信噪比(SNR or S/N)

迈不过友情╰ 2022-10-01 07:54 363阅读 0赞

# 信噪比(SNR or S/N) #

信噪比(SNR or S/N)，即放大器的输出信号的功率，与同时输出的噪声功率的比值，常常用分贝数表示。设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，声音回放的音质量越高，否则相反。

信噪比是音箱回放的正常声音信号与无信号时噪声信号(功率)的比值。用dB表示。例如，某音箱的信噪比为80dB，即输出信号功率比噪音功率大80dB。信噪比数值越高，噪音越小。

“噪声”的简单定义就是：“在处理过程中设备自行产生的信号”，这些信号与输入信号无关。对于MP3播放器来说，信噪比都是一个比较重要的参数，它指音源产生最大不失真声音信号强度与同时发出噪音强度之间的比率称为信号噪声比，简称信噪比(Signal/Noise)，通常以S/N表示，单位为分贝(dB)。对于播放器来说，该值当然越大越好。

它也指在规定输入电压下的输出信号电压与输入电压切断时，输出所残留之杂音电压之比，也可看成是最大不失真声音信号强度与同时发出的噪音强度之间的比率，通常以S/N表示。一般用分贝(dB)为单位，信噪比越高表示音频产品越好，常见产品都选择60dB以上。

国际电工委员会对信噪比的最低要求是前置放大器大于等于63dB，后级放大器大于等于86dB，合并式放大器大于等于63dB。合并式放大器信噪比的最佳值应大于90dB，CD机的信噪比可达90dB以上，高档的更可达110dB以上。信噪比低时，小信号输入时噪音严重，整个音域的声音明显感觉是混浊不清，所以信噪比低于80dB的音箱不建议购买，而低于70dB的低音炮同样原因不建议购买。

收音机听广播或录音机放音乐时，扬声器里除了广播声和音乐声外，总还含有各种杂声。这些杂声有的是雷电、电机、电器设备等产生的干扰；有的是电声设备本身的元件、器件产生的。所有这些杂声都称之为噪声。噪声越小，广播和音乐听起来就越清晰。为了衡量电声设备的质量，常用“信噪比”这个技术指标。所谓信噪比就是指有用信号功率S和噪声功率N的比值，记作S/N。

由于噪声总是混在有用信号中难以分开和完全消除的，当放大器把有用信号放大时，噪声信号也被一起放大，所以单用有用信号功率值或噪声信号功率值都不能确切地反映出电声设备的质量。例如：有一台收音机甲，它的有用信号输出功率是500毫瓦，噪声功率是5毫瓦，两者相差一百倍，收听广播很清晰。另一台收音机乙，它的有用信号输出功率是1000毫瓦，噪声功率是500毫瓦，和有用信号相差无几，结果有用信号被淹没在噪声中，什么也听不清。虽然后者的输出功率比前者大，但因为“信噪比”底于前者，所以质量大不如前者。可见衡量它们收放音的效果，用信噪比是非常说明问题的。信噪比S/N愈大，说明收听效果好、清晰。

人的耳朵有一种奇特的特性，它对声音的响度的感觉是与输出音频功率的对数成正比的。为了适应这个特点，信噪比的大小也是用有用信号功率(或电压)和噪声功率(或电压)比值的对数来表示的。这样计算出来的单位称为"贝尔"。实用中因为贝尔这个单位太大，所以用它的十分之一做计算单位，称为"分贝"。如果收音机甲的信噪比是20分贝，收音机乙信噪比只有3分贝。所以甲的性能比乙好。

通过计算公式发现，信噪比不是一个固定的数值，它应该随着输入信号的变化而变化，如果噪声固定的话，显然输入信号的幅度越高信噪比就越高。显然，这种变化着的参数是不能用来作为一个衡量标准的，要想让它成为一种衡量标准，就必须使它成为一个定值。于是，作为器材设备的一个参数，信噪比被定义为了"在设备最大不失真输出功率下信号与噪声的比率"，这样，所有设备的信噪比指标的测量方式就被统一起来，大家可以在同一种测量条件下进行比较了。信噪比通常不是直接进行测量的，而是通过测量噪声信号的幅度换算出来的，通常的方法是：给放大器一个标准信号，通常是0.775Vrms或2Vp-p@1kHz，调整放大器的放大倍数使其达到最大不失真输出功率或幅度(失真的范围由厂家决定,通常是10%，也有1%)，记下此时放大器的输出幅Vs，然后撤除输入信号，测量此时出现在输出端的噪声电压，记为Vn，再根据20LOG(Vs/Vn)就可以计算出信噪比了。

