Signal/Noise)，原是電聲學領域中的一個概念，指聲音源產生最大不失真聲音信號強度與同時發出噪音強度之間的比率。在網頁優化中同樣存在這樣的原理，搜索引擎抓取頁面，主要抓取除去html標籤後的文本內容，這部分內容可以認為是不失真聲音信號，而同時產生的那部分html標籤內容，可以被認為是噪音。因此，網頁信噪音比，可以這樣理解:指網頁中的文本內容部分與生成這些文本而產生的html標籤內容的比率。聲學中，信噪比越高，說明聲音信號越清晰，同理，網頁信噪比越高，說明頁面中純文本內容相對越多，搜索引擎抓取頁面也越容易。
提示
減少網頁中的圖片、flash，將html修飾轉化為css樣式表，封裝css、js等，能大幅度提高網頁信噪比，一般來說網頁信噪比小於30%為比較合理。
測量及計算
通過計算公式我們發現，信噪比不是一個固定的數值，它應該隨着輸入信號的變化而變化，如果噪聲固定的話，顯然輸入信號的幅度越高信噪比就越高。顯然，這種變化着的參數是不能用來作為一個衡量標準的，要想讓它成為一種衡量標準，就必須使它成為一個定值。
於是，作為器材設備的一個參數，信噪比被定義為了"在設備最大不失真輸出功率下信號與噪聲的比率"，這樣，所有設備的信噪比指標的測量方式就被統一起來，大家可以在同一種測量條件下進行比較了。信噪比通常不是直接進行測量的，而是通過測量噪聲信號的幅度換算出來的，通常的方法是:給放大器一個標準信號，通常是0.775Vrms或2Vp-p@1kHz,調整放大器的放大倍數使其達到最大不失真輸出功率或幅度(失真的範圍由廠家決定,通常是10%，也有1%)，記下此時放大器的輸出幅Vs，然後撤除輸入信號，測量此時出現在輸出端的噪聲電壓，記為Vn，再根據SNR=20lG(Vs/Vn)就可以計算出信噪比了。Ps和Pn分別是信號和噪聲的有效功率，根據SNR=10lg(Ps/Pn)也可以計算出信號比。
這樣的測量方式完全可以體現設備的性能了。但是，實踐中發現，這種測量方式很多時候會出現誤差，某些信噪比測量指標高的放大器，實際聽起來噪聲比指標低的放大器還要大。經過研究發現，這不是測量方法本身的錯誤，而是這種測量方法沒有考慮到人的耳朵對於不同頻率的聲音敏感性是不同的，同樣多的噪聲，如果都是集中在幾百到幾千Hz，和集中在20KHz以上是完全不同的效果，後者我們可能根本就察覺不到。因此就引入了一個"權"的概念。這是一個統計學上的概念，它的核心思想是，在進行統計的時候，應該將有效的、有用的數據進行保留，而無效和無用的數據應該儘量排除，使得統計結果接近最準確，每個統計數據都由一個"權"，"權"越高越有用，"權"越低就越無用，毫無用處的數據的"權"為0。於是，經過一系列測試和研究，科學家們找到了一條"通用等響度曲線"，這個曲線代表的是人耳對於不同頻率的聲音的靈敏度的差異，將這個曲線引入信噪比計算方法後，信噪比指標就和人耳感受的結果更為接近了。噪聲中對人耳影響最大的頻段"權"最高，而人耳根本聽不到的頻段的"權"為0。這種計算方式被稱為"A計權"，已經稱為音響行業中普遍採用的計算方式。
信噪比
信噪比[1]是度量通信系統通信質量可靠性的一個主要技術指標。根據通信中不同的需要，有不同的表達方式。
在調製信號傳輸中，信噪比一般是指信道輸出端，即接收機輸入端的載波信號平均功率與信道中的噪聲平均功率的比值，可稱為載噪比。
在模擬通信系統中，信噪比一般是指通信終端機解調器輸出端的信號平均功率與噪聲平均功率的比值。工程上還採用解調器輸入信噪比與輸出信噪比間的一組曲線，來定量比較不同的模擬調製與解調方式的通信質量的優劣。例如:當解調器輸入信噪比相同時，輸出信噪比調頻比調幅好，同步檢波比包絡檢波好。
