[MP1993]

Nun habe ich mich schon eine weile lang gefragt, warum manchmal im Audiosignal ein rauschen ist.

Ich habe mir gedacht man könnte so gesagt die ganzen Erfahrungen und bekannten Ursachen hier zusammentragen, um später auch immer mal wieder nachschauen zu können. Vielleicht auch mit etwas Erklärung zu dem Thema.

Das jeder IC ein gewisses Grundrauschpotential hat ist ja nichts neues jedoch, kann durch externe Beschaltung ein rauschen entstehen/verstärkt werden. Da stellen sich natürlich nun die Fragen: 
Wo kommt das rauschen her?
Wie entsteht es?
Wenn es sein Frequenz ändert warum?


Nun fange ich mal mit dem 1. Und bislang mir Einzig bekannten Punkt an.

Bei meinem Ersten Projekt habe ich festgestellt, dass man mehrere Analoge Audiobausteine wie zB. Vorverstärker und Zuspielgerät oder Vorverstärker und Endstufe nicht zusammen an einer Spannungsquelle betreiben sollte.
Dadurch entsteht ein relativ lautes Brummen, welches durch eine Masseschleife erzeugt wird, da das Audiosignal normalerweise Massebezogen ist und somit die Masse mit dem Signal im Audiokabel ist. Da die beiden Einheiten zusätzlich die gleiche Spannungsversorgung ohne galvanische Trennung bekommen, hat man eine Masseschleife gebaut.
(Wikipedia Thema Masseschleife -> https://de.wikipedia.org/wiki/Erdschleife)

Erklärung(Vermutung): Dadurch, dass das Massesignal nicht hundertprozentig sauber ist und aus eine Überlagerung von vielen einkoppelnden Signalen besteht, wie zB. durch Elektromagnetische Felder die auf die Massefläche einkoppeln...
Da das Audiosignal Masse bezogen ist, und die Differenz zwischen Masse und der Signalleitung dem Signalpegel entspricht, sind nun anstatt des Sinusförmigen Signal viele kleine Spitzen im Massesignal, die dafür sorgen dass es viele Frequenzen im Audiosignal gibt, die sich durch die Masse einkoppeln.(Ähnlich Fouriertransformation) Somit haben die Frequenzen die nicht das gewollte Signal sind meistens eine geringere Amplitude, was bedeutet, dass man sie nicht so laut hört, wie das eigentliche Audiosignal, sie aber dennoch vorhanden sind.

Erstmal meine Leihen-hafte Erklärung zu dem Thema.
Bei anderer Sicht des ganzen, bitte ich euch mich zu verbessern und ich hoffe auch viele gute lehrreiche Beiträge für uns alle.

[voltwide]

Am besten fängt man vlt mal mit einer Begriffsbestimmung an. Nicht jedes störende Geräusch wird auch als Rauschen bezeichnet.
Im herkömmlichen Sinne ist Rauschen ein Sammelsurien sämtlicher Töne, gleichmäßig verteilt über das Frequenzband.
Es werden also keinerlei Frequenzen bevorzugt.
Wie sich das anhört kannst Du auf einem herkömmlichen UKW-FM-Empfänger zwischen den Stationen hören - ein gleichmäßiges Geräusch ohne irgendwelchen markanten Klang. Wenn das nicht verfügbar ist, kannst Du Dir mit audacity auch selbst Rauschen erzeugen.
Heutzutage ist der Begriff Rauschen ziemlich aufgeweicht, alles was stört, wird als Rauschen bezeichnet. Dabei sind so lautmalerische Begriffe wie "Brummen", "Sirren", "Knistern", "Kraspeln", "Kratschen" etc irgendwie in Vergessenheit geraten.
Echte Audiofreaks haben Ihr Gehör trainiert und können z.B. problemlos 50Hz-Sinus- von 100Hz-Gleichrichterbrummen unterscheiden - und damit Fehlerquellen schon rein gehörmäßig ohne irgendwelche Messungen einkreisen. Rauschen ist völlig anders und von Brummen sehr leicht zu unterscheiden. Auch kann man lernen, harmonische Verzerrungen zu hören und zu bewerten.
Das alles innerhalb der Grenzen unseres Hörvermögens, die für echte Goldohren selbstverständlich keine Gültigkeit haben.

