Rauschkomponenten

Rauschkomponenten bezeichnet man die zufälligen Anteilkomponenten eines Signals, die dem gewünschten Signal nicht entsprechen. Sie entstehen durch unvorhersehbare Fluktuationen in Messprozessen, in der Übertragung oder in der Umgebung und verringern das Signal-Rausch-Verhältnis. Rauschkomponenten lassen sich statistisch modellieren und unterscheiden sich oft durch ihr Frequenzspektrum, ihre Verteilung oder ihr zeitliches Verhalten.

Zu den häufigsten Rauschformen gehören thermisches Rauschen (Johnson-Nyquist), das durch zufällige Bewegungen von Ladungsträgern in Widerständen entsteht, sowie Shot Noise, verursacht durch die diskrete Natur von Ladungsträgern. Weiterhin spielt 1/f-Rauschen (Flickerrauschen) eine Rolle, insbesondere bei niedrigfrequenten Signalen. In Sensoren können Readout-Rauschen und Quantisierungsrauschen auftreten; Umwelt- und Hintergrundrauschen umfasst akustische oder elektromagnetische Störungen. Rauschen kann weiß sein, das heißt spektral flach, oder farblich (z. B. 1/f). Rauschkomponenten treten in vielen Bereichen auf, etwa in der Elektronik, der Bildgebung, der Akustik und der Messpraxis.

In der Praxis werden Rauschkomponenten oft als additive Störungen modelliert, die sich zum Beispiel zum Signal addieren. Die Analyse erfolgt häufig über Spektralanalyse, statistische Modellierung und Messverfahren. Typische Modelle verwenden eine additive Rauschkomponente mit bekannter Verteilung; Weißes Rauschen besitzt eine konstante spektrale Dichte, farbiges Rauschen eine frequenzabhängige Dichte. Zur Reduktion helfen Filter (tief-, hoch- oder bandpass), Wiener Filtering, Kalman-Filterung, Ensemble-Durchschnitt oder Blind-Quellen-Trennung wie ICA, insbesondere bei mehreren Messkanälen.