Rauschen (Physik)
Breitbandiges Signal mit zufälligem Amplitudenverlauf. In der Nachrichtentechnik unterscheidet man zwischen prinzipiell vermeidbarem Rauschen aus künstlichen Quellen und dem allgegenwärtigen Hintergrundrauschen (thermisches oder Johnson-Rauschen).
Signal-Rausch-Verhältnis
Je breitbandiger der Sender, desto mehr Rauschen überträgt er neben dem Nutzsignal. Ein wichtiger Parameter bei der Signalübertragung ist deswegen das Signal-Rausch-Verhältnis. Es wird meist in dezibel (dB) angegeben und bezeichnet das logarithmierte Verhältnis von Signal- zu Rauschleistung.
Für digitale Signale ist ein SR von 15 dB noch ausreichend, während die verständliche Übertragung menschlicher Sprache mindestens ein SR von 20 dB erfordert.
Arten von Rauschen
Nach der Charakteristik ihres Frequenzspektrums lassen sich verschiedene Arten von Rauschen unterscheiden:
- Funkelrauschen, Rosa Rauschen (spektrale Energiedichte reziprok zur Frequenz f)
- Weißes Rauschen (spektrale Energiedichte unabhängig von Frequenz)
- Farbiges Rauschen (spektrale Energiedichte frequenzabhängig)
In der Praxis betrachtet man die Eigenschaften innerhalb von gewünschten Frequenzbereich..
Rauschunterdrückung
Zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses gibt es unter anderem in der Audio- oder Videotechnik verschiedene Verfahren zur Rauschunterdrückung. Rauschminderungsverfahren für die Magnetband-Aufzeichnung sind: dbx, Dolby A, Dolby B, Dolby C, Dolby SR, Telcom C4.
Erzeugung von Rauschen
Rauschen erzeugen kann man mit einem analogen Rauschgenerator oder mit einem Zufallszahlengenerator. Dabei kann man auch die Frequenzcharakteristik festlegen.
Anwendung von Rauschen
- In der Kryptographie werden Rausch-Signale als Hilfsmittel zur Erzeugung zufälliger Schlüssel eingesetzt.
- In der Verstärkertechnik wird Rauschen zum Prüfen der Übertragungseigenschaften verwendet
- In Schiffbau-Versuchsanstalten wird irregulärer (natürlicher) Seegang, der nichts anderes ist als Farbiges Rauschen, im Frequenzbereich z.B. aus einem JONSWAP-Spektrum und Zufallsphasen generiert, mit der Übertragungsfunktion (RAO) der Wellenmaschine beaufschlagt, in den Zeitbereich transformiert und als Steuersignal in die Wellenmaschine eingeleitet.
- Weißes Rauschen aus Lautsprechern gilt als probates Mittel, dass Lärm als weniger laut und störend empfunden wird, und hat gegenüber ANC (active noise cancellation) den Vorteil, dass die räumliche Anordnung von Lärmquelle, Lärm bekämpfender Schallquelle und menschlichem Ohr keine Rolle spielt.
- Weißes Rauschen ist Bestandteil der Nerven-Therapie Biofeedback: Der entspannt liegende Patient wird per Kopfhörer weißem Rauschen ausgesetzt, dessen Lautstärke von seinen Atembewegungen verändert wird. Die Wirksamkeit dieser Methode kann bezweifelt werden.
Referenzen
Siehe auch: Rotes Rauschen, Braunes Rauschen, Fouriertransformation, Rauschzahl, Signalmittelung