Ruis <
in bewerking
>
<laatst bijgewerkt: 2014-12-15>
In het kort:
Ruis (Eng: random noise) is een willekeurige variatie van een gewenst
signaal. Ruis is een
fundamenteel natuurverschijnsel, d.w.z. er valt niet aan te ontkomen.
Het analoge transport en de opslag van audiosignalen is in zekere mate
behept met ruis. Met digitale technieken kan een signaal
getransporteerd of opgeslagen en weer weergegeven worden zonder extra
ruistoevoeging. Met analoge signalen is dat niet mogelijk, er zal bij
iedere stap in het verwerkingsproces ruis bijkomen.
Verwante onderwerpen:
analoog en digitaal, storing,
Ruis is een fundamenteel verschijnsel in de analoge elektronica. De elektronen
van een elektrische stroom komen nu eenmaal op min of meer willekeurige
tijdstippen aan.
In de audio techniek manifesteert zich dit in een soort sissend geluid.
Ruis bestaat uit een opeenstapeling van alle denkbare tonen tegelijk. .
Bij "witte" ruis zijn alle hoorbare frequenties in gelijke mate
vertegenwoordigd, naar de gelijkenis met wit licht, waar ook alle kleuren
(=frequenties) in gelijke mate aanwezig zijn.
Bij "roze" ruis zijn de hoge tonen verzwakt, bij "blauwe"
ruis zijn juist de lage frequenties afwezig, ook weer naar analogie met de
lichtkleuren.
Alle analoge elektronische circuits (versterkers en zo) zijn behept met ruis.
Meestal is dit zo weinig dat je het absoluut niet merkt. Bij gevoelige
voorversterkers (microfoons, platenspelers) kan het echter merkbaar worden.
Er valt voor de HiFi hobbyist weinig te doen aan ruis. Veranderingen in kabels
helpen in ieder geval niet.
Op digitale (kabel) verbindingen heeft ruis geen enkel effect, tenzij het zo erg
is dat er "bitjes omvallen". Zie het begrip storingsmarge
Digitale verbindingen kunnen wel behept zijn met een verwant verschijnsel:
jitter. Elders op deze website toon ik aan dat jitter
nooit een probleem is als je apparatuur aan normale eisen voldoet.
Voor elektronici:
Alleen weerstanden en actieve elementen vormen ruisbronnen. Condensatoren,
zelfinducties en transformatoren zijn principieel ruisvrij.
We spreken in dit verband over Johnson ruis of "weerstandsruis" De
ruisenergie is alleen afhankelijk van de absolute temperatuur en de bandbreedte.
1/f ruis of "een-over-F-ruis" is een "roze" ruisbron die in
halfgeleiders een rol speelt, doorgaans alleen bij frequenties onder de 10 Hz.
Alleen bij het ontwerp van zeer gevoelige voorversterkers moet de ontwerper er
rekening mee houden. (Microfoon, RIAA en Moving Coil) De formule voor de
ruisspanning van een weerstand is Un = Wortel (4*K*T*B*R) Waarin K de konstante
van Bolzman = 1.38E-23 J/K, T de absolute temperatuur: ca 300 Kelvin, B de
bandbreedte in Hertz, en R de weerstand in Ohm. Voor een weerstand van 1 KOhm
geldt: 4 nV/wortel Hertz. Let er op dat de ruisspanning toeneemt met de wortel
uit de weerstand en de wortel uit de bandbreedte. Zo ruist een weerstand van 100
KOhm 5.7 uVolt bij de audio bandbreedte van 20 kHz (4 * wortel(100 * 20.000)
.