Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сюда перенаправляется «черный шум». Чтобы узнать о других значениях, см. Черный шум .

Цвета шума
белый
Розовый
Красный (броуновский)
Серый

В аудио технике , электронике , физике , и во многих других областях, то цвет шума относится к спектру мощности в виде шумового сигнала (сигнала , полученного с помощью случайного процесса ). Различные цвета шума имеют существенно разные свойства: например, в качестве звуковых сигналов они будут звучать по-разному для человеческого уха , а в качестве изображений они будут иметь заметно различную текстуру . Поэтому для каждого приложения обычно требуется шум определенного цвета. Это ощущение «цвета» для шумовых сигналов аналогично понятию тембра вмузыка (которую также называют «цветным тоном» [ цитата ] ); однако последний почти всегда используется для звука и может учитывать очень подробные характеристики спектра .

Практика наименования видов шума после цветов началась с белого шума , сигнала, спектр которого имеет одинаковую мощность в любом равном интервале частот. Это название было дано по аналогии с белым светом, который (ошибочно) имел такой плоский спектр мощности в видимом диапазоне. [ необходима цитата ] Другие названия цветов, например розовый , красный и синийзатем были присвоены шуму с другими спектральными профилями, часто (но не всегда) со ссылкой на цвет света с аналогичными спектрами. Некоторые из этих имен имеют стандартные определения в определенных дисциплинах, в то время как другие очень неформальны и плохо определены. Многие из этих определений предполагают сигнал с компонентами на всех частотах, со спектральной плотностью мощности на единицу полосы пропускания, пропорциональной 1 / f  β, и, следовательно, они являются примерами степенного шума . Например, спектральная плотность белого шума плоская ( β = 0), в то время как мерцание или розовый шум имеет β = 1, а броуновский шум имеет β = 2.

Смоделированные спектральные плотности мощности как функция частоты для различных цветов шума (фиолетовый, синий, белый, розовый, коричневый / красный). Спектральные плотности мощности произвольно нормированы, так что значения спектров приблизительно эквивалентны около 1 кГц. Обратите внимание, что наклон спектральной плотности мощности для каждого спектра обеспечивает контекст для соответствующей электромагнитной / цветовой аналогии.

Технические определения [ править ]

При анализе используются различные модели шума, многие из которых подпадают под указанные выше категории. AR-шум или «авторегрессивный шум» является такой моделью и генерирует простые примеры вышеупомянутых типов шума и многое другое. Федеральный стандарт 1037C Телекоммуникации Глоссарий [1] [2] определяет белый, розовый, синий и черный.

Названия цветов для этих различных типов звуков происходят из простой аналогии между спектром частот звуковой волны, присутствующей в звуке (как показано на синих диаграммах), и эквивалентным спектром частот световой волны. То есть, если звуковую волну «синего шума» преобразовать в световые волны, полученный свет будет синим и так далее. [ необходима цитата ]

Белый шум [ править ]

Основная статья: Белый шум
Спектр белого шума. Плоский спектр мощности.
(ось логарифмической частоты)

Белый шум - это сигнал (или процесс), названный по аналогии с белым светом , с плоским частотным спектром, когда он отображается как линейная функция частоты (например, в Гц). Другими словами, сигнал имеет одинаковую мощность в любой полосе данной ширины полосы ( спектральная плотность мощности ), когда ширина полосы измеряется в Гц . Например, для аудиосигнала с белым шумом диапазон частот от 40 Гци 60 Гц содержит такое же количество звуковой мощности, что и диапазон между 400 Гц и 420 Гц, поскольку оба интервала имеют ширину 20 Гц. Обратите внимание, что спектры часто строятся с логарифмической частотной осью, а не с линейной, и в этом случае равные физические ширины на распечатанном или отображаемом графике не все имеют одинаковую полосу пропускания, причем одна и та же физическая ширина покрывает больше Гц на более высоких частотах, чем на более низкие частоты. В этом случае спектр белого шума, который одинаково дискретизируется по логарифму частоты (т. Е. Одинаково дискретизируется по оси X), будет наклоняться вверх на более высоких частотах, а не быть плоским. Однако на практике нет ничего необычного в том, что спектры рассчитываются с использованием линейно разнесенных частотных отсчетов, но наносятся на логарифмическую частотную ось,Это может привести к недоразумениям и путанице, если не учитывать различие между равноотстоящими линейными частотными отсчетами и одинаковыми логарифмическими частотными отсчетами.[3]

Розовый шум [ править ]

Основная статья: Розовый шум
Спектр розового шума. Плотность мощности падает на 10 дБ / декаду (-3,01 дБ / октаву).

