Ein dynamisches Phänomen, bei dem das Vorhandensein zufälliger Schwankungen (Rauschen) in einem nichtlinearen, schwellenhaften System die kohärente Antwort auf ein schwaches periodisches oder unterschwelliges Eingangssignal verstärkt und eine optimale Rauschstärke erzeugt, die die Signalerkennbarkeit bzw. Periodizität der Ausgabe maximiert.

Prinzip

Rauschinduzierte Übergänge oder Fluktuationen synchronisieren sich mit einer externen Zeitskala, wenn die transitionsrate durch das Rauschen mit der Periode der Anregung übereinstimmt, wodurch das Signal‑zu‑Rausch‑Verhältnis der Antwort verbessert wird.

Demonstration

Ein Teilchen in einem bistabilen Potential, das einer unterschwelligen sinusförmigen Anregung und additivem weißem Rauschen unterliegt, zeigt bei mittlerer Rauschamplitude maximal periodische Umschaltungen zwischen den Potentialmulden und einen Spitzenwert der spektralen Leistung bei der Anregungsfrequenz.

Fehlanwendung

Zu behaupten, dass Rauschzugabe die Detektion in jedem System monoton verbessert (es erfordert Nichtlinearität und einen Schwellenmechanismus) oder eine in einem linearen System beobachtete Verbesserung auf stochastische Resonanz zurückzuführen.

Konsequenz

Wenn vorhanden und korrekt genutzt, erzeugt stochastische Resonanz ein optimales Rauschniveau, das schwache periodische Signale verstärkt und deren Detektion oder Informationsübertragung ermöglicht, die im rauschfreien unterschwelligen Zustand nicht möglich wäre.

Umkehrung

Deterministische Resonanz (klassische erzwungene Resonanz), bei der die Verstärkung aus der linearen Antwort an einer Eigenfrequenz des Systems entsteht, oder stochastische Anti‑Resonanz, bei der Rauschen die Kohärenz vermindert.

Abgrenzung

Voraussetzung ist ein nichtlinearer oder schwellenhafter Mechanismus und eine kohärente unterschwellige Eingabe; gilt nicht für rein lineare Systeme oder für Signale ohne charakteristische Zeitskala; üblicherweise wird stationäres oder quasistationäres Rauschen angenommen.

Semantische Spannung

Wird häufig mit Kohärenzresonanz (rauschinduzierte Regelmäßigkeit ohne externe periodische Anregung) oder mit linearer resonanter Verstärkung verwechselt; der Unterschied liegt in der Anwesenheit einer externen periodischen Anregung und der Rolle der Nichtlinearität.

Synthese

Stochastische Resonanz ist die selektive Verstärkung eines schwachen periodischen Signals durch passend eingestellte zufällige Schwankungen in einem nichtlinearen schwellenhaften System, die eine im rauschfreien Fall nicht vorhandene kohärente Antwort erzeugen.