Akademik

Rauschen,

 

1) Elektronik: aus der Akustik übernommene Bezeichnung für einen ständigen, aber nicht periodischen Schwingungsvorgang, bei dem über hinreichend große, ansonsten aber beliebige Beobachtungszeiträume immer nahezu die gleiche spektrale Amplitudenverteilung bei statistisch schwankenden Nullphasenwinkeln der Teilschwingungen vorliegt (Schwankungs- oder Rauschvorgang). Rauschvorgänge sind stationäre, ergodische stochastische Vorgänge und als solche mit der brownschen Bewegung verwandt; ihre statistischen Eigenschaften ändern sich nicht mit der Zeit. Da das jeweils vorhandene Rauschen die untere Grenze für die Größe verwertbarer Signale (und allgemein für Messfehler) bestimmt, ist es von großer Bedeutung für die Signalverarbeitung und -übertragung, also z. B. bei Empfangsanlagen, Übertragungskanälen und Verstärkern.

 

In der Elektronik lässt sich das Rauschen nach den unterschiedlichen Ursachen oder Rauschquellen unterscheiden und dabei v. a. danach, ob es bereits am Eingang einer Schaltung vorliegt beziehungsweise empfangen wird (Antennen, Sensoren) oder in der Schaltung oder Anlage selbst erst erzeugt wird. Da jedes Rauschen prinzipiell durch nachfolgende Verstärkerstufen mit verstärkt wird, ist es wichtig, die Eingangsstufen von Verstärkerschaltungen rauscharm zu gestalten. Zu dem Rauschen, das durch Empfangsantennen (insbesondere auch in der Radio- und Radarastronomie) aufgefangen wird, gehören das atmosphärische Rauschen, das durch Entladungen in der Atmosphäre erzeugt wird (z. B. in Gewittern), das durch die Technik erzeugte Rauschen (z. B. durch die Zündung von Verbrennungsmotoren, durch elektrische Maschinen und Geräte, Koronaentladungen in Hochspannungsnetzen) und das Rauschen der Radiostrahlung (kosmisches Rauschen). Bei Strahlungsdetektoren (Photodetektoren) führt neben eingestreuter Störstrahlung bereits die Quantennatur der von einer Signalquelle ausgehenden Strahlung, d. h. deren Nachweis durch die Absorption der mit statistischen Schwankungen einlaufenden Photonen, zum Rauschen (Quantenrauschen).

 

Zu den wichtigsten Ursachen des in elektronischen Anlagen, Geräten oder Bauteilen selbst erst entstehenden Rauschens zählen das thermische Rauschen (auch als Johnson-, Nyquist-, Strom- oder Widerstandsrauschen bezeichnet) und das Schrotrauschen. Das thermische Rauschen ist eine Folge der unregelmäßigen thermischen Elektronenbewegung in Leitern und Wirkwiderständen, durch die, auch wenn die Bauteile ansonsten stromlos sind, statistische Spannungsschwankungen entstehen. Für die hierauf beruhende effektive Rauschspannung U_eff gilt die Nyquist-Formel U²_eff = 4 kTR Δ f. Dabei ist k die Boltzmann-Konstante, T die absolute Temperatur des Bauteils, R sein Widerstand und Δ f die Frequenzbandbreite. Für die effektive Rauschleistung P_eff = U²_eff/R folgt hieraus, dass sie nicht vom Widerstand abhängt. Ferner zeigt die Formel, dass die spektrale Leistung P_eff/Δ f des thermischen Rauschens nicht von der Frequenz abhängt. Solches Rauschen wird als weißes Rauschen bezeichnet; dagegen spricht man von rosa Rauschen, wenn die Leistung beziehungsweise Intensität mit zunehmender Frequenz abnimmt, und bei allgemeiner Frequenzabhängigkeit von farbigem Rauschen.

 

 2) Jägersprache: Brunstverhalten des Schwarzwildes; die Rauschzeit dauert von Ende November bis Januar.

 

Rauschen,

 

russischer Name seit 1946 Swetlogọrsk, Svetlogọrsk, Stadt im Gebiet Kaliningrad (Königsberg), Russland, an der Steilküste von Samland, 10 900 Einwohner; heilklimatischer Kurort und Ostseebad.

