Wir haben gerade einen Kommunikationskurs am College begonnen und sind auf das SN-Verhältnis gestoßen. Folgendes ist eine Unklarheit, mit der ich konfrontiert bin, die mein Professor nicht lösen kann:
Das Signal-Rausch-Verhältnis ist das Verhältnis von Signalleistung zu Rauschleistung. Sie wird oft in Dezibel angegeben. Aber es ist ein Verhältnis von zwei ähnlichen Größen, also muss es keine Einheit haben, oder? Warum verwenden wir dann Dezibel?
Wenn jemand diese Frage beantworten oder Links zu Ressourcen bereitstellen könnte, die sie lösen, wäre ich sehr dankbar.
PS: Ich habe Google und Wikipedia ausprobiert, aber ich konnte nichts Spezielles dazu finden.
Um ein Verhältnis in dB auszudrücken, muss das Verhältnis einheitenlos sein, da der Logarithmus des Verhältnisses genommen werden muss, also bin ich mir nicht sicher, ob ich verstehe, warum Sie verwirrt sind, dass wir dB verwenden.
dB wird häufig verwendet, um einheitenlose Verhältnisse auszudrücken, gerade wegen der Eigenschaften des Logarithmus.
Beispielsweise wird aus Multiplikation Addition, aus Division Subtraktion.
Da das Signal um viele Größenordnungen größer sein kann als das Rauschen, ist es bequemer, das SNR mit beispielsweise 50 dB anstelle von 100.000 auszudrücken.
Ich bin verwirrt, denn wie Sie sagten, ist SNR ein Verhältnis ohne Einheit, aber gleichzeitig drücken wir es in dB aus ... Wenn das Verhältnis und sein Logarithmus beide keine Einheit haben, was ist dann dB? ".
Der Ausdruck „das SNR beträgt 50 dB“ entspricht „das 10-fache des Logarithmus des Verhältnisses der Signalleistung zur Rauschleistung ist gleich 50“.
Das dB ist keine Dimensionseinheit wie eine Längen- oder Zeiteinheit, es ist eine dimensionslose Einheit .
Die Zahl x ist ebenso eine reine Zahl wie die Zahl obwohl wir sagen könnten, dass " y nur x ist, ausgedrückt in dB".
Dezibel ist keine "Einheit" im Sinne von Meter, Netwons, Sekunden usw. Es ist wie Prozent, Dutzend, Teile pro Million und dergleichen. Das sind alles Möglichkeiten, dimensionslose Zahlen auszudrücken. Dezibel sind zufällig eine Möglichkeit, Werte auf einer logarithmischen Skala auszudrücken, aber das ändert nichts an der Tatsache, dass nichts falsch daran ist, verschiedene "Einheiten" für dimensionslose Größen zu haben.
In ähnlicher Weise sollte das Bogenmaß keine Einheit haben, wird aber dennoch rad
zur Verdeutlichung ausgedrückt.
Genauer gesagt wird SNR in dB gemessen, da dB für die Situation geeignet sind. dB sind für die Situation praktisch, da die Unterschiede von Signal und Rauschen einen großen Dynamikbereich haben können, dh klein oder sehr groß sein können.
Das SNR eines 100000-V-Signals mit 1-V-Rauschen ist also 100000. Wir nehmen den Logarithmus dieser Zahl und kommen zu 10*log(100000) = 50dB
. Eine viel schönere Nummer.
Oder so etwas.
Zusammenfassend die Diskussion in den Kommentaren, Mengen können sein
Es wurde behauptet, dass das Addieren von Mengen, ausgedrückt in verschiedenen Einheiten, immer bedeutungslos ist . Das ist das gleiche, was ich gedacht habe, aber vielleicht eine Vereinfachung für die jungen Lernenden, die gerade in das Feld einsteigen. IMHO sollten Supercat oder Kriss dieses Thema als separate (ausgezeichnete!) Frage stellen.
Dezibel sind manchmal eine bequemere "Einheit", mit der man arbeiten kann.
Die gleiche Frage gilt für die Spannungsverstärkung eines Operationsverstärkers - die Tendenz besteht darin, die Open-Loop-Verstärkung in Dezibel anzugeben. Dito Closed-Loop-Verstärkung.
Dasselbe gilt für Filter - Tiefpassfilter (zum Beispiel) haben eine "Verstärkungs"-Reduktion mit zunehmender Frequenz, und dies wird normalerweise als "so viele" dB pro Oktave oder Dekade ausgedrückt.
Vieles wird in Dezibel angegeben.
BEARBEITEN
Das Dezibel ist keine Einheit wie Watt, Ohm, Volt oder Ampere. Es erinnert daran, dass die Zahl davor auf eine bestimmte Weise abgeleitet wird. Ein anderes Beispiel ist die wissenschaftliche Notation wie die Zahl 5000 – sie kann als 5E3 ausgedrückt werden – dies bedeutet nicht, dass E3 eine Einheit irgendeines Typs ist.
Gleiches gilt für das "k" in 10k Widerstand - "k" ist nicht Teil der Einheit. Es sagt uns, dass die Anzahl der Ohm 10 x 1000 ist.
