Barvy šumu

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 23. října 2020; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Šumové barvy  - systém pojmů, který určitým typům stacionárních šumových signálů připisuje určité barvy na základě analogie mezi spektrem signálu libovolné povahy (přesněji jeho spektrální hustotou nebo matematicky řečeno distribučními parametry náhodného procesu) . ) a spektra různých barev viditelného světla . Tato abstrakce je široce používána v technických oborech zabývajících se hlukem ( akustika , elektronika , fyzika atd.).

Mnohé z následujících definic zvažují spektrum signálu na všech frekvencích.

Základní "barvy" šumu

Barevné korespondence různých typů šumového signálu se zjišťují pomocí grafů ( histogramů ) spektrální hustoty, tedy rozložení síly signálu na frekvencích . Navíc při analýze reálných signálů je velmi důležitý odhad autokorelační funkce procesu ; Ze všech typů šumu je bílý šum jediným procesem, ve kterém hodnoty signálu v různých časech na sobě nezávisí a nijak spolu nesouvisí (neexistuje žádná autokorelace). K posouzení pořadí autokorelace (zda je proces integrovaný, čistý nebo diferencovaný bílý šum) se používají různé statistické metody, například Broish-Godfrey test .

Bílý šum

Bílý šum  je signál s jednotnou spektrální hustotou na všech frekvencích a disperzí rovnou nekonečnu. Je to stacionární náhodný proces.

Jinými slovy, takový signál má stejný výkon ve stejném frekvenčním pásmu v jakékoli části rozsahu. Například signál 20 Hz mezi 40 a 60 Hz má stejný výkon jako signál 20 Hz mezi 4000 a 4020 Hz. Neomezený frekvenční bílý šum je možný pouze teoreticky, protože v tomto případě je jeho síla nekonečná. V praxi může být signálem pouze bílý šum v omezeném frekvenčním pásmu.

10 sekund bílého šumu
Nápověda k přehrávání

Růžový, třpytivý (blikající) šum

V aplikovaných oblastech je také známý jako blikání ( šum blikání ), šum 1/f. Výkonová spektrální hustota růžového šumu je dána ~ (hustota je nepřímo úměrná frekvenci), tj. klesá rovnoměrně na logaritmické frekvenční stupnici. Například výkon signálu ve frekvenčním pásmu mezi 40 a 60 Hertz se rovná výkonu v pásmu mezi 4000 a 6000 Hertz. Spektrální hustota takového signálu je zeslabena o 3 decibely na oktávu ve srovnání s bílým šumem . Šum blikání má „paměť“ své minulosti, jednotnou na logaritmickém časovém měřítku.

Růžový šum se nachází například v srdečních rytmech, v grafech elektrické aktivity mozku , v elektromagnetickém záření kosmických těles a téměř ve všech elektronických a mechanických zařízeních.

Někdy je zobecněným růžovým šumem jakýkoli šum, jehož spektrální hustota klesá s rostoucí frekvencí, to znamená, že zahrnuje i červený (brownovský) a další náhodné procesy se zapomínáním času.

10 sekund růžového šumu
Nápověda k přehrávání

Brownův (červený, "hnědý") šum

Spektrální hustota červeného šumu je úměrná 1/f², kde f je frekvence. To znamená, že hluk má více energie při nízkých frekvencích než při vysokých frekvencích. Energie hluku klesá o 6 decibelů na oktávu. Akustický červený šum je slyšet jako tlumený ve srovnání s bílým nebo růžovým šumem. Lze jej získat integrací bílého šumu (z matematického hlediska je integrál Gaussova bílého šumu známý jako Wienerův proces ) nebo použitím algoritmu, který simuluje Brownův pohyb . Spektrum červeného šumu je zrcadlově opačné než spektrum fialového.

Uchem je Brownův šum vnímán jako „teplejší“ než bílý šum.

Někdy (obvykle v textech přeložených z angličtiny) se tento hluk také nazývá „hnědý“, což překládá jméno Robert Brown (Brown) (Brown) do ruštiny. "Hnědý" šum není pojmenován tak kvůli energetickému spektru odpovídajícímu hnědému, ale protože je charakteristický pro Brownův (Brownův) pohyb. Název červený šum popisuje tvar výkonového spektra (a růžový šum je mezi červenou a bílou). Také známý jako náhodný hluk při chůzi nebo hluk při chůzi opilců.

10 sekund Brownova šumu
Nápověda k přehrávání

Modrý (azurový) šum

Modrý šum je typ signálu, jehož spektrální hustota se zvyšuje o 3 dB na oktávu. To znamená, že jeho spektrální hustota roste s rostoucí frekvencí a stejně jako bílý šum musí být v praxi omezena frekvencí. Modrý šum je vnímán jako ostřejší než bílý šum. Blízko modrému šumu je spektrum Čerenkovova záření . Modrý šum se získá odlišením růžového šumu ; jejich spektra jsou zrcadlová.
10 sekund modrého šumu
Nápověda k přehrávání

Fialový šum

Fialový šum je typ signálu, jehož spektrální hustota se zvyšuje o 6 dB na oktávu. To znamená, že jeho spektrální hustota je úměrná druhé mocnině frekvence a stejně jako bílý šum musí být v praxi omezena frekvencí. Fialový šum se získá diferencováním bílého šumu s ohledem na čas [1] . Spektrum fialového šumu je zrcadlovým obrazem spektra červeného šumu. .
10 sekund fialového šumu
Nápověda k přehrávání

Šedý šum

Pojem šedý šum označuje šumový signál, který má stejnou subjektivní hlasitost jako lidský sluch v celém rozsahu vnímaných frekvencí. Spektrum šedého šumu se získá přidáním spekter Brownova a fialového šumu. Spektrum šedého šumu vykazuje velký „propad“ na středních frekvencích, nicméně lidský sluch subjektivně