在數字通信系統中，信噪比一般是指終端機的數字解調器或譯碼器輸出端的每個數字波形(比特)的平均信號能量E與單位頻帶內的噪聲功率N0的比值E/N0，又稱為歸一化信噪比或能量信噪比，是常用的指標。也可用E/N0與差錯(誤碼)概率Pe間的一組曲線表示不同的數字調製與解調，或不同類型信道編、譯碼的通信質量的優劣。例如，在解調器輸出端有同樣質量要求(相同的差錯率)時，對信噪比的要求移相比移頻低(好)，移頻又比移幅低，相干檢測比非相干檢測低，採用信道編譯碼比不採用的低。因此，選用最佳的調製解調器是提高通信系統信噪比的主要手段。
增大或改善信噪比是提高通信質量的一項主要任務。在傳輸中，可通過改善傳輸手段和增大設備能力來實現。例如採用光纜、同軸電纜或衛星信道以減少傳輸損耗和噪聲。但信道選定後，主要靠增大設備能力，例如在衛星通信中提高天線增益和降低接收機等效噪聲溫度。
信息論指出:對常用頻寬為F的限時、白色高斯噪聲信道，信道容量 。當容量不變時，增大帶寬可降低信噪比，提高信噪比必須壓縮帶寬。因此，抗干擾為主要矛盾時，可擴展頻帶換取低信噪比下接收，調頻與擴頻均基於這一原理。頻帶為主要矛盾時，則可用信噪比換取頻帶，多進制、多電平傳輸均基於這一原理。
信噪比與噪聲
衡量指標
信噪比是音響界公認的衡量音響器材質量水準的一個重要指標，幾乎所有的電聲器材都會標註這個指標，沒有這個指標的器材，要麼是一些特製的專用器材設備，要麼就是不正規的產品。信噪比、失真率、頻率響應這三個指標是音響器材的"基礎指標"或"基本特性"，我們在評價一件音響器材或者一個系統水準之前，必須先要考核這三項指標，這三項指標中的任何一項不合格，都說明該器材或者系統存在着比較重大的缺陷。信噪比作為設備、系統的基礎指標之一，必須得到應有的高度重視。
噪聲的種類
在一個音響系統中，由於信號是串聯的，因此一件設備的噪聲會進入下面的設備中被放大，所以系統最後的噪聲是系統中所有設備噪聲的累加。但是，當我們了解了系統中每一件器材的信噪比指標後，是否就可以確定整個系統的信噪比指標了呢?不，遠遠不能。這就要從噪聲的來源和種類說起了。
噪聲的來源
我們把噪聲的來源分為內部和外部兩種，由於實驗室的測試條件通常都十分優越，所以在這種條件下測試的信噪比指標實際是設備內部噪聲的反應，內部噪聲主要是由於電路設計、製造工藝等因素，由設備自身產生的，而外部噪聲是由設備所在的電子環境和物理化學環境(自然環境)所造成的，外部噪聲是不可能反映在信噪比指標中的。這一點通常會被很多人所忽略，經常聽到有人說:這唱機的信噪比指標不是挺高的嗎?怎麼聽起來噪音這麼大，騙人的吧……。這就是沒有搞清楚信噪比指標含義所造成的誤解。
外部噪聲通常被稱為"干擾"，這種干擾可能是電磁干擾，也可能是機械振動干擾，也可能來自溫度變化的干擾……總之，都不是器材自身產生的。於是此時另一個不太起眼的指標凸現出了它的意義-電磁兼容性。
電磁兼容性有兩個層次的含義，一是設備在運行時不會對其它設備產生干擾，二是耐受干擾的能力強，在一定的外界干擾下仍能正常工作。第一層意思容易理解，而第二層意思對於音響設備來說，還有更進一步的含義，那就是如何定義"正常工作狀態"。這個正常工作不應該僅僅是"出聲就好"，還應該是保證一定的性能指標，這其中就包括有信噪比。也就是說，一個電磁兼容性能優良的設備器材，在一定的外界干擾條件下，其信噪比指標不應該有明顯的劣化。
實際上，很多音響產品在電路設計中都有"電磁兼容"的影子，比如在電源輸入端設計濾波器、壓敏電阻，外殼採用金屬材料，內部信號線採用屏蔽線等等，實踐證明，這些措施對於抑制干擾有很大的作用。
噪聲的三種來源
