Rumore

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In generale il rumore è un segnale di disturbo rispetto all'informazione trasmessa in un sistema.

Questo vale in acustica dove, come i suoni, il rumore è costituito da onde di pressione sonora, ma vale anche in elettronica, dove per rumore si intende l'insieme di segnali in tensione o corrente elettrica indesiderati che si sovrappongono al segnale utile. Si parla di rumore anche in informatica e teoria dell'informazione per indicare qualunque tipo di informazione di disturbo.

La pressione sonora del rumore è misurata in decibel, ma per quantificare l'effetto dannoso del rumore sul segnale utile si usa esprimerlo in termini di rapporto segnale/rumore, ovvero un valore adimensionale ottenuto come rapporto tra l'intensità del segnale e del rumore, entrambi espressi in decibel.

Acustica

Il rumore è prodotto da innumerevoli fonti naturali ed artificiali. Anche in condizioni di apparente silenzio l'aria è attraversata da onde sonore che non vengono percepite perché troppo deboli oppure al di fuori della gamma udibile. Onde sonore di frequenza inferiore ai 20Hz (infrasuoni) e superiori a 20KHz (ultrasuoni) non sono percepite dall'orecchio umano. Generalmente i rumori sono suoni caratterizzati da un andamento di pressione non periodico e armonicamente molto complesso, ma a volte la percezione di suono oppure di rumore è soggettiva.
In generale le sorgenti di rumore (o di suono) sono:

1. corpi solidi oscillanti;
2. colonne d'aria oscillanti;
3. corpi in movimento rapido;
4. gas rapidamente fuoruscenti;
5. incrementi rapidi di pressione;
6. la voce umana, complicata combinazione di 1 e 2.

Per la propagazione è necessario un mezzo elastico, nel quale la sorgente crea una successione di onde di rarefazione e compressione, che si muovono con una velocità dipendente solo dalle condizioni del mezzo. Tale successione porta le particelle del mezzo a vibrare attorno alla posizione di equilibrio lungo la direzione di propagazione dell'onda (quindi le onde sonore sono onde longitudinali). Vale la legge di Ohm acustica: Δ p = ρ₀ c v, cioè la pressione sonora è proporzionale alla velocità di oscillazione delle particelle. Da questa formula si può poi ricavare:

${\displaystyle c={\sqrt {\frac {\Delta p}{\Delta \rho }}}}$ 

che, se valutata lungo una trasformazione adiabatica infinitesima (quindi isoentropica), quale è la trasformazione che si può supporre avvenga per il passaggio del mezzo di propagazione tra la zona di compressione e la zona di rarefazione di un'onda sonora, porta ad esprime la velocità del suono come:

${\displaystyle c={\sqrt {\frac {E_{s}}{\rho }}}}$  con E_s modulo di comprimibilità isoentropico del mezzo di propagazione.

In particolare per il gas ideale: ${\displaystyle c={\sqrt {kpv}}}$ .
Si ricorda che nell'aria la velocità del suono dipende fortemente anche dalla temperatura.

Si pone solitamente una distinzione importante tra rumore aereo e rumore impattivo: il primo si diffonde nell'aria, il secondo non solo nell'aria, ma anche in corpi solidi vicini alla sorgente.

Elettronica

In elettronica si distingue tra rumore e disturbo, per rumore solitamente si intende segnali di origine interna, mentre i disturbi sono segnali che provengono dall'esterno. Il rumore consiste di "fluttuazioni" dovute a proprietà fondamentali della materia e in quanto tali di origine interna e non eliminabili. Queste fluttuazioni che si osservano a livello macroscopico derivano da fluttuazioni a livello microscopico. Si manifestano nella forma di segnali casuali il cui andamento nel tempo non è descrivibile analiticamente, ma solo in termini statistici. La sorgente di rumore più comune negli apparati e dispositivi elettronici è il rumore termico, esso è infatti intrinseco di ogni elemento dissipativo (es. resistori)che si trovi ad una temperatura diversa dallo zero assoluto. Scoperto da Jonhson e teorizzato analiticamente da Nyquist, questo rumore è conseguenza dell'agitazione termica dei portatori di carica in un conduttore. Il loro movimento caotico è tale da creare ai capi di un resistore una differenza di potenziale che mediamente vale 0 Volt (si dice che il valore medio del processo rumore bianco è nullo), ma che se misurata con uno strumento che non carichi il resistore è altamente variabile e descrivibile solo in termini statistici: il valore quadratico medio (quadrato del valore efficace) dipende dalla temperatura ed è pari a

${\displaystyle V_{n}^{2}=4KTdfR}$ .

Altri rumori elettronici (oltre al rumore termico):

• rumore shot
• rumore 1/f (o rumore Flicker)
• rumore Burst
• rumore valanga

Tra i disturbi:

• Segnali armonici prodotti da rapide variazioni di corrente in sistemi oscillanti
• Disturbi elettrici di provenienza esterna (vedi EMC)

Grafica

Il rumore, in grafica, è introdotto nei dati dal sensore di acquisizione delle immagini. È una variazione della risposta (output del sensore) che interferisce con l'abilità dell'occhio umano ad estrarre informazioni da un’immagine. Il rumore degrada l’immagine in una varietà di forme; modellare il rumore è il primo passo per la sua eliminazione; è un problema complesso.

Voci correlate

• Rumore bianco
• Rumore rosa
• Rumore termico