Hur uppstår brus

[MrQaffe]

Vad är det för mekaniker som gör att det uppstår brus? kommer det från föroreningar, mekaniska felaktigheter/vibrationer, instrålning från etern, dålig jord? Ja vad är det som gör att det blir ett slumpmässigt ocillerande på det sätt som uppstår i de flesta elektronikenheter, och vi kallar brus, och finns det nått sätt att åtgärda detta vid grunden, dvs tillverka komponenter som är så stabila/imuna att bruset upphör, har läst att man kan sänka nivån på bruset om man kyler kretsarna, men går det att göra tex en förstärkare som inte allstrar något brus alls, utan att man "filtrerar", dvs en helt "tyst" koppling som inte allstrar brus någonstans. Som det ser ut idag är det ju väldigt få apparater som presterar ett brusgolv lägre än -130dB, är det tex möjligt att göra en kretslösning som kan hantera 24bits upplösnnig fullt ut utan att signalen hamnar under brusgolvet?

[Svante]

Det finns olika sorters brus, gemensamt för flera av dem är att de är en summa av massor av "händelser" på mikronivå.

Ta tex mikrofonbrus. Utöver det som genereras i elektroniken så finns det ett rent akustiskt brus. Mikrofonen mäter ju lufttryck, och det trycket kan ses som en massa kollisioner mellan luftmolekyler och membranet. Molekylerna studsar alltså på membranet, och summan av alla de studskrafterna ger en nettokraft på membranet. Denna kraft mäts och är proportionell mot det som vi kallar lufttryck.

Normalt så är de här kollisionerna så många och ligger så tätt i tiden att vi kan se krafterna från alla de impulsliknande kollisionerna som en enda statisk kraft. Men tittar man närmare på kraften så kan man faktiskt se de enstaka kollisionerna som ett svagt brus.

Det finns liknande mekaniskmer bakom termiskt brus som ger en spänning från motstånd, i halvledare osv. Ibland filtreras bruset av kopplingen så att brusets spektrum blir färgat.

Ett sätt att sänka bruset är att sänka temperaturen. Det tillämpas flitigt i lite mer avancerade uppkopplingar för forskningsändamål. Det är dock rätt slabbigt att hålla på med flytande kväve hemma, så jag tror det dröjer innan vi får se det för hemmabruk.

[phon]

Ett sätt att sänka bruset är att sänka temperaturen. Det tillämpas flitigt i lite mer avancerade uppkopplingar för forskningsändamål. Det är dock rätt slabbigt att hålla på med flytande kväve hemma, så jag tror det dröjer innan vi får se det för hemmabruk.

Det märks ganska väl på ett mikrovågshuvud, det brusar mindre när det är kallt ute, i.e. huvudet är kallt. Mät en sommarvarm LNB resp samma LNB direkt från frysen.

Man kan se markbruset på en spektrumanalysator om man vrider parabolen nedåt, och man kan "se" ett träd också, eller en hand.

En fördel med så kallade offsetantenner är att den signal mataren får när den tittar förbi kanten kommer från en kall norrhimmel. Det är en fördel att man då har monterat parabolen så den kan se himlen bakom sig, att den inte sitter monterad mot/på en vägg.

Det går att kyla ingångssteg med peltier-element, inte lika kallt som flytande kväve men ändå märkbart förbättrad signal. Det har jag provat, tillräckligt jobbigt bara det.

Jag har aldrig försökt kyla audoioelektronik, behöver man verkligen det ... ? Skulle vara ett RIAA då?
.

[FalloutBoy]

Som det ser ut idag är det ju väldigt få apparater som presterar ett brusgolv lägre än -130dB, är det tex möjligt att göra en kretslösning som kan hantera 24bits upplösnnig fullt ut utan att signalen hamnar under brusgolvet?

Frågan är vad man skulle ha för nytta av ett brusgolv lägre än -130dB vid musikuppspelning? Runt -80dB är antagligen mer än tillräckligt om inte speciella omständigheter råder (extrema ljudtryck och/eller extremt tysta miljöer).

Du får ju räkna in att du har ett bakgrundsbrus i alla normala miljöer som du måste "överrösta" om du ens ska kunna höra bruset från fonogrammet/anläggningen.

