Fehérzaj
Fehérzajnak nevezzük azt a zajt, melynek teljesítménysűrűsége független a frekvenciájától, vagyis spektrális sűrűsége a teljes frekvenciatartományban konstans. Ekkor az egymást követő zajértékek között semmilyen korreláció nincs.[1]
A valóságban végtelen sávszélességű fehérzaj nincs, hiszen ennek végtelen lenne a teljesítménye, az egyenletes teljesítmény csak bizonyos frekvenciatartományban lehet igaz.
Numerikus szimulációk esetén a mintavételezést követően a felső határfrekvencia a mintavételi frekvencia fele lesz.
A fehérzaj korrelálatlan, kicsi az esélye, hogy hosszabb egybefüggő intervallumokat kapjunk.
Probléma esetén lásd:Médiafájlok kezelése.
A fehérzaj képként megjelenítve:
A fehérzaj forrásai
[szerkesztés]A fehérzajok egyik legfontosabb forrása az ellenállások termikus zaja. Az ellenállás termikus zajának teljesítménysűrűségét a következő egyenlet adja meg:
Előállítása
[szerkesztés]Digitális úton
[szerkesztés]Egyenletes eloszlású fehér zajt igen könnyű digitális úton előállítani, mindössze a pszeudovéletlenszám-generátor által szolgáltatott véletlenszerű egész számokat kell átskálázzuk, hogy az általunk kívánt tartományba jussanak az egymás utáni adatpontok. A szolgáltatott zaj felső határfrekvenciája a mintavételi frekvencia felének felel meg.
1 másodperces, 44100Hz mintavételi frekvenciájú, 32bit bitmélységű fehérzaj előállítására egy lehetséges példa c nyelven:
...
#include <stdlib.h>
...
int main(){
...
int32_t sample_white[44100];
int i;
...
for(i=0;i<44100;i++){
sample_white[i]=rand();
}
...
}
Fehér zajt tartalmazó képet is egyszerű létrehozni digitális úton. Egy 320x240 méretű, 8 bites monokróm kép esetében:
...
#include <stdlib.h>
...
int main(){
...
int8_t sample_white[319][239];
int x,y;
...
for(x=0;x<320;x++){
for(y=0;y<240;y++){
sample_white[x][y]=rand();
}
}
...
}
Analóg áramkörökkel
[szerkesztés]Fehérzajt egyszerű analóg áramkörökkel is létre lehet hozni. A tárgyban szereplő áramkörök kivezetései:
- P1: egyenfeszültség, a zajgenerátor tápfeszültsége
- P2: a zaj kivezetése
A C1 kondenzátor a tápfeszültség felől érkező lehetséges zavarójelek kiszűrését végzi.
Az analóg áramkörök által létrehozott fehérzaj kvantálásával valódi véletlenszámok állíthatók elő.[2]
Fehérzaj előállítása ellenállással
[szerkesztés]Az ellenállásban a rajta átvezetett áram hatására keletkező zajt használjuk fel. A kapcsolás gyenge jelet ad, hogy használható erősségű jelet kapjunk, a P2 kimenetet egy többfokozatú erősítőre kell kapcsolni.
Fehérzaj előállítása zener diódával
[szerkesztés]A zener diódán sokkal nagyobb zaj keletkezik, mint az ellenállásokon. A megfelelő jelszinthez viszont itt is többfokozatú erősítő alkalmazására van szükség.
Fehérzaj előállítása MOSFET-tel
[szerkesztés]Az R1, R2 ellenállás a MOSFET lineáris működéséhez szükséges gate feszültség előállítására szolgál. A C2 kondenzátor az R1, R2 osztón keletkező zajt rövidre zárja, mivel itt csak a MOSFET-ben keletkező zajt akarjuk felhasználni. Az R3 ellenálláson a drain kap feszültséget, valamint a kijövő zaj munkaellenállásának a szerepét is betölti.
A passzív kapcsolásokhoz képest lényegesen nagyobb zajjelet ad, amit egy egyszerű erősítőkapcsolással is megfelelő szintre lehet emelni.
Jelentősége
[szerkesztés]A fehérzaj a legegyszerűbben előállítható zajtípus, mivel előállítható egy ellenállás termikus zajából, vagy digitális úton egy véletlenszámgenerátor segítségével. A fehérzajból
- szűrőáramkörök segítségével
- fourier transzformációval
bármilyen frekvenciamenetű színes zaj előállítható.
Kiemelt jelentősége van
- sztochasztikus folyamatok modellezésénél
- digitálisan kódolt analóg jelekkel dolgozó programok (digitális jelfeldolgozás) fejlesztésénél, tesztelésénél (kodekek, tömörítők tesztelése)
- erősítő áramkörök tesztelésénél
- hang- kép- videoeffektek fejlesztésénél
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ Az 1/f -zaj időbeli szerkezete és a zajanalízis alkalmazásai. (Hozzáférés: 2024. szeptember 2.)
- ↑ A Random Number Generator Based on Electronic Noise and the Xorshift Algorithm. (Hozzáférés: 2024. szeptember 4.)