Kosmische achtergrondstraling, tv-ruis en radioruis

[jkien]

De kosmische achtergrondstraling is warmtestraling van 2,7 K, waarvan de piek ligt bij frequentie 160 GHz en golflengte 1,9 mm.(wiki)

 

Een bekende bewering was dat 1% van de ruis ('sneeuw') op een tv die 'tussen twee kanalen in' was afgestemd, afkomstig was van de kosmische achtergrondstraling. Maar de tijd van analoge tv is voorbij, dus niemand ziet dat meer. FM radio is er nog wel.
 
Vraag: geldt die 1% ook voor FM-radioruis: als de radio tussen twee kanalen in is afgestemd? Analoge tv-kanalen zijn ongeveer 400 MHz, FM radiokanalen 100 MHz.
 
 

[Michel Uphoff]

De CBR heeft een black body karakter, dus ook op die wat lagere frequenties zou er nog wat opgepikt moeten worden. Wel minder dan het aandeel in de tv ruis. Als die 1% van de analoge tv bij 400 MHz ongeveer correct is schat ik het rond 0,1% op 100 MHz.

[jkien]

De piek van de 2,7 K straling, 160 GHz, ligt veel hoger dan de UHF-band. Zou je tegenwoordig niet beter kunnen zeggen dat 1% van de ruis op buienradar (5 GHz) afkomstig is van de kosmische straling?

[Michel Uphoff]

cmb_intensity 2667 keer bekeken

CBR. Bron: Nasa.
 
Als die 1% op analoge tv frequenties correct is, dan zou je bij hogere frequenties wat meer verwachten. Maar er een percentage aan vastknopen, dat durf ik niet.

[jkien]

De Astra satelliet heeft een zendfrequentie van 20 GHz, dat komt veel dichter in de buurt van 160 GHz. Maar ik weet niet of je met een satellietschotel 'tussen twee kanalen in' kunt afstemmen, en of je dan sneeuw ziet.

 

[Benm]

Digitale decoders zien geen sneeuw of ruis - die dingen werken of wel niet, ofwel wel, en in een heel sporadisch geval zo nu en dan met storingen, maar dat is echt als je precies op de grens van de benodigde SNR zit (zeg 1 dB eronder oid). 
 
Maar ook met FM is het een lastige bewering, gezien ik aanneem dat men doelt op de ruis uit de ontvanger na demodulatie. Voor SSB en dergelijke heeft dat een directe correlatie met de daadwerkelijke ruis in het hoogfrequentsignaal, maar bij FM al niet meer. 
 
FM signalen zijn zeker niet zo alles-of-niets dan digitale modulatietechnieken, maar hebben wel een veel scherpere overgang tussen goede en slechte ontvangst vergeleken met SSB of zelfs AM. 
 
Waar dat 1% verhaal vandaan komt is me overigens volledig onduidelijk, het hangt namelijk nogal af van de ontvanger (noise figure van met name de eerste versterkerstap) en ook van de antenne. Het zou best kunnen dan het in een gangbare thuisinstallatie met een antenne op het dak 1 procent was, maar dan zou  je eerder iets gaan doen aan die andere 99%
 
Voor communicatie in de ruimte, probes, sondes, dat soort dingen speelt het natuurlijk wel een rol, maar dan heb je ook enorme path losses, en in de regel veel hogere frequenties (2 of 8 GHz oid). 

[jkien]

Waar dat 1% verhaal vandaan komt is me overigens volledig onduidelijk, het hangt namelijk nogal af van de ontvanger .. en de antenne.

 
Kennelijk gaat het om het percentage fotonen, gemeten met een ideale ontvanger die minder ruis bijdraagt dan de kosmische achtergrondstraling. Bijvoorbeeld in dit boek uit 2001: "in fact about one percent of the photons that cause snow on tv belong to the microwave background". Een ander boek (2017) zegt specifiek dat het om de UHF-kanalen gaat: ".. photons - an ordinary television set tuned to one of the UHF channels will show snow which has about 1% of the signal"
 
Van den Heuvel (2017, klik) stelt dat die 1% geldt voor tv met een antenne op het dak: "TV broadcasts with an antenna on the roof (that is: not through a cable), about 1% of the 'snow' on their TV screens is due to the photons of the cosmic microwave background radiation."

[jkien]

1% van het aantal fotonen betekent 20 dB zwakker dan de totale achtergrond. Afgaande op de onderstaande grafiek geldt dat voor een plattelandsgebied.

RF-noise 2664 keer bekeken

bron: McCarthy en soldersmoke.

Opmerkelijk aan deze grafiek is dat de kosmische achtergrondstraling een dalende rechte lijn is, die niet of nauwelijks piekt bij 160 GHz. Zou dat komen door absorptie in de aardatmosfeer?

[Benm]

Dat zou kunnen, maar die 1% is dan nog afhankelijk van factoren, bijvoorbeeld de directionaliteit van de antenne - als je mikt op een zendmast ergens halverwege een berg, dan zou ik denken dat de rest van die berg de achtergrond afschermt. 
 
Wellicht is de rol interessanter als je naar satelliet televisie kijkt - dan mik je je schotel sowieso de ruimte in, en zit je ook met hogere frequenties (15 GHz oid). Tegenwoordig zijn die signalen echter wel voornamelijk digitaal, en vrees ik dat de beperkende factor ofwel de diameter van de schotel, ofwel het ruisgetal van de LNB is, niet de storing door achtergrondstraling. 

[jkien]

Wat is tegenwoordig in huis het beste apparaat om het plezier te beleven van het zien of horen van kosmische ruis van de big bang?
 
Niet de tv want niemand heeft meer antennes op het dak. Ook niet FM-radio, omdat sterktevariaties van de kosmische ruis niet corresponderen met luidheidsvariaties van de ruis uit de speaker.
 
Dan blijft AM-radio over, en sterktevariaties van de kosmische ruis correleren wel met luidheidsvariaties van de ruis uit de speaker. Volgens de grafiek van bericht 8 is overdag(?) op het platteland de kosmische ruis in de AM-band (~1 MHz) circa 1% van de totale ruis.

 

[Benm]

Eigenlijk denk ik dat er niets meer is waarmee je echt naar de achtergrondruis kunt kijken of luisteren. Misschien nog de kortegolf radio in afgelegen gebieden, maar in nederland is dat in onbruik geraakt, al kun je nog stations van over de hele wereld beluisteren met een geschikte ontvanger en antenne. 
 
Voor zover ik kan zien is de enige analoge radiotechniek die veel mensen in de praktijk gebruiken de FM omroepband, en dan met name in de auto. Vrijwel alle auto's hebben nog FM ontvangers, en ook veel smartphones en dergelijke kunnen in principe fm ontvangen (met de oordopjes als antenne, maar goed). 
 
FM zie ik daarom nog wel even overleven, zeker gezien hoe lang auto's mee gaan en hoe beperkt het aantal met DAB+ ontvangers is. Voor noodgevallen en dergelijke is het bovendien een ideaal medium, zeker als internet/3g/4g overbelast raken heb je nog een communicatiekanaal, zij het 1 kant op.