这样的测量方式完全可以体现设备的性能了。但是，实践中发现，这种测量方式很多时候会出现误差，某些信噪比测量指标高的放大器，实际听起来噪声比指标低的放大器还要大。经过研究发现，这不是测量方法本身的错误，而是这种测量方法没有考虑到人的耳朵对于不同频率的声音敏感性是不同的，同样多的噪声，如果都是集中在几百到几千Hz，和集中在20KHz以上是完全不同的效果，后者我们可能根本就察觉不到。因此就引入了一个"权"的概念。这是一个统计学上的概念，它的核心思想是，在进行统计的时候，应该将有效的、有用的数据进行保留，而无效和无用的数据应该尽量排除，使得统计结果接近最准确，每个统计数据都由一个"权"，"权"越高越有用，"权"越低就越无用，毫无用处的数据的"权"为0。于是，经过一系列测试和研究，科学家们找到了一条"通用等响度曲线"，这个曲线代表的是人耳对于不同频率的声音的灵敏度的差异，将这个曲线引入信噪比计算方法后，信噪比指标就和人耳感受的结果更为接近了。噪声中对人耳影响最大的频段"权"最高，而人耳根本听不到的频段的"权"为0。这种计算方式被称为"A计权"，已经称为音响行业中普遍采用的计算方式。

## 与噪声的关系 ##

噪声的种类、来源及电磁兼容

在一个音响系统中，由于信号是串联的，因此一件设备的噪声会进入下面的设备中被放大，所以系统最后的噪声是系统中所有设备噪声的累加。但是，当了解了系统中每一件器材的信噪比指标后，是否就可以确定整个系统的信噪比指标了呢？不，远远不能。这就要从噪声的来源和种类说起了。

把噪声的来源分为内部和外部两种，由于实验室的测试条件通常都十分优越，所以在这种条件下测试的信噪比指标实际是设备内部噪声的反应，内部噪声主要是由于电路设计、制造工艺等因素，由设备自身产生的，而外部噪声是由设备所在的电子环境和物理化学环境(自然环境)所造成的，外部噪声是不可能反映在信噪比指标中的。这一点通常会被很多人所忽略，经常听到有人说:这唱机的信噪比指标不是挺高的吗？这就是没有搞清楚信噪比指标含义所造成的误解。

外部噪声通常被称为"干扰"，这种干扰可能是电磁干扰，也可能是机械振动干扰，也可能来自温度变化的干扰……总之，都不是器材自身产生的。于是此时另一个不太起眼的指标凸现出了它的意义：电磁兼容性。

电磁兼容性有两个层次的含义，一是设备在运行时不会对其它设备产生干扰，二是耐受干扰的能力强，在一定的外界干扰下仍能正常工作。第一层意思容易理解，而第二层意思对于音响设备来说，还有更进一步的含义，那就是如何定义"正常工作状态"。这个正常工作不应该仅仅是"出声就好"，还应该是保证一定的性能指标，这其中就包括有信噪比。也就是所，一个电磁兼容性能优良的设备器材，在一定的外界干扰条件下，其信噪比指标不应该有明显的劣化。

实际上，很多音响产品在电路设计中都有"电磁兼容"的影子，比如在电源输入端设计滤波器、压敏电阻，外壳采用金属材料，内部信号线采用屏蔽线等等，实践证明，这些措施对于抑制干扰有很大的作用。