Wie Sie klar gesagt haben, werden Dezibel verwendet, um die Beziehung zwischen zwei Signalen zu quantifizieren. Sie sind relativ, nicht absolut. Zu sagen, dass ein Sender 1 dB Ausgangsleistung hat, ist bedeutungslos. Daher muss es auf eine andere Einheit referenziert werden. Beispielsweise ist 1 dBm 1 dB in Bezug auf 1 Milliwatt.
Im Fall von Signal-Rausch-Verhältnissen ist das dB das einzige, was sinnvoll zu verwenden ist. Typischerweise liegt ein Signal in HF- oder anderen Anwendungen viel über dem Rauschen, Hunderttausende oder Millionen Mal stärker. In diesem Fall ist es einfacher und kürzer zu schreiben, dass es 60 dB höher ist als 1000000, da leicht ein Fehler gemacht werden könnte.
Es ist eine bestimmte Übertragungsfunktion, es hängt wirklich von der Anwendung ab. Wie bei der Schaltungsanalyse für Operationsverstärker kümmern wir uns oft um das Signal-Rausch-Verhältnis der Spannung. Es könnte also V/V oder A/A oder eine Mischung aus beiden sein.
Dezibel werden oft verwendet, um die Amplitude oder Frequenz der Signalverstärkung und -dämpfung genauer zu betrachten
Es ist eine logarithmische Einheit, eine abstrakte mathematische Einheit (keine physikalischen Einheiten)
Ohm zum Beispiel ist ein Maß für Spannung/Strom, es ist dimensionslos.
Ich denke, das Problem hier ist, dass das OP Einheiten mit Größe verwechselt. Wenn ich sage, dass die Verstärkung eines Verstärkers 1000 oder 60 dB beträgt, drücke ich einfach die Größe der Verstärkung auf zwei verschiedene Arten aus. In beiden Fällen gibt es keine Einheiten, da die Verstärkung normalerweise Volt pro Volt (oder Ampere pro Ampere usw.) ist. dB sind nur eine andere Art, die Größe einer Zahl auszudrücken. Sie sind sehr praktisch für die Verwendung mit Zahlen, die sehr groß oder sehr klein sein können. Wie bereits erwähnt, ist es viel bequemer, 0,00001 als -100 dB oder 1.000.000 als 120 dB auszudrücken. Beide Ausdrücke sind einfach Zahlengrößen. Es sind keine Einheiten beteiligt.
Ich denke gerne so, um Ihre Mehrdeutigkeit zu lösen:
Dezibel (dB) sind ein "angemessenes" Maß dafür, wie viel eine Größe größer oder kleiner als andere ist. Bei Signal-Rausch-Verhältnissen sind Sie bereit zu wissen, um wie viel die Leistung Ihres Signals größer ist als die Leistung des Rauschens. Wenn Sie rechnen, erhalten Sie am Ende Dinge wie (Psignal / Pnoise) = 100000, was umständlich ist. Hier kommt die ehrwürdige Protokollfunktion, die es in etwas wie folgt umwandelt:
10*log(100000) = 50dB
Es ist eine bequeme und gesegnete Notation. Nur das.
Ich stelle mir das gerne so vor, dass ein Dezibel keine Einheit ist, sondern eine Funktion. (Diese Idee stammt nicht von mir – ich habe sie irgendwann in einer Zeitung gelesen, die ich im Moment nicht finden kann.) Reguläre Einheiten wie Meter, Sekunden und Coulomb verhalten sich wie irreduzible Konstanten, die mit rein multipliziert werden Zahlen. Sogar Dinge wie % und Bogenmaß können in der Dimensionsanalyse als multiplizierende Konstanten behandelt werden, wobei %=0,01 und Bogenmaß=1. Aber Dezibel sind anders. Wenn Ihnen jemand sagt, dass ein Leistungsverhältnis gleich "3 dB" ist, sagen sie in Wirklichkeit, dass das Verhältnis gleich ist , oder ungefähr 2. Anstatt also "PR = 3 dB" zu schreiben, sollten wir wohl "PR = dB(3)" schreiben, wobei . Und aus den gleichen Gründen, aus denen Sie im Allgemeinen keine Exponentiale und Logarithmen von irgendetwas anderem als einer reinen Zahl nehmen, nehmen Sie auch dB() von nichts anderem als einer reinen Zahl.
Fahrenheit und Celsius Grad sind ähnlich. Keine verhält sich wie eine reguläre Einheit in der Dimensionsanalyse, sie verhalten sich wie Funktionen. "10 ° C" sollte also eigentlich ° C (10) sein, wo , wo ist Kelvin. (Kelvin ist eine reguläre Einheit.) Und "32 degF" sollte eigentlich degF(32) sein, wobei .
Die andere Falte mit dB ist, dass die Leute oft sagen, dass die "Amplitude" eines Signals "x dB" ist. Sie bedeuten, dass die Leistung des Signals dB(x)-mal höher ist als die Leistung in einem Referenzsignal. So verwenden Audioingenieure beispielsweise „dBV“, um die Leistung in einem Signal relativ zur Leistung in einer 1-V-Sinuswelle zu bezeichnen. Da die mittlere Leistung gleich dem Quadrat der RMS-Amplitude ist, bedeutet dies Folgendes
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