[MrQaffe]

Jag var mer intresserad av en förklaring av mekaniken bakom, inte någon verklig applikation, jag vet att man är lång under hörbarhetsgränsen, men vad är det som gör att det brusar? någon termoelektrisk effekt? Allstras det alltid spänning i komponenter pga temperaturen? Är i så fall supraledare utan eget brus, Jag vet att man inom astronomi försöker kyla komponenter till 5-7Kelvin för att få bättre känslighet. Men finns det något sätt att eliminera brusuppkomst genom att tillverka komponenter på något särskillt lämpligt sätt? jag har sett komplementära effekt transistorer samanbyggda i samma kåpa. Är det så man ska göra? sätta ihop kretsarna "tight" så de får jämn temperatur, skulle man kunna använda en kylkompressor för att pressa upp upplösningen, är det någon som vet hur mycket vibrationer påverkar brusnivån, finns det några mätningar på sånt?
Det här är bara rena fysik/teknikfrågor som inte avser någon praktisk tillämpning, jag är medveten om att det maskeras under hörbarhetsgränsen, men vad är möjligt att åstadkomma med val av rätt komponenter.
Jag har för några år sedan lyssnat på mina stora Soundlab elektrostater i kyla, de låter då renare, mer detaljerat, men jag har alltid tänkt att det är luftdensiteten som är högre så de kopplar bättre i luften, men det kanske är så att anläggnnigen har presterat bättre även i elektroniken pga lägre temp.

[Svante]

Wiki hade en sida som förklarar en del:

http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_noise

[PerStromgren]

Jag har för några år sedan lyssnat på mina stora Soundlab elektrostater i kyla, de låter då renare, mer detaljerat, men jag har alltid tänkt att det är luftdensiteten som är högre så de kopplar bättre i luften, men det kanske är så att anläggnnigen har presterat bättre även i elektroniken pga lägre temp.

Luftfuktigheten påverkar elektrostathögtalre också, kan det var den effekten du hörde, kanske?

[Piotr]

Luftfuktigheten påverkar elektrostathögtalre också, kan det var den effekten du hörde, kanske?

Ja och kondensatormikrofoner likaså.


/Peter

[Piotr]

Du får ju räkna in att du har ett bakgrundsbrus i alla normala miljöer som du måste "överrösta" om du ens ska kunna höra bruset från fonogrammet/anläggningen.

Fast det där tror jag är lite av en myt eller ett missförstånd.

Bruset i ett rum kommer (normalt) som ett fält runtomkring oss medans det inspelade bruset på ett fonogram kommer från "en" riktning. Jag tror inte man får en fullt effektiv maskeringeffekt av rummets brus mot det inspelade från en stereouppsättning av högtalare.

Dessutom så är akustiskt brus ofta ordentligt sluttande mot högre frekvenser medans elektroniskt brus är mer åt det vita hållet.

För normalt bruk räcker det mesta i modern väg tror jag men om man prompt ska ha full dynamik med möjlighet till 120-130dB SPL toppar i lyssningsposition så krävs det en del av anläggningen. Man får tänka på att om alla apparater i in och avspelningskedjan har samma nivå och spektrum på bruset så försämras dynamikomfånget med 3db för varje dubblering av länkar i kedjan. Kan väl betyda 7-20dB minskning av dynamiken i praktiken.

Jag diggar brusfri återgivning!


/Peter

[Piotr]

Jag har aldrig försökt kyla audoioelektronik, behöver man verkligen det ... ? Skulle vara ett RIAA då?

Eller en mickpreamp?

Vilken gain och signalnivå brukar en RIAA jobba med?


/peter

[Ragnwald]

Alla komponenter i en krets bidrar med brus, om än enskilt väldigt lite, men sammantaget blir det ju klart mätbart.
I MC-steg kan däremot tex enbart ett extra litet motstånd, ogenomtänkt applicerat skapa hörbart brus.

[MrQaffe]

Jag har för några år sedan lyssnat på mina stora Soundlab elektrostater i kyla, de låter då renare, mer detaljerat, men jag har alltid tänkt att det är luftdensiteten som är högre så de kopplar bättre i luften, men det kanske är så att anläggnnigen har presterat bättre även i elektroniken pga lägre temp.

Luftfuktigheten påverkar elektrostathögtalre också, kan det var den effekten du hörde, kanske?

Luftfuktigheten påverkar ju helt klart densiteten, jag är mycket medveten om det och att det är en tydlig skillnad på ljudet om man kör systemet i kall luft, men det kanske även påverkar elektroniken, man kanske skulle lägga in hifidelarna i frysboxen o provlyssna om det är någon skillnad, det kanske går att sänka tempen 50 grader om man kör boxen för fullt och bygger någon form av isolerad kabelgenomföring. Vore ju även spännande att höra vad som hände om man kväve kylde anlägnnigen, men den kanske spricker av det

[RogerGustavsson]

Jag har för några år sedan lyssnat på mina stora Soundlab elektrostater i kyla, de låter då renare, mer detaljerat, men jag har alltid tänkt att det är luftdensiteten som är högre så de kopplar bättre i luften, men det kanske är så att anläggnnigen har presterat bättre även i elektroniken pga lägre temp.