Частотный спектр розового шума линейен в логарифмическом масштабе ; он имеет равную мощность в пропорционально широких диапазонах. [4] Это означает, что розовый шум будет иметь такую ​​же мощность в диапазоне частот от 40 до 60 Гц, что и в диапазоне от 4000 до 6000 Гц. Поскольку люди слышат в таком пропорциональном пространстве, где удвоение частоты (октава) воспринимается одинаково независимо от фактической частоты (40–60 Гц слышны как тот же интервал и расстояние, что и 4000–6000 Гц), каждая октава содержит такое же количество энергии и , таким образом , розовый шум часто используется в качестве опорного сигнала в звуковой технике . Спектральная плотность мощности , по сравнению с белым шумом, уменьшается на 3,01 дБ пероктава (плотность пропорциональна 1 / f  ). По этой причине розовый шум часто называют « шумом 1 / f ».

Поскольку существует бесконечное количество логарифмических полос как на низкочастотном (DC), так и на высокочастотном концах спектра, любой конечный энергетический спектр должен иметь меньше энергии, чем розовый шум на обоих концах. Розовый шум - единственная степенная спектральная плотность, которая обладает этим свойством: все более крутые степенные спектры конечны, если интегрированы в высокочастотный конец, а все более плоские степенные спектры конечны, если интегрированы с постоянным током, низкочастотные. предел. [ необходима цитата ]

Броуновский шум [ править ]

Основная статья: броуновский шум
Коричневый спектр (-6,02 дБ / октава)

Броуновский шум , также называемый шумом Брауна, представляет собой шум с плотностью мощности, которая уменьшается на 6,02 дБ на октаву с увеличением частоты (плотность частоты пропорциональна 1 / f 2 ) в диапазоне частот, за исключением нуля ( DC ).

Броуновское шум может быть сгенерировано с временной интеграцией с белым шумом . «Коричневый» шум не назван в честь спектра мощности, предполагающего коричневый цвет; скорее, название происходит от броуновского движения . Также известна как «случайная прогулка» или «прогулка пьяницы». «Красный шум» описывает форму спектра мощности, при этом розовый цвет находится между красным и белым.

Синий шум [ править ]

Синий спектр (+3,01 дБ / октава)

Синий шум также называют лазурным шумом. Плотность мощности синего шума увеличивается на 3,01 дБ на октаву с увеличением частоты (плотность пропорциональна f  ) в конечном диапазоне частот. [5] В компьютерной графике термин «синий шум» иногда используется более свободно, как любой шум с минимальными низкочастотными компонентами и без концентрированных всплесков энергии. Это может быть хорошим шумом для дизеринга . [6] Клетки сетчатки расположены в виде синего шума, что обеспечивает хорошее визуальное разрешение. [6] [7]

Черенковское излучение является естественным примером почти идеального синего шума, когда плотность мощности линейно растет с частотой в областях спектра, где проницаемость показателя преломления среды приблизительно постоянна. Точный спектр плотности дается формулой Франка – Тамма . В этом случае конечность частотного диапазона проистекает из конечности диапазона, в котором материал может иметь показатель преломления больше единицы. По этим причинам черенковское излучение также имеет ярко-синий цвет.

Фиолетовый шум [ править ]

Фиолетовый спектр (+6,02 дБ / октава)

Фиолетовый шум также называют пурпурным шумом. Плотность мощности фиолетового шума увеличивается на 6,02 дБ на октаву с увеличением частоты [8] [9] (плотность пропорциональна f  2 ) в конечном диапазоне частот. Он также известен как дифференцированный белый шум, поскольку является результатом дифференцирования сигнала белого шума.

