Elektronický šum

Elektronický šum je náhodné kolísanie alebo tvorba nežiaduceho samovoľného elektrického signálu, ktorého hlavným znakom je to, že ide o nechcenú a rušivú zložku elektrického signálu. Vytváranie šumu sprevádza prakticky akúkoľvek elektronickú súčiastku či zariadenie.

Jednotlivé druhy šumu sa delia podľa vzniku, prejavov a dopadov a zväčša majú aj názvy podľa svojich určitých charakteristík.

Úroveň šumu, teda neužitočného signálu, je najdôležitejšia pri posudzovaní v pomere k úrovni užitočného signálu, resp. vo chvíľach "čítania" signálu a informácií. Platí nepriama úmera: čím je odstup signál-šum väčší, tým je nežiaduci dopad šumu menší.

Eliminácii (redukcii) šumu, najmä pri spracovaní zvuku, zasvätil celý život Ray Dolby a založil na tom svoje podnikanie. Technológie, vyvinuté ním a jeho spoločnosťou Dolby Laboratories zohrávajú kľúčovú ulohu v kvalite a možnostiach zvuku v hudobných alebo filmových nahrávkach a v elektronických zariadeniach na prenos a reprodukciu zvuku.

Občas je šum dokonca prospešný – napríklad pri generovaní náhodných čísiel v digitálnej technike. Čisto digitálna technika a v nej použité matematické algoritmy nedokážu vypočítať perfektne náhodné číslo pomocou programového kódu či algoritmov. Viac či menej je predvídateľné, alebo sa sekvencie opakujú. Pokiaľ je nutné dosiahnuť naozaj spoľahlivý faktor náhody, šum je jediný naozaj náhodný vstup informácií, na základe ktorého sa dá to náhodné číslo vygenerovať.

V poslednom období sa elektronický šum, produkovaný výpočtovou technikou, stáva cieľom špionáže.

Tepelný šum 

Je v princípe všadeprítomný a vzniká náhodným tepelným pohybom nabitých častíc (spravidla elektrónov) v rámci elektrických vodičov a zariadení. Teoreticky sa dá povedať, že tepelný šum nie je generovaný len vo vodičoch, ktorých teplota je rovná alebo takmer rovná absolútnej nule. Akákoľvek vyššia teplota (aj o jeden Kelvin) už znamená náhodný pohyb elektrónov a teda vznik šumu.

Tento fakt sa využíva napríklad pri konštrukcii vedeckých aparatúr, kde šum znamená významnú a neželanú odchýlku od nameraných dát.

Ako príklad môžu poslúžiť vedeckovýskumné satelity WISE, WIRE alebo COBE, ktorých superpresné vedecké meracie systémy museli byť chladené na teplotu čo najbližšiu absolútnej nule.

Tento druh šumu je zároveň jedným z hlavných vinníkov zhoršenia obrazu z digitálneho fotoaparátu, kde sa na jeho označenie používa aj názov digitálny šum.

Podľa jeho charakteru sa nazýva aj biely šum, pretože prechádza celým spektrom frekvenčného rozsahu (tak ako biele svetlo obsahuje spektrum všetkých jednotlivých farieb).

Výstrelový šum (Shottkyho) 
Vzniká pri prerušovaní prúdov elektrónov v klopných elektronických obvodoch a dá sa prirovnať k rázovej zvukovej vlne po výstrele. Prúd elektrónov je pri činnosti klopných obvodov prudko zastavený alebo uvoľnený, čo vyvolá elektronický ekvivalent rázovej vlny. Tá sa šíri vodičmi a pri rýchlom prepínaní toku elektrónov vzniká šum, ktorý by sa dal prirovnať zvuku dažďa na plechovej streche. Šum dažďa je zvuk pomerne konštatnej úrovne, ale je tvorený množstvom miniatúrnych nárazových vĺn (dopadov kvapiek).

Kmitavý šum 
Je tiež známy aj ako 1/f šum alebo ružový. Je to signál alebo proces, ktorého výkonová frekvenčná hustota je priamo úmerná prevrátenej hodnote frekvencie. Pri zdvojnásobení frekvencie klesne energia o 3 dB. Zvukové systémy a aparatúry sa testujú často práve za pomoci ružového šumu aby sa zistilo, či dokážu splniť požadované nároky prenosu v celom rozsahu.

Ďalšími, menej vyskytujúcimi sa druhmi sú červený šum (Brownov), modrý, poúrpurový, šedý, zelený aj čierny.

Iné projekty

Referencie

Zdroj 
 Farby šumu – autor Joseph S. Wisniewski
 Zafarbenie šumu  – autor Mark Thompson

Akustika
Digitálna fotografia
Zvuk
Elektronika