 

Geschichte:

 

Mit dem nördlichen Teil Ostpreußens kam Rauschen 1945 an die Sowjetunion und gehört heute zu Russland.

 

Rauschen,

 

Signal, das sich aus sehr vielen, dicht beieinander liegenden Spektralanteilen zusammensetzt. Es tritt als störende Komponente überall in der elektroakustischen Übertragungskette auf (z. B. als Widerstandsrauschen, Transistor- und Röhrenrauschen, Bandrauschen). Genormtes Rauschen dient als Messsignal. Dafür sind vornehmlich weißes und rosa Rauschen geeignet. Weißes Rauschen umfasst den gesamten Frequenzbereich des hörbaren Schalls. Die Energie ist gleichmäßig auf alle gleich großen Frequenzabschnitte verteilt. Rosa Rauschen unterscheidet sich von weißem Rauschen nur dadurch, dass der gleichmäßigen Energieverteilung nicht Frequenzintervalle, sondern gleiche musikalische Intervalle (z. B. Terz oder Oktave) zugrunde liegen. Es enthält deshalb stärkere tieffrequente und schwächere hochfrequente Anteile als weißes Rauschen. Weißes und rosa Rauschen können von Rauschgeneratoren erzeugt werden und finden vor allem in Rockmusik und elektronischer Musik als Klangmaterial Verwendung.

 

Rauschen,

 

eine völlig unregelmäßige Schwankungserscheinung, die keine gleichmäßigen Einzelschwingungen enthält, sondern die sich aus ständig wechselnden Schwingungen in einem sehr breiten Frequenzbereich zusammensetzt. Das Rauschen lässt sich nur statistisch beschreiben. Weil das Rauschen bei Signalübertragung und -verarbeitung, die ja auf Schwingungen und Wellen beruhen, die Nutzsignale überlagert, bildet es die untere Grenze für die Größe verwertbarer Signale und ist daher von großer Bedeutung. Rauschen äußert sich z. B. in kontinuierlichen Hintergrundgeräuschen beim Rundfunk oder in gestörten Bildern beim Fernsehen. Auch bei Digitalkameras oder Scannern kann es zu Rauschen kommen, wenn Sensoren durch Signale benachbarter Sensoren beeinflusst werden.

 

Charakteristisch für den Einfluss des Rauschens auf die Signalqualität ist das Signal-Rausch-Verhältnis, der Quotient aus der Signal- und der Rauschleistung (immer auf eine bestimmte Frequenz bezogen). In analogen Übertragungssystemen muss es beispielsweise mindestens bei zwei liegen, damit in der Praxis die Nutzsignale vom Rauschen unterschieden werden können. In digitalen Übertragungssystemen erzeugt die Unsicherheit des niedrigstwertigen Bits bei der Digital-analog-Wandlung das Digitalisierungsrauschen, mit dem ebenfalls die Übertragbarkeit für kleine Signale begrenzt wird.

 

Die Quellen der Rauschentstehung liegen zum einen in Störsignalen der Umwelt, die von Antennen aufgefangen werden, zum anderen in elektronischen Geräten selbst. Zur ersten Gruppe gehören das atmosphärische Rauschen (z. B. Gewitter), das durch Technik erzeugte Rauschen (z. B. Zündung von Verbrennungsmotoren), das Rauschen der kosmischen Radiostrahlung usw. Zur anderen Gruppe zählen das thermische Rauschen (unregelmäßige Elektronenbewegung, durch die kleine Spannungsschwankungen entstehen) und das Schrotrauschen (unregelmäßige Emission von Elektronen, z. B. beim Durchgang durch verschiedene Transistorschichten).

 

Rauschen kann also prinzipiell nicht vermieden werden, es existieren aber Verfahren, welche die Auswirkungen des Rauschens vermindern. Ein grundsätzliches Verfahren zur Rauschbeschränkung besteht bei Analogübertragungen in der Einschränkung des Frequenzbereichs durch Filter, ein anderes bei Digitalübertragungen in der Übermittlung von redundanten Daten, woraus sich Übertragungsfehler errechnen und korrigieren lassen (z. B. Cyclic Redundance Check, CRC). In der Tontechnik sind die Rauschunterdrückungsverfahren des Herstellers Dolby weit verbreitet.