Allgemeinplätze wie - Störungen durch Masseschleifen behebt man durch gesonderte Versorgung, sind so nicht zutreffend, sie zeigen eben nur eine mögliche Lösung des Problems.

Ansonsten kann ich Dich nur ermutigen, Dich gehörmäßig in dieser Richtung zu übern, es hilft ungemein beim trouble-shooting.

Und noch etwas: Schreib bitte, bitte nie wieder "leihen-haft", davon bekomme ich Augenkrebs

[alfsch]

> Wo kommt das rauschen her?
das Rauschen ...letztendlich von der Temperatur unserer Welt.
 
(Tante Gurgl hilft ungemein: thermisches ... oder Brownsche... )

>Wenn es sein Frequenz ändert warum?
da es keine bestimmte Frequenz hat -  interessante Frage
etwa wie:
wenn absolute Dunkelheit seine Farbe ändert - warum ?

die Antwort ist womöglich die selbe !

[MP1993]

Dank eurer Hilfe habe ich jetzt auf jeden Fall eine Vorstellung davon.

Hier die Ergebnisse der Suche:
   


Daraus würde ich ableiten für den Fall: Dimensionierung einer OP-Amp Schaltung
-Widerstand so klein wie möglich wählen->rauschen durch Widerstand wird so klein wie möglich
-Widerstand zu klein -> keine Ausgangsleistung mehr
-OP-Amp mit geringer Rauschspannungsdichte -> weniger Rauschen durch Op-Amp
-Metallschichtwiderstände sind rauschärmer als Kohleschichtwiderstände

Leider habe ich nichts gefunden, wie eine Spule oder ein Kondensator betrachtet wird. Da in den Bauteilen auch eine Ladungsträgerbewegung stattfindet, würde ich behaupten, dass die Bauteile auch nicht rauschfrei sind.
Betrachtet man in dem Fall den Widerstand bei einer bestimmten Frequenz als Ohmschen Widerstand und kann mit der gleichen Formel die Rauschspannung bestimmen?

Quellen:
http://www.elektronikinfo.de/strom/op_rauschen.htm
http://www.elektronikinfo.de/strom/wider...uschen.htm
https://cdn-reichelt.de/documents/datenb...uschen.pdf

[voltwide]

(25.01.2017, 11:03 AM)MP1993 schrieb: Dank eurer Hilfe habe ich jetzt auf jeden Fall eine Vorstellung davon.

Hier die Ergebnisse der Suche:



Daraus würde ich ableiten für den Fall: Dimensionierung einer OP-Amp Schaltung
-Widerstand so klein wie möglich wählen->rauschen durch Widerstand wird so klein wie möglich
-Widerstand zu klein -> keine Ausgangsleistung mehr
-OP-Amp mit geringer Rauschspannungsdichte -> weniger Rauschen durch Op-Amp
-Metallschichtwiderstände sind rauschärmer als Kohleschichtwiderstände

Leider habe ich nichts gefunden, wie eine Spule oder ein Kondensator betrachtet wird. Da in den Bauteilen auch eine Ladungsträgerbewegung stattfindet, würde ich behaupten, dass die Bauteile auch nicht rauschfrei sind.
Betrachtet man in dem Fall den Widerstand bei einer bestimmten Frequenz als Ohmschen Widerstand und kann mit der gleichen Formel die Rauschspannung bestimmen?

Quellen:
http://www.elektronikinfo.de/strom/op_rauschen.htm
http://www.elektronikinfo.de/strom/wider...uschen.htm
https://cdn-reichelt.de/documents/datenb...uschen.pdf

Ja, das ist wohl soweit ich sehe korrekt.
Rauschen tritt per Definition in realen Widerständen auf, und nicht in idealen Spulen und Kondensatoren.
Da reale Spulen und Kondensatoren aber immer irgendwelche Verluste haben, die durch reale Ersatzwiderstände beschrieben werden können,
ist dies eher graue Theorie.