Из-за пониженной чувствительности человеческого уха к высокочастотному шипению и легкости, с которой белый шум может быть электронно дифференцирован (фильтр верхних частот в первом порядке), многие ранние адаптации дизеринга к цифровому аудио использовали фиолетовый шум в качестве сигнала дизеринга. . [ необходима цитата ]

Акустический тепловой шум воды имеет фиолетовый спектр, поэтому он преобладает при измерениях гидрофона на высоких частотах. [10] [11]

Серый шум [ править ]

Основная статья: Серый шум
Серый спектр

Серый шум - это случайный белый шум, подверженный психоакустической кривой равной громкости (такой как перевернутая кривая A-взвешивания ) в заданном диапазоне частот, что дает слушателю ощущение, что он одинаково громкий на всех частотах. [ необходима цитата ] Это контрастирует со стандартным белым шумом, который имеет равную мощность в линейной шкале частот, но не воспринимается как одинаково громкий из-за смещений в контуре равной громкости человека .

Неофициальные определения [ править ]

Есть также много цветов, используемых без точных определений (или как синонимов формально определенных цветов), иногда с несколькими определениями.

Красный шум [ править ]

  • Синоним броуновского шума, как указано выше [12] [13]
  • Подобно розовому шуму, но с другим спектральным составом и другими отношениями (например, 1 / f для розового шума , а 1 / f 2 для красного шума).
  • В областях, где терминология используется свободно, «красный шум» может относиться к любой системе, в которой плотность мощности уменьшается с увеличением частоты. [14]

Зеленый шум [ править ]

  • Среднечастотная составляющая белого шума, используемая в полутоновом дизеринге [15]
  • Ограниченный броуновский шум
  • Шум вокального спектра, используемый для тестирования аудиосхем [16]
  • Джозеф С. Вишневски писал, что «зеленый шум», продаваемый производителями записей окружающих звуковых эффектов, «предположительно является фоновым шумом мира». Это шум, который имитирует спектры естественной обстановки без шумов, созданных человеком. Он похож на розовый шум, но имеет больше энергии в области 500 Гц. [16]

Черный шум [ править ]

  • Тишина
  • Шум со спектром 1 / f β , где β > 2 . Эта формула используется для моделирования частоты стихийных бедствий. [17] [ требуется пояснение ]
  • Шум с частотным спектром с преимущественно нулевым уровнем мощности на всех частотах, за исключением нескольких узких полос или пиков. Примечание. Примером черного шума в системе факсимильной передачи является спектр, который может быть получен при сканировании черной области, в которой есть несколько случайных белых пятен. Таким образом, во временной области при сканировании возникает несколько случайных импульсов. [18]
  • Шум со спектром, соответствующим излучению абсолютно черного тела (тепловой шум). Для температур выше примерно3 × 10 -7  К пик чернотельного спектра находится выше верхнего предела человеческого слухового диапазона . В таких ситуациях черный шум хорошо аппроксимируется фиолетовым шумом . В то же время, излучение Хокинга из черных дыр может иметь пик в диапазоне слуха, поэтому излучение типичной звездной черной дыры с массой , равное 6 солнечных масс будет иметь максимум на частоте 604,5 Гц - этот шум подобен к зеленому шуму. Формула:  Гц. Несколько примеров аудиофайлов с таким спектром можно найти здесь .

Шумно-белый [ править ]

В телекоммуникациях термин « шумный белый» имеет следующие значения: [19]

  • В факсимильных или дисплейных системах, таких как телевидение , неоднородность в белой области изображения, т. Е. Документа или изображения, вызванная наличием шума в принимаемом сигнале .
  • Сигнал или уровень сигнала, который должен представлять белую область на объекте, но имеет содержание шума, достаточное для создания заметных черных пятен на поверхности дисплея или носителе записи .

Шумный черный [ править ]

В телекоммуникациях термин « шумный черный» имеет следующие значения: [20]

  • В факсимильных или дисплейных системах, таких как телевидение , неоднородность черной области изображения, т. Е. Документа или изображения, вызванная наличием шума в принимаемом сигнале .
  • Сигнал или уровень сигнала, который должен представлять черную область на объекте, но имеет уровень шума, достаточный для создания заметных не черных пятен на поверхности дисплея или носителе записи .

