Цвета шума

Цвета шума
Белый шум
Розовый шум
Красный шум
Серый шум

Цвета шума — система терминов, приписывающая некоторым видам шумовых сигналов определённые цвета исходя из аналогии между спектром сигнала произвольной природы (точнее, его спектральной плотностью или, говоря математически, параметрами распределения случайного процесса) и спектрами различных цветов видимого света. Эта абстракция широко используется в отраслях техники, имеющих дело с шумом (акустика, электроника, физика и т. д.).

Многие из следующих определений рассматривают спектр сигнала на всех частотах.

Основные «цвета» шумов

Цветовые соответствия различных типов шумового сигнала определяются с помощью графиков (гистограмм) спектральной плотности, то есть распределения мощности сигнала по частотам.

Белый шум

Белый шум — это сигнал с равномерной спектральной плотностью на всех частотах и дисперсией, равной бесконечности. Является стационарным случайным процессом.

Спектр белого шума

Другими словами, такой сигнал имеет одинаковую мощность в одинаковой полосе частот любой части диапазона. К примеру сигнал полосой в 20 Гц между 40 и 60 Гц имеет такую же мощность, что и сигнал полосой 20 Гц между 4000 и 4020 Гц. Неограниченный по частоте белый шум возможен только в теории, так как в этом случае его мощность бесконечна. На практике сигнал может быть белым шумом только в ограниченной полосе частот.

	10 секунд белого шума
Помощь по воспроизведению

Спектр розового шума

Розовый шум

В прикладных областях известен также как фликкер-шум, 1/f шум. Спектральная плотность розового шума определяется формулой ~$1/f$ (плотность обратно пропорциональна частоте), то есть он является равномерно убывающим в логарифмической шкале частот. Например, мощность сигнала в полосе частот между 40 и 60 герц равна мощности в полосе между 4000 и 6000 герц. Спектральная плотность такого сигнала по сравнению с белым шумом затухает на 3 децибела на каждую октаву. Пример розового шума — звук пролетающего вертолёта. Розовый шум обнаруживается, например, в сердечных ритмах, в графиках электрической активности мозга, в электромагнитном излучении космических тел, а таккже практически в любых электронных устройствах.

Иногда розовым шумом называют любой шум, спектральная плотность которого уменьшается с увеличением частоты.

	10 секунд розового шума
Помощь по воспроизведению

Спектр броуновского шума

Броуновский (красный, коричневый) шум

Спектральная плотность красного шума пропорциональна 1/f², где f — частота. Это означает, что на низких частотах шум имеет больше энергии, чем на высоких. Энергия шума падает на 6 децибел на октаву. Акустический красный шум слышится как приглушённый, в сравнении с белым или розовым шумом. Может быть получен путем интегрирования белого шума, а также с помощью алгоритма, симулирующего броуновское движение. Спектр красного шума зеркально противоположен спектру фиолетового.

На слух броуновский шум воспринимается более «тёплым», чем белый.

Иногда (обычно в текстах, переведенных с английского языка) этот шум называют также коричневым, слепо переводя фамилию Роберта Броуна (Brown) на русский — причем с английского, хотя Броун был шотландцем. Впрочем, коричневый и красный цвета спектрально весьма близки. Однако в английской Википедии «коричневый» также указан одним из названий данного шума, наряду с броуновским и красным. Коричневый шум не назван в честь спектра мощности, что предполагает коричневый цвет, а, скорее в честь броуновского движения. Красный шум описывает форму спектра мощности, с розовым находясь между красным и белым. Также известен как шум случайных блужданий или шум пьяной ходьбы.

	10 секунд броуновского шума
Помощь по воспроизведению

Спектр синего шума

Синий (голубой) шум

Синий шум — вид сигнала, чья спектральная плотность увеличивается на 3 дБ на октаву. То есть его спектральная плотность увеличивается с ростом частоты, и, аналогично белому шуму, на практике он должен быть ограничен по частоте. На слух синий шум воспринимается более резким, нежели белый. Синий шум получается, если продифференцировать розовый шум; их спектры зеркальны.

	10 секунд синего шума
Помощь по воспроизведению

Спектр фиолетового шума

Фиолетовый шум

Фиолетовый шум — вид сигнала, чья спектральная плотность увеличивается на 6 дБ на октаву. То есть его спектральная плотность пропорциональная квадрату частоты и, аналогично белому шуму, на практике он должен быть ограничен по частоте. Фиолетовый шум получается, если продифференцировать белый шум. Спектр фиолетового шума зеркально противоположен спектру красного.

	10 секунд фиолетового шума
Помощь по воспроизведению

Спектр серого шума

Серый шум

Термин серый шум относится к шумовому сигналу, который имеет одинаковую субъективную громкость для человеческого слуха на всём диапазоне воспринимаемых частот. Спектр серого шума получается, если сложить спектры броуновского и фиолетового шумов. В спектре серого шума виден большой «провал» на средних частотах, однако человеческий слух субъективно воспринимает серый шум как равномерный по спектральной плотности (без преобладания каких-либо частот).

	10 секунд серого шума
Помощь по воспроизведению

Американский глоссарий Федерального стандарта 1037C по телекоммуникациям даёт определения белому, розовому, синему и чёрному шуму^[1].

Другие

Существуют и другие, «менее официальные» цвета:

Оранжевый шум

Оранжевый шум — квазистационарный шум с конечной спектральной плотностью. Спектр такого шума имеет полоски нулевой энергии, рассеянные по всему спектру. Эти полоски располагаются на частотах музыкальных нот^[2].

Красный шум

Красный шум — может быть как синонимом броуновского или розового^{[источник не указан 1315 дней]} шума, так и обозначением естественного шума, характерного для больших водоёмов — морей и океанов, поглощающих высокие частоты. Красный шум слышен с берега от отдалённых объектов, находящихся в океане.

Зелёный шум

Зелёный шум — шум естественной среды. Подобен розовому шуму с усиленной областью частот в районе 500 Гц^[3].

	10 секунд зелёного шума
Помощь по воспроизведению

Чёрный шум

Термин «чёрный шум» имеет несколько определений:

• Тишина
• Шум со спектром 1/f^β, где β > 2 (Manfred Schroeder, «Fractals, chaos, power laws»). Используется для моделирования различных природных процессов. Считается характеристикой "природных и искусственных катастроф, таких как наводнения, обвалы рынка и т. п. "
• Ультразвуковой белый шум (с частотой более 20 кГц), аналогичный т. н. «черному свету» (с частотами слишком высокими, чтобы его можно было воспринимать, но способному воздействовать на наблюдателя или приборы).
• Шум, спектр которого имеет преимущественно нулевую энергию за исключением нескольких пиков^[4].

Примечания

1. ↑ Telecommunications: GLOSSARY OF TELECOMMUNICATION TERMS (англ.)
2. ↑ The colours of noise. Joseph S. Wisniewski, Ford Motor Company (англ.)
3. ↑ wisn
4. ↑ gloss

См. также

• Амплитудно-частотная характеристика

Литература

• Yellott, John I. Jr., «Spectral Consequences of Photoreceptor Sampling in the Rhesus Retina.» Science, том 221, стр. 382—385, 1983.

Ссылки

• Центр речевых технологий. Словарь терминов
• The colors of noise newsgroup posting (англ.)