Only Perception: 隨機雜訊可使訊號更清晰

2012-01-04

隨機雜訊可使訊號更清晰

Random noise helps make signals clearer
http://www.physorg.com/news/2011-12-random-noise-clearer.html

December 6, 2011

科學家已在一篇剛發表於 European Physical Journal B 的論文裡證明這些能量條件（energy conditions）：其中，由於隨機雜訊的存在，供給某物理系統的弱訊號，在輸出時會變成更強的訊號（一種稱為隨機共振 (stochastic resonance) 的過程）。

隨機共振似乎違逆了下面這種直覺的想法：當雜訊存在時，訊號傾向消失（fade）。那發生在響應（response）與所施加之輸入訊號不成比例的非線性系統中。

作者們（來自印度 Bhubaneswar，物理研究所的 Shubhashis Rana、 Sourabh Lahiri 與 Arun M. Jayannavar）使用了一種模型，由一種對稱的雙井能量勢（double-well energy potential）所構成，在其中有個粒子隨機運動，而障壁則會受到外部正弦訊號的影響。正弦訊號會交替降其中一個能勢井。他們藉由觀察粒子的運動來研究侷限能勢之（能量）障壁陡峭程度的影響（They studied the effect of the steepness of the walls of the confining energy potential by observing the movement of the particle）。

作者們選擇了一種計量器（quantifier）-- 訊號對系統所做的平均功（average work） -- 來測定這些條件：在其中，每當訊號達到隨機共振時，粒子會從某個井移動到相對的井，然後返回。他們發現那（隨機共振）只會發生在能勢為「堅硬（hard）」的時候，意思是它有夠陡峭的障壁，否則（隨機共振）會被破壞。先前的研究使用不同的計量器，且發現類似結果，使用數值模擬也證實他們的發現。

這項研究促進科學家對於隨機共振的理解。那最終能對物理相關現象（例如，處理非清晰影像以增加它們的清晰度）與生物系統（包括小龍蝦的機械性刺激受器 (mechanoreceptor) 以及人類感覺神經元的作用）有更深入的洞見。

※ 相關報導：

＊ The role of soft versus hard bistable systems on stochastic resonance using average cycle energy as a quantifier
http://dx.doi.org/10.1140/epjb/e2011-20802-9