См. Также [ править ]

  • Гул сети - также известный как гул переменного тока
  • Малая вероятность

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Глоссарий ATIS Telecom» . atis.org . Альянс решений для телекоммуникационной отрасли . Проверено 16 января 2018 .
  2. ^ "Федеральный стандарт 1037C" . Институт телекоммуникационных наук . Институт телекоммуникационных наук, Национальное управление по телекоммуникациям и информации (ITS-NTIA) . Проверено 16 января 2018 .
  3. ^ [1] RD Peters, 2012 г.
  4. ^ "Определение: розовый шум" . www.its.bldrdoc.gov .
  5. ^ «Определение: синий шум» . www.its.bldrdoc.gov .
  6. ^ a b Митчелл, Дон П., «Создание сглаженных изображений при низкой плотности выборки». Компьютерная графика, том 21, номер 4, июль 1987 г.
  7. ^ Yellott, Джон И. Jr (1983). «Спектральные последствия отбора проб фоторецепторов в сетчатке резуса». Наука . 221 (4608): 382–85. PMID 6867716 . 
  8. ^ Труды Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, 1968 г. [2] Цитата: «Пурпурный шум, соответственно, - это шум, спектральный уровень которого растет с частотой».
  9. ^ Оценка двойной разницы многолучевого распространения GPS в кинематических условиях . Чжан QJ и Шварц К.П. Симпозиум по определению местоположения и навигации, стр. 285–91. Apr 1996. 10.1109 / PLANS.1996.509090 «Спектральный анализ показывает, что ошибки ускорения GPS кажутся процессами фиолетового шума. В них преобладает высокочастотный шум».
  10. ^ Антропогенные и естественные источники окружающего шума в океане doi : 10.3354 / meps08353 "Прогнозы спектра теплового шума, полученные на основе классической статистической механики, предполагают увеличение шума с частотой с положительным наклоном октавы 6,02 дБ -1 " "Обратите внимание, что тепловойшумшум увеличивается со скоростью 20 дБ декада −1 "
  11. Перейти ↑ Mellen, RH (1952). «Предел теплового шума при обнаружении подводных акустических сигналов». J. Acoust. Soc. Am . 24 : 478–80. DOI : 10.1121 / 1.1906924 .
  12. ^ «Указатель: шум (дисциплины изучения [DoS])» . Архивировано из оригинального 22 мая 2006 года.
  13. ^ Гилман, DL; Fuglister, FJ; Митчелл-младший, JM (1963). «О спектре мощности« красного шума » » . Журнал атмосферных наук . 20 (2): 182–84. Bibcode : 1963JAtS ... 20..182G . DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1963) 020 <0182: OTPSON> 2.0.CO; 2 .
  14. ^ Дэниел Л. Рудник, Расс Э. Дэвис (2003). «Красный шум и смены режимов» (PDF) . Deep-Sea Research Part I . 50 (6): 691–99. Bibcode : 2003DSRI ... 50..691R . DOI : 10.1016 / S0967-0637 (03) 00053-0 .
  15. ^ Лау, Даниэль Лео; Arce, Gonzalo R .; Галлахер, Нил С. (1998), "Зеленый шум цифровой полутонового", Труды IEEE , 86 (12): 2424-42, DOI : 10,1109 / 5,735449
  16. ^ a b Джозеф С. Вишневски (7 октября 1996 г.). «FAQ по цветам шума псевдо, версия 1.3» . Группа новостей :  comp.dsp . Архивировано из оригинального 30 апреля 2011 года . Проверено 1 марта 2011 года .
  17. ^ Шредер, Манфред (2009). Фракталы, хаос, степенные законы: минуты из бесконечного рая . Курьер Дувр. С. 129–30. ISBN 978-0486472041.
  18. ^ «Определение« черного шума »- Федеральный стандарт 1037C» . Архивировано из оригинала 12 декабря 2008 года . Проверено 28 апреля 2008 года .
  19. ^ "Определение: шумный белый" . www.its.bldrdoc.gov .
  20. ^ "Определение: шумный черный" . www.its.bldrdoc.gov .

 Эта статья включает  материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа Управления общих служб : «Федеральный стандарт 1037C» .

Внешние ссылки [ править ]

  • Генератор цветного шума в сети
  • Веб-генератор цветных шумов
  • Некоторые определения цветного шума
  • Интернет Цветной генератор шума и Истинный серый генератор шума
  • Черный шум и постоянство населения
  • Генератор шума для iOS и Android