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2026-01-09T01:06:52Z

Rechtschreibung

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Ein '''Rauschgenerator''' ist eine spezielle Form eines [[Signalgenerator]]s in Form einer [[Elektronische Schaltung|elektronischen Schaltung]], die [[Rauschen (Physik)|Rauschen]] als zufällige ''Signalschwankung'' erzeugt. Rauschgeneratoren werden in verschiedenen Bereichen verwendet, wie in der [[Messtechnik]] zur Erzeugung von Test-Signalen, in der [[Elektronische Musik|elektronischen Musik]] und der [[Sprachsynthese]], sowie als Basis für die Erzeugung von [[Zufallszahlengenerator|Zufallszahlen]], wie sie in der [[Kryptographie]] benötigt werden. Es existieren auch virtuelle Rauschgeneratoren in Form von mathematischen Gleichungen, die nur zur [[Signalverarbeitung]] in Software genutzt werden und kein physikalisches Signal ausgeben. Dabei handelt es sich häufig auch um deterministische Zahlengeneratoren.

== Rauschquellen ==
Zur Erzeugung des Rausches dienen verschiedenartige Rauschquellen, welche sich unter anderem nach der Art der spektralen Verteilung des Rauschens, der [[Bandbreite]] des Rauschsignals, der technischen Realisierbarkeit und der Vermeidung von vorhersagbaren Signalanteilen, beispielsweise Einstreuungen von periodischen Signalen wie der [[Netzfrequenz]], unterscheiden. Manche Rauschquellen, wie der [[Radioaktiver Zerfall|radioaktive Zerfall]] instabiler Atomkerne, sind zwar theoretisch als ideale Rauschquelle verwendbar, haben aber in praktischen Anwendungen wegen der damit verbundenen Gefahren kaum Bedeutung. Lediglich in Sonderanwendungen z. B. als [[Rubidium-Oszillator|Rubidiumnormal]] kommen sie zum Einsatz.

=== Thermische Rauschquellen ===
[[Wärmerauschen|Thermische Rauschquellen]], beispielsweise an speziellen geheizten [[Widerstand (Bauelement)|Widerständen]] abgegriffene [[Rauschspannung]], liefern [[Normalverteilung|normalverteiltes]] [[Weißes Rauschen (Physik)|weißes Rauschen]]. Da die thermische Rauschspannung nur sehr kleine Signalspannungen liefert, beispielsweise bei Zimmertemperatur von 20 °C an einem Widerstand mit 1 MΩ und einer Bandbreite von 1 kHz eine effektive Spannung von 4 µV, und diese Rauschspannung durch andere periodische und unerwünschte Signalanteile wie beispielsweise Schwankungen der Versorgungsspannung überlagert wird, stellen gute thermische Rauschquellen in der Praxis elektrisch komplizierte Aufbauten dar.

=== Dioden ===
[[Datei:Rauschquelle.png|mini|Rauschquelle mit Diode]]
Technisch leichter als thermische Rauschquellen herzustellen sind Rauschquellen auf der Basis von [[Diode]]n, welche in dieser Anwendung auch als ''Rauschdioden'' bezeichnet werden. Der Frequenzbereich kann bei entsprechenden Generatorschaltungen von 20 Hz bis 40 GHz reichen und ist im Regelfall nicht spektral weiß, sondern wird durch das so genannte [[Schrotrauschen]] beschrieben.

[[Datei:GA560, WF 1962.jpg|mini|Für Rauschgeneratoren konstruierte Röhrendiode mit direkt geheizter Wolfram-Kathode ([[Werk für Fernsehelektronik]], 1962)]]
Alternativ, aber mit identischem Prinzip, können statt der Diode im Generator auch die Basis-Emitter-Strecke von [[Bipolartransistor]]en verwendet werden. Die älteste Bauform von Diodenrauschquellen sind [[Röhrendiode]]n mit Wolfram-Heizfaden, die in Sättigung betrieben werden.

Die Signale werden anschließend [[Verstärker (Elektrotechnik)|verstärkt]] und spektral in [[Filter (Elektronik)|Filtern]] je nach Anwendung gefiltert bzw. das Rauschsignal über [[Analog-Digital-Umsetzer]] für die weitere Signalverarbeitung aufbereitet. Damit lässt sich in guter Näherung in technischen genutzten Frequenzbereichen auch spektral weißes Rauschen herstellen.

Auch elektrische Widerstände können in dieser Weise genutzt werden.<ref>{{Internetquelle |autor=Christoph Caspari |url=http://www.elektronikinfo.de/strom/widerstandsrauschen.htm |titel=Widerstand: Rauschen von Widerständen |werk=elektronikinfo.de |hrsg= |datum=2018-01-18 |abruf=2020-07-13 |sprache=}}</ref>

=== Gasentladungslampe ===
Für technisch sehr hochfrequente Rauschquellen im Bereich der [[Mikrowellen]] bis zu Frequenzen um 200 GHz werden [[Gasentladungsröhre]]n eingesetzt, welche zur Auskopplung des Rauschsignals in einem [[Hohlleiter]] untergebracht sind. Anwendungen dieser Rauschgeneratoren liegen im Bereich der Hochfrequenzmesstechnik.