Praktisches Beispiel:
Ein Gitarrentonabnehmer mit L=10H  und R=10k
Der liefert die Rauschspannung eines 10k-Widerstandes.
Verstärke ich den mit einem BJT, so durchfließt dessen Eingangsrauschstrom diesen Tonabnehmer und erzeugt an dessen Impedanz  eine entsprechende, frequenzabhängige Rauschspannung. Bei 1kHz überwiegt dieser Beitrag bei Weitem die thermische Rauschspannung des 10k-Widerstandes und von daher sind mit JFETs in dieser Anwendung die besten Rauschabstände zu erzielen.

[E_Tobi]

Ob wohl der äquivalente Parallel-Ersatzwiderstand für die AC-Verluste in Reaktanzen auch in eine Rauschspannungsquelle umformbar ist?

[alfsch]

klar, 1:1 , in eine äquivalente Parallel-Ersatzrauschquelle

[E_Tobi]

Thermisches Feld-rauschen in die Spule induziert?
Je verlustärmer die Ummagnetisierung, desto höher der Widerstand, desto "leichter" die ummagnetisierung, und desto höher die Rauschspannungsdichte? Irgendwie logisch...

[christianw.]

Sollten Modemübertrager (600R) also weniger rauschen, als Röhrentrafos?

[voltwide]

nö
jeder Widerstand rauscht mit derselben Rauschleistungsdichte - ein hochohmiger mit höher Rauschspannung und kleinerem Rauschstrom als ein niederohmiger.
Die Impedanz eines realen Schwingkreises ergibt sich aus dessen reellem Dämfpungswiderstand.
Erhöht man den Gütefaktor, steigt dieser Dämpfungswiderstand, und damit die Rauschspannung.
Es ist also nur eine Transformation der nach wie vor unveränderten Rauschleistung.
Wenig Rauschen wird oft gleich gesetzt mit wenig Rauschspannung - aber das ist eben nur die halbe Wahrheit.
Die ganze Wahrheit lautet - there is no free lunch

[christianw.]

Mit dem Alter wirds besser - weniger Rauschen, mehr Sinus im Ohr.

[voltwide]

(25.01.2017, 11:24 PM)christianw. schrieb: Mit dem Alter wirds besser - weniger Rauschen, mehr Sinus im Ohr.

Was hast Du gesagt? Ich hör hier so schlecht

[Basstler]

Klassische Rauschquelle :

[Bild: e35786d5837784d1d92dc8af0b2f3693.jpg]

[alfsch]

jo, hier ist zumindest die Rauschquelle wirklich klar !

[MP1993]

Vor kurzem ist mir bei vielen Verstärkerplatinen aus China aufgefallen, dass sie alle rauschen und das nicht zu knapp. Man hört es schon deutlich im Vergleich zum AVR 156 von Harman Kardon.(Vergleich bei gleicher Quelle und Lautsprecher)

Getestet:
-TPA3110 von Sure
-TA2024 von Helder-Hifi
-TA2020 von Helder-Hifi
-TPA3116D2 (gleiches Board wird von vielen Händlern Vertrieben)
-TPA3110 (gleiches Board wird von vielen Händlern Vertrieben)

Nun ist meiner Kenntnis nach das Rauschen durch den SNR festgehalten wird. Der SNR Wert des ICs ist jedoch relativ klein, sodass man das Rauschen eigentlich nicht hören sollte, aber dennoch ist das Rauschen auf der fertigen Platine vom Chinesen hörbar.

Vielleicht ein Problem, dass auf die Masse zurückzuführen ist, da durch ein Rauschen auf der Masse das Audiosignal verändert, da es Massebezogen ist.

Interessant wäre zu Erfahren, wie man das Rauschen Minimieren kann (Layout, externe Beschaltung...).