噪声的来源很复杂，可以把它们大致归结为三种，一种是元器件产生的固有噪声，电路中几乎所有的元器件在工作时都会产生一定的噪声，晶体管、电阻、电容，这种噪声是连续的，基本上是固定不变的，并且频谱分布很广泛，这种噪声除了改进元器件的材料和生产工艺外，几乎没有任何办法消除，也就是说，这种噪声几乎可以不用实验，在图纸上进行计算就可以推算出来。好在现在很多优质元器件的固有噪声都很小，在设计电路时选择优质元器件就可以把这种噪声压制到非常小的水平，小到我们根本不会听见。

第二种噪声来源于电路本身的设计失误或者安装工艺上的缺陷，电路设计失误往往会导致电路的轻微自激(一种自由振荡状态)，这种自激一般在可以听到的声音范围之外，但是在某些特定条件下它们会对声音的中高频产生断续的影响，从而产生噪声。安装工艺失误就稍微复杂一些，比如接插件接触不良，接触表面形成二极管效应或者接触电阻随温度、振动等影响发生变化而导致信号传输特性变化，产生噪声。还有元器件排布上的失误，将高热的元器件排布在对温度敏感的元器件旁边，或者将一些有轻微振动的元器件放在对振动敏感的元器件旁边，或者没有足够的避震措施……等等这些，都会产生一定的噪声。这些噪声可以说都是人为造成的，对于经验丰富的电子设计师来说，这些噪声都是可以避免或者大大减轻的。

第三种噪声则是非常广泛的，也是经常被提起的干扰噪声。这种噪声来源很复杂，主要包括几个方面:

空间辐射干扰噪声：任何导体通过交变电流的时候都会引起周围电场强度的变化，这种变化就是电场辐射，同样，像变压器这样的磁体也会引起周围磁场强度的交替变化。我们知道，交变电场和磁场中的闭合导体会产生和电场磁场变化频率相同的交变电流，也叫感应电流。音响设备中所有的元器件、导线、电路板上的铜箔都是电导体，因此不可避免地会产生感应电流。这种感应电流叠加在信号中就会产生噪声。

线路串扰噪声：某些电气设备会产生干扰信号，这些干扰信号通过电源、信号线等线路直接窜入音响设备中。

传输噪声：这种噪声是信号在传输过程中由于传输介质的问题产生的，比如接插件的接触不良、信号线材质不佳、地电流串扰等等。其中，地电流串扰是经常容易被忽视的问题。由于民用音响器材大多采用非平衡传输方式，信号线的外屏蔽层实际上也参与的信号的传输，通常屏蔽层与音响器材的"地"连接，大多数音响器材的地是和设备的外壳相连的，并且和住宅供电线路提供的"大地"相连接。在正常情况下，住宅供电的大地是非常理想的，它使得所有连接线路的"地"都是平等的。但是，一旦这个接地出现故障，甚至某些不负责任的电力公司将这个地与市电的"零线"连接，就会出现问题了。此时消耗功率大的器材的"地"电压比别的器材要 "高一点"，比且这个高低的差别还会随着消耗功率的大小发生变化，一般知道，一般的音频信号线中传输的信号是很微弱的，这变化则足以使得信号线中传输的信号产生很大的变化。这变化除了产生失真外，也包含了一定的噪声。并且，由于接地不良，空间辐射对于信号传输的影响也会加剧。

图像信噪比

图像的信噪比应该等于信号与噪声的功率谱之比，但通常功率谱难以计算，有一种方法可以近似估计图像信噪比，即信号与噪声的方差之比。首先计算图像所有象素的局部方差，将局部方差的最大值认为是信号方差，最小值是噪声方差，求出它们的比值，再转成dB数，最后用经验公式修正。

如果是灰度图像的话，SNR=(洁净图片中的像素点的灰度值之和)/abs(噪声图片的灰度值之和\-洁净图片中的灰度值之和)为该图像的信噪比。

在MR图像信噪比中，平均次数增加，可以增加信噪比，但也增回扫描时间；层厚增加，可以增加信噪比，但降低了垂直分辨力；FOV增加，可以增加信噪比，但降低了空间分辨力；相位编码增加，虽降低信噪比，但增加空间分辨力，扫描时间，伪影出现的机率；频率编码增加，降低信噪比，减少磁化伪影，增加空间分辨力；还有部分采集，并行采集技术的应用等等都会有影响的TR越短，信号越差，信噪比就差，但可以减少扫描时间；带宽变窄，信噪比增加。