=== Glimmentladung ===
Für niederfrequentes Rauschen kann die [[Glimmentladung]], beispielsweise in Form von [[Glimmlampe]]n, Anwendung finden.

=== Digitale Rauschgeneratoren ===
Mit Hilfe von Mikrocontrollern<ref>{{Internetquelle |url=http://www.avr-asm-tutorial.net/avr_de/apps/zufall_tn13/zufall_rauschen_tn13.html |titel=Zufallszahlen mit Rauschgeneratoren |hrsg=H. Wünsche |datum=2017-09-01 |abruf=2021-05-04}}</ref> und digitaler Hardware<ref>{{Internetquelle |url=https://www.mikrocontroller.net/articles/Digitaler_Rauschgenerator_im_FPGA |titel=Digitaler Rauschgenerator im FPGA – Mikrocontroller.net |abruf=2020-08-23}}</ref> lassen sich heute sehr einfach Rauschgeneratoren erzeugen.

== Rauschgeneratoren in der Audiotechnik ==
Weißes Rauschen enthält für jedes Frequenzintervall die gleiche Leistungsdichte was bei Ausgabe über einen [[Lautsprecher]] über die gesamte Frequenzbereich eine identische [[Lautstärke]] bzw. akustische Energie (dB/Fq) ergibt. Das [[rosa Rauschen]] ist spektral gewichtet und kann aus weißem Rauschen durch Filter gewonnen werden. Rosa Rauschen enthält bei akustischer Ausgabe pro Notenintervall das gleiche Lautheitsempfinden (dB/Halbton). Das führt dazu, dass rosa Rauschen etwas dumpfer klingt, als weißes Rauschen.

Um die Signale zu erzeugen, werden entweder klassische Analoge Schaltungen oder mathematische Funktionen verwendet, deren Signale bei Bedarf ausgegeben werden. Oft bedient man sich hier [[Pseudozufallszahlen]]-Generatoren, die ein perfekt symmetriertes Rauschen erzeugen können.<ref>{{Internetquelle |autor=Stefan Stenzel |url=http://stenzel.waldorfmusic.de/post/a-new-shade-of-pink/ |titel=A New Shade of Pink - Audio Rauschgenerator |werk= |hrsg=Waldorf Music |datum=2014-05-03 |abruf=2020-07-13 |sprache=en |archiv-url=https://web.archive.org/web/20200715071844/http://stenzel.waldorfmusic.de/post/a-new-shade-of-pink/ |archiv-datum=2020-07-15 |offline=ja |archiv-bot=2024-04-23 11:01:24 InternetArchiveBot }}</ref>

Weißes Rauschen wird z. B. in der Sprachsynthese für die Nachbildung von [[Zischlaut]]en verwendet, rosa Rauschen z. B. für ein Brandungsgeräusch. Um realistische Klänge zu erhalten, müssen die Grundformen weißes bzw. rosa Rauschen noch entsprechend gefiltert werden, dies entspricht einer spektralen Formung des Rauschsignals, z. B. mit einem oder mehreren [[Voltage Controlled Filter]]n als analoge Lösung oder [[FIR-Filter]]n in digitaler Form.<ref>{{Internetquelle |autor=Various Authors |url=http://www.firstpr.com.au/dsp/pink-noise/ |titel=DSP Generation of Pink Noise |werk= |hrsg=Music DSP ORG |datum=1999 |abruf=2020-07-13 |sprache=}}</ref>

Durch Differentiation eines weißen Rauschsignals erhält man sogenanntes blaues Rauschen, durch Integration braunes Rauschen.

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=Rudolf Müller
|Titel=Rauschen
|Reihe=Halbleiter-Elektronik
|BandReihe=Band 15
|Auflage=2., überarbeitete und erweiterte
|Verlag=Springer
|Ort=Berlin u. a.
|Datum=1990
|ISBN=3-540-51145-8}}
* Daniel von Grünigen: ''Digitale Signalverarbeitung. Mit einer Einführung in die kontinuierlichen Signale und Systeme.'' 5. Auflage. Carl Hanser Verlag, Leipzig 2014, ISBN 978-3-446-44079-1.
* Dieter Görrisch: ''Störsender von VHF bis Mikrowelle. Endlich keine Verschwörungstheorien mehr.'' 2. Auflage. Francis Verlag, Poing 2006, ISBN 3-7723-4127-6.
* Andreas Friesecke: ''Die Audio-Enzyklopädie. Ein Nachschlagewerk für Tontechniker.'' Saur, München 2007, ISBN 978-3-598-11774-9.

== Weblinks ==
* [http://www.fdk.com/cyber-e/pdf/HM-RAE106.pdf ''RPG100''.] (PDF; 129 kB), techn. Datenblatt eines ''True Random Generator'' auf Basis der Rauschquelle von Halbleiterdioden (englisch) abgerufen am 1. Juli 2011.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Rauschen]]
[[Kategorie:Elektronische Schaltung]]
[[Kategorie:Hochfrequenzmessgerät]]

Rauschgenerator - Versionsgeschichte

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