噪聲的來源很複雜，我們可以把它們大致歸結為三種，第一種是元器件產生的固有噪聲，電路中幾乎所有的元器件在工作時都會產生一定的噪聲，晶體管、電阻、電容，這種噪聲是連續的，基本上是固定不變的，並且頻譜分布很廣泛，這種噪聲除了改進元器件的材料和生產工藝外，幾乎沒有任何辦法消除，也就是說，這種噪聲幾乎可以不用實驗，在圖紙上進行計算就可以推算出來。好在現在很多優質元器件的固有噪聲都很小，在設計電路時選擇優質元器件就可以把這種噪聲壓制到非常小的水平，小到我們根本不會聽見。
第二種噪聲來源於電路本身的設計失誤或者安裝工藝上的缺陷，電路設計失誤往往會導致電路的輕微自激(一種自由振盪狀態)，這種自激一般在我們可以聽到的聲音範圍之外，但是在某些特定條件下它們會對聲音的中高頻產生斷續的影響，從而產生噪聲。安裝工藝失誤就稍微複雜一些，比如接插件接觸不良，接觸表面形成二極管效應或者接觸電阻隨溫度、振動等影響發生變化而導致信號傳輸特性變化，產生噪聲。還有元器件排布上的失誤，將高熱的元器件排布在對溫度敏感的元器件旁邊，或者將一些有輕微振動的元器件放在對振動敏感的元器件旁邊，或者沒有足夠的避震措施……等等這些，都會產生一定的噪聲。這些噪聲可以說都是人為造成的，對於經驗豐富的電子設計師來說，這些噪聲都是可以避免或者大大減輕的。
第三種噪聲則是非常廣泛的，也是經常被提起的干擾噪聲。這種噪聲來源很複雜，主要包括幾個方面:
空間輻射干擾噪聲:任何導體通過交變電流的時候都會引起周圍電場強度的變化，這種變化就是電場輻射，同樣，像變壓器這樣的磁體也會引起周圍磁場強度的交替變化。我們知道，交變電場和磁場中的閉合導體會產生和電場磁場變化頻率相同的交變電流，也叫感應電流。音響設備中所有的元器件、導線、電路板上的銅箔都是電導體，因此不可避免地會產生感應電流。這種感應電流疊加在信號中就會產生噪聲。
線路串擾噪聲:某些電氣設備會產生干擾信號，這些干擾信號通過電源、信號線等線路直接竄入音響設備中。
傳輸噪聲:這種噪聲是信號在傳輸過程中由於傳輸介質的問題產生的，比如接插件的接觸不良、信號線材質不佳、地電流串擾等等。其中，地電流串擾是經常容易被忽視的問題。由於民用音響器材大多採用非平衡傳輸方式，信號線的外屏蔽層實際上也參與的信號的傳輸，通常屏蔽層與音響器材的"地"連接，大多數音響器材的地是和設備的外殼相連的，並且和住宅供電線路提供的"大地"相連接。在正常情況下，住宅供電的大地是非常理想的，它使得所有連接線路的"地"都是平等的。但是，一旦這個接地出現故障，甚至某些不負責任的電力公司將這個地與市電的"零線"連接，就會出現問題了。此時消耗功率大的器材的"地"電壓比別的器材要"高一點"，比且這個高低 的差別還會隨着消耗功率的大小發生變化，我們知道，一般的音頻信號線中傳輸的信號是很微弱的，這變化則足以使得信號線中傳輸的信號產生很大的變化。這變化除了產生失真外，也包含了一定的噪聲。並且，由於接地不良，空間輻射對於信號傳輸的影響也會加劇。
噪聲的表現
前面我們對噪聲有了一些了解，那麼我們如何來分辨這麼多種類的噪聲呢?當然是靠聽了。我這裡總結一下我們經常聽到的噪聲以及它們的來源:
穩定的噝噝聲或沙沙聲:這是放大器電路元器件產生的固有噪聲，一般非常輕微而且穩定，不會隨着音量調節而變化。除了改變放大器的電路設計，這種噪聲無法消除。
嗡聲:這是通常所說的"交流聲"，來源非常複雜，器材工藝設計的不合理、連接線纜的屏蔽能力等都會產生這樣的聲音。有時，供電電壓過低導致內部電路工作不正常也會產生交流聲。
噼啪聲:所謂的放電聲，器材內部積累灰塵過多是產生這種聲音的主要原因。有時元器件超過使用壽命而失效也會產生這種聲音。遇上這種情況應該立即修理檢查，否則有可能產生更大的問題。
流水聲:這是一種高頻自激的現象，是電路設計不良造成的，屬於質量問題。