音频信噪比

音频信噪比是指音响设备播放时，正常声音信号强度与噪声信号强度的比值。当信噪比低，小信号输入时噪音严重，在整个音域的声音明显变得浑浊不清，不知发的是什么音，严重影响音质。信噪比的大小是用有用信号功率(或电压)和噪声功率(或电压)比值的对数来表示的。这样计算出来的单位称为"贝尔"。实用中因为贝尔这个单位太大，所以用它的十分之一做计算单位，称为"分贝"。对于便携式DVD来说，信噪比至少应该在70dB(分贝)以上，才可以考虑。

音频信噪比又指音响系统对音源的重放声与整个系统产生的新的噪声的比值，其噪声主要有热噪声、交流噪声、机械噪声等等。一般检测此项指标以重放信号的额定输出功率与无信号输入时系统噪声输出功率的对数比值分贝(dB)来表示。信噪比越高表示音频产品越好，设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。例如CD机的信噪比可达90dB以上，高档的更可达110dB以上。

网页信噪比

网页信噪比查询信噪比(Signal/Noise)，原是电声学领域中的一个概念，指声音源产生最大不失真声音信号强度与同时发出噪音强度之间的比率。在网页优化中同样存在这样的原理，搜索引擎抓取页面，主要抓取除去html标签后的文本内容，这部分内容可以认为是不失真声音信号，而同时产生的那部分html标签内容，可以被认为是噪音。因此，网页信噪音比，可以这样理解:指网页中的文本内容部分与生成这些文本而产生的html标签内容的比率。声学中，信噪比越高，说明声音信号越清晰，同理，网页信噪比越高，说明页面中纯文本内容相对越多，搜索引擎抓取页面也越容易。提示:减少网页中的图片、flash，将html修饰转化为css样式表，封装css、js等，能大幅度提高网页信噪比，一般来说网页信噪音比小于30%为比较合理。

从卢亮在他的搜索引擎研究中提出了"网页信噪比"理论以后，网页信噪比已经深入人心。 最近看到在很多网页中提到的网页信噪比，其中含义是指网页中的文本内容部分与生成这些文本而产生的html标签内容的比率。我认为这是个狭义的理解，因为搜索引擎在抓取的过程中，会考虑到各种因素，比如网页的实际大小，对于这个问题需要特别强调。虽然在很多的SEO著作中也提到，将flash，css封装等方法，但在网页的实际抓取过程中，并不为此为重要的依据，因为在各种链出中，还是会区分这样的指向，如果用这样的说法就不难解释有些网页以纯文本方式体现的网页和关键字词密度以及大小一样的网页在搜索引擎返回的结果高的原因。并且也能合理结实在一些搜索结果中，关联一个网站的第一页是网站的某个以文字出现的页面，而第二页才是该站的首页。

而另一个现象是，如果在页面中出现的文字和链接没有与实际内容有很大的联系，那么也会减低整体的网页信噪比，这个是在实际过程能体会到的，最真实的例子是:在一次新闻搜索中，顺迈科技的一条新闻和sohu的新闻相冲突，发布时差在5分钟左右，在第二天的搜索结果中，该网页竟然排在了sohu那条新闻的前面，顺迈科技的pr=3，sohu网站为7，新的页面都不该有pr那么，从框架上分析以后，整体是没有大的区别，那么唯一的区别是sohu新闻页面有些文字广告和一个flash广告，由此证明在页面中内容的关联率和排它率在整个网页信噪比中有非常重要意义。

所以广义的网页信噪比的概念应当为：网页中的文本以及各种因素(包括图片，flash，css等链接 )和网页html标签内容的比率。因当将网页信噪比做一个重要的参数指标来策划网站，因为任何因素都有可能导致SEO工作的失败，为了规避这样的风险，因当正确策划整个网站的内容和框架，大量减少图片以及flash的使用以及由此的封装，优化html代码。