[alfsch]

Zitat:dass sie alle rauschen und das nicht zu knapp. Man hört es schon deutlich

na, das kommt erst einmal darauf an , WOMIT du hörst, sprich: welcher Lautsprecher oder Kopfhörer !

weil: wenn du ein PA-chassis mit 100dB/W/m nimmst, sieht es anders aus, wie mit nem netten HiFi-speaker, der zb 86dB/W/m rauswürgt:

angenommen, aus dem amp kommen 500uV Rauschen (für d-amp durchaus "drin" ), dann sind das etwa - 73dB (rel. zu 1 Watt);
mit dem 86-db-HiFi speaker macht das etwa 13 db(A) Schallpegel - da hörste nix, im >1m Entfernung von der Box,
aber mit dem 100dB-PA-speaker gibt es rund 27db(A) , die hörste bei ruhiger Umgebung noch ganz gut;

also : bei ruhiger Umgebung und Wirkungsgrad-starken speakern brauchste mit nem d-amp gar nicht anfangen, über "das Rauschen" zu diskutieren,
er rauscht halt hörbar; wenn da keinerlei Rauschen hörbar sein soll, muss der amp (class A oder AB) schon wirklich sehr guten Rauschabstand haben, damit es nicht deutlich hörbar wird; und wenn mit dem Ohr ganz nah an den speaker gehst - hörste jeden amp rauschen.....

warum rauscht ein d-amp immer mehr, als ein AB-amp ? selbst wenn du dieselben Verstärker-bauteile nehmen würdest, muss der d-amp mehr Rauschen erzeugen, da durch die Trägerfrequenz auch ansonsten unhörbare Rauschanteile in den audio-Bereich moduliert werden....unvermeidlich.

minimieren des Rauschens ist also : erstmal geeignete Topolgie wählen, linearen A oder AB-amp, und dann auch da auf rauscharmes Design achten, speziell, wenn ein Vorverstärker davor ist, muss der natürlich nochmals entsprechend rauschärmer sein.

[voltwide]

Dazu läßt sich noch mehr sagen:
Ja, Class-D rauscht im allgemeinen mehr als Class A oder AB, wobei ich finde dass der heutige Stand der Technik schon recht weit fort geschritten ist.
Das absolute AusgangsRauschen eines beliebigen Verstärkers (AB- D, was auch immer) läßt sich minimieren, indem man dessen Verstärkung so niedrig wie möglich einstellt. Da es nichts umsonst gibt, muss der !rauscharme! Vorverstärker nun übernehmen und mehr Ausgangsspannung liefern.
Bei den üblichen Class-D ist die Verstärkung über 2 Widerstände programmierbar, und die Chinesen stellen hier gerne auf Maximum (36dB) ein, damit der Verstärker auch noch mit dem Kopfhörerausgang eines beliebigen Smartfons, MP3-Player etc voll ausgesteuert werden kann.
Programmiere mal um auf 20dB Verstärkung und Du erkennst das billige ChinaModul nicht wieder.

Die Messung der absoluten Ausgangsrauschspannung muß man also immer ins Verhältnis zur Verstärkung setzen,
und damit kommt man auf die wirklich vergleichbare Größe der "eingangsbezogenen Rauschspannung"

Der TPA3118 ist z.B mit einer Ausgangsrauschspannung von -80dBV bei 20dB Verstärkung angegeben.
Ein idealer, rauschfreier Verstärker würde bei -100dBV Eingangsignal dasselbe Ausgangsrauschen liefern,
also wäre -100dBV = 10uVeff unser eingangsbezogenes Rauschen.
Stelle ich die Verstärkung nun aber auf 36dB ein, erscheint am Ausgang ein um 16dB höheres  Rauschen (-64dBV)

Rauscharme klasssische Analogtechnik liefert ohne größere Klimmzüge eingangsbezogene Rauschspannungen um 1uV, gegenüber Class-D ist da also durchaus noch etwas Luft.