Fast jeder der sich mit Audio beschäftigt kennt das. Obwohl man eigentlich kein Signal überträgt ist da immer ein Rauschen zu hören oder zu sehen. Durch was entsteht dieses Rauschen?
Die richtige Antwort
Grundsätzlich, Rauschen sind Spannungen, die in elektronischen Bauelementen entstehen. Darunter fallen Widerständen, Transistoren, Röhren und auch normale Leitungen. Rauschspannungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie aus einer großen Anzahl sehr dicht beieinander liegenden Frequenzen bestehen, die von 0 Hz bis zu mehreren GHz reichen können.
In Widerständen entstehen Rauschspannungen durch einen unregelmäßigen, wärmeabhängigen Stromfluss innerhalb dessen Kristallstruktur. In Halbleitern ist es etwas komplizierter. Man spricht aber auch von Funkelrauschen, dessen Ursache in der plötzlichen Veränderung der Sperrschicht besteht.
Diverse Quellen. zBsp thermisches Rauschen der Bauteile im Verstäker oder Einstrallungen von anderen Geräten welche im Verstärkerpfad noch verstärkt werden
rauschen des meeres kommt davon, dass sich wellen überschlagen und dann eine art rauschen bildet…
Zum einen gibts Einstreuungen durch Leitungen die in der näheren Umgebung verlaufen, die strahlen ab. Das plus schlechte Filter können so auch as lästige 50Hz-Brummen verursachen.
Das schalten jeglicher Geräte (und auch das Schalten in Schaltnetzteilen) sorgt für Einstreuungen in die Leitungen die auch für Rauschen sorgen können.
Hintergrundstrahlung aus dem All ist überall vertreten, sie sorgt für White Noise – den Ameisen auf dem Fernseher. Vor allem Antennen sind davon betroffen.
Darüberhinaus kann jegliche Funkübertagung für Störungen sorgen. Sie werden refklektiert, absorbiert, gestaucht und gestreckt, etc. und die Summe aller kann dann als Rauschen wahrgenommen werden wenn sie verstärkt wird. Sie „verpesten“ quasi die Luft. Darunter fallen auch Datenübertragungen wie WLAN oder Handyfunk, der ja für den Menschen keinen sinnvollen Sound darstellt. Man merkt das wenn man sein Handy neben einem schlecht geschirmten Aktivlautsprecher nutzt…
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Eine ganz andere Rauschart ist z.B. das Quantisierungrauschen eines abgetasteten Systems, wie z.B. ein AD-Wandler. So rauscht ein AD-Wandler mit dem Spannungswert um ein 1 Bit, oder anders gesagt, der Signal/Rausch-Abstand ergibt sich von der Aufloesung. Ein 12 Bit AD-Wandler hat ein Quantisierungs-Signal/Rausch-Abstand (Signal-S/N-Ratio) von etwa 72 dB. Warum? 1 Bit Abstand bedeutet einen Pegenunterschied von 2 zu 1 und das sind 6 dB. Es gilt
6 dB/Bit * 12 Bit = 72 dB
Dieses Rauschen ist nicht von der Temperatur abhaengig.
Erzeugung von Rauschsignalen:
Diese kann man bekanntlich ganz leicht erzeugen mit der Emitter/Basis-Durchbruchspannung und anschliessender Verstaerkung. Die gauss’sche Verteilung ist allerdings nicht so optimal wie beim thermisch erzeugten Rauschen.
Andere andere elegante Methode ist die digitale mit rueckgekoppelten Schieberegistern nach dem Prinzip der maximalen Laengensequenz. Man nennt das auch MLS-Generator. Die Zufaelligkeit ist natuerlich nie absolut, jedoch mit einer Bit-Laenge von z.B. 23 Bit betraegt die Sequenslaenge immerhin (2^23)-1 und das sind mehr als 8’000’000 Takte. Eine nachtraegliche Tiefpassfilterung liefert meist ein ausreichend gutes Rauschsignal.
Nun noch etwas ueber das kosmische Hintergrundrauschen, der 2.7K-Hintergrundstrahlung, die das Restglimmen der einstigen enormen Hitze des Kosmos unmittelbar nach dem Ende der (theoretischen) Singulariaet repraesentiert. Darueber liest man in der Einfuehrung zum Elektronik-Minikurs ganz wenig in:
„Rauschdämpfung mit Tiefpassfilter“
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/noise1.htm
Siehe Kapitel „Rauschen, immer und überall“.
Es hat zwei interessante (Radio-)Astronomie-Links…
Gruss
Thomas 😀 😀 😀
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Mein ELKO-Buch ueber Opamp und Instumentation-Amplifier:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/index.htm#my_literatur
http://www.elektronik-kompendium.de/shop/buecher/operationsverstaerker-und-instrumentationsverstaerker