För elektrostater med spända plastmembran finns säkert möjligheten att de membranen ändrar sträckning med temperaturen. Inte minst kan strukturen som bär upp ändra såväl styvhet som dimension. Det brukar också vara så att en elektrostat eller magnetostat har lite olika karaktär om de nyligen har spelats flitigt på eller om det har legat i "träda" en längre tid. Membranens undre resonansfrekvens ändras en del beoroende på "aktivitetsgrad". Luftfuktigheten påverkar en elektrostat, helt klart.

[Svante]

Du får ju räkna in att du har ett bakgrundsbrus i alla normala miljöer som du måste "överrösta" om du ens ska kunna höra bruset från fonogrammet/anläggningen.

Fast det där tror jag är lite av en myt eller ett missförstånd.

Bruset i ett rum kommer (normalt) som ett fält runtomkring oss medans det inspelade bruset på ett fonogram kommer från "en" riktning. Jag tror inte man får en fullt effektiv maskeringeffekt av rummets brus mot det inspelade från en stereouppsättning av högtalare.

Dessutom så är akustiskt brus ofta ordentligt sluttande mot högre frekvenser medans elektroniskt brus är mer åt det vita hållet.

För normalt bruk räcker det mesta i modern väg tror jag men om man prompt ska ha full dynamik med möjlighet till 120-130dB SPL toppar i lyssningsposition så krävs det en del av anläggningen. Man får tänka på att om alla apparater i in och avspelningskedjan har samma nivå och spektrum på bruset så försämras dynamikomfånget med 3db för varje dubblering av länkar i kedjan. Kan väl betyda 7-20dB minskning av dynamiken i praktiken.

Jag diggar brusfri återgivning!


/Peter

Nja, båda har ju rätt. Man måste överrösta bakgrundsbruset, dvs det finns en nivå för bakgrundsbullret som är så stark att den överröstar inspelningens brus.

Därmed inte sagt att det sker när de är lika starka.

[Piotr]

Ja det där var ju en bra vinkel på det hela!


/Peter

[Svante]

[phon]

Eller en mickpreamp?
Vilken gain och signalnivå brukar en RIAA jobba med?
/peter

Ja, en mikpreamp vore kanske en bättre försökskanin, aktuellt i en annan tråd. Ett RIAA har väl runt 40dB gain i basen, mm-nivåer på 5-10 mV. Det kanske lönar sig mer att minska brus vid mc med dess lägre nivåer och högre gain.

[MrQaffe]

Finns det någon möjlighet till analog "noiseshaping" dvs att ändra brusets karraktär så att det hamnar i ohörbara områden? Eller kan man få brusets bandbredd att öka och på så sätt få ned nivån, om man förutsätter samma totala energiinnehåll i brusspektrat eller är det så att analogbruset alltid är bredbandigt och inte kan "luras"?

[Piotr]

men går det att göra tex en förstärkare som inte allstrar något brus alls, utan att man "filtrerar", dvs en helt "tyst" koppling som inte allstrar brus någonstans.

Det är nog inte möjligt.

Som det ser ut idag är det ju väldigt få apparater som presterar ett brusgolv lägre än -130dB, är det tex möjligt att göra en kretslösning som kan hantera 24bits upplösnnig fullt ut utan att signalen hamnar under brusgolvet?

Vet inte hur stort dynamiskt omfång de bästa analoga kretsarna har men det ligger nog runt 24bit tror jag.

Sedan finns det trixiga AD-omvandlare som använder flera kretsar (tex. fyra stycken 24bit omvandlare) som jobbar parallellt och som använder DSP för att ta signalen från de olika AD beroende på signalnivå. Detta ger större dynamik än vanliga 24 bitars omvandlare. Kommer inte ihåg exakt hur de fungerar. Sveriges radio har dessa i sin arsenal.

Enligt tillverkaren har de en omfång på hela 150dB.

http://www.stagetec.com/stagetec/e_truematch.htm


/Peter

[Piotr]

Finns det någon möjlighet till analog "noiseshaping" dvs att ändra brusets karraktär så att det hamnar i ohörbara områden? Eller kan man få brusets bandbredd att öka och på så sätt få ned nivån, om man förutsätter samma totala energiinnehåll i brusspektrat eller är det så att analogbruset alltid är bredbandigt och inte kan "luras"?

Det är nog inte heller möjligt.

Finns vissa som hävdar gott resultat från DSP där man analyserar bruset utan musiksignal och sedan filtrerar bort detta när musiken väl spelar. Det jag har hört fungerar inget vidare för musik men i andra sammanhang där kvalitén inte är kritisk så kan det fungera. Tex. vid kommunikation och kriminal/rättsarbete.


/Peter