嘯叫聲、汽船聲:典型的高頻、低頻自激，應該馬上關閉你的系統電源，檢查器材之間的連接是否有誤。
偶爾的滋滋聲:交流供電線路的串擾。當交流電的供電質量非常糟糕的時候，也會產生這種現象。
噗噗聲:內部元器件出現故障的現象。
廣播聲:電路設計不良，放大器的開環頻響很差，非線性失真嚴重，並且沒有進行適當的處理就會產生這種現象。這種現象往往是設計者片面追逐過寬的閉環頻響，而放大器電路本身開環性能不良產生矛盾造成的。這種情況很多時候會引發高頻自激，嚴重時會導致喇叭或者耳機燒毀。
對音質的影響
噪聲對於音質的影響，尤其是對於主觀音質評價的影響是非常大的，有時會起到決定性的作用。音響行業從模擬音頻向數字音頻進化的一個主要目的就是提高信噪比，減少噪聲。盒式磁帶錄音機的信噪比指標約為-20~40dB，採用杜比降噪技術後最大可達到-67dB，LP唱片約為-30~50dB，開盤式磁帶錄音機約為-50~60dB，一般的CD唱機則可以達到-90~110dB，而最新的DVD-A和SACD可以達到-120dB以上，從這個進步上看，音響行業對於信噪比指標式十分看重的。
噪聲對於音質的表現主要有幾個方面:
一是過大的噪聲會嚴重干擾聽音者對音樂本身的關注，這是對於那些幅度很大的噪聲信號而言的，這情形就像聽音樂會時你了鄰座不斷大聲聊天、手機亂響、磕瓜子劈劈啪啪，在這種環境下聽音樂，聽者不會有好心情的。
二是噪聲會影響音樂細節的再現。我們知道，人耳的聽覺具有"遮蔽效應"，在遮蔽效應中，除了強音對於弱音具有"屏蔽作用"外，還包括另一個現象，就是當兩個聲音的響度相差不大的時候，往往我們會把這兩種聲音混淆在一起，或者會感到出現時間比較長的那個聲音的存在，出現時間短的聲音就會弱化。正常情況下，噪聲電平通常都不高，而音樂中的某些細節和噪聲電平相當，這樣，這些細節就會被"淹沒在噪聲的海洋中"，使得我們無法感受到它們。而這些細節(也稱為弱信號)在聲音重播環節中往往起到非常微妙的作用，我們所謂的"臨場感""空氣感""堂音""泛音"等等主觀音質中的元素就靠它們來實現，沒有了它們"高保真"的效果就會大打折扣。
三是某些類型的噪聲時系統故障的先兆或者誘因，如果不及時解決和避免，可能對系統的安全造成隱患，這一點前面前面已經有所說明了，這裡不再贅述。
此外，很多時候，噪聲並不是孤立的，信噪比指標的不好有可能暗示着器材設計上的失誤，這一點對於設計者來說很重要。
噪聲消除措施
對於一般的消費者來說，是不可能消除器材本身的固有噪聲的，遇上這種情況除了更換器材沒有其它方法。但是，對於外部干擾，我們是可以用一些辦法解決的:
電磁屏蔽:對於空間輻射干擾，我們可以選擇金屬質地的機櫃來承載我們的系統，並且將金屬機櫃有效接地，就可以抵擋很多空間輻射。此外，對信號線、電源線也採取特殊的屏蔽處理，可以有效消除電子輻射干擾。對於那些漏磁比較嚴重的器材，我們可以將其放到距離其它器材較遠的地方，或者加一個鐵製機櫃包起來，也可以大大消除磁場輻射。
淨化電源:對於從供電線路中竄入的干擾信號，採用交流淨化電源是個非常有效的方法，這種電源分為有源和無源兩種形式，前者兼具交流穩壓作用，除了可以濾除干擾外，還可以穩定供電電壓，保證器材的正常工作狀態。後者僅僅起到濾除干擾的作用，通常是以電源插座的形式出現，如果家中供電電壓比較穩定，這樣的電源淨化器也有不錯的效果。某些交流淨化電源除了穩壓濾波作用外，還有功率因數補償、波形校正的功能，這種淨化電源是最理想的電源淨化設備，可惜價格不菲，一般人難以接受。
牢靠連接:採用高質量的接插件，保證信號線接頭部位接觸良好。
保養維護:愛惜你的器材，不要讓它們長期工作在惡劣的環境下。總之，你去看看使用說明書，廠家的提示一般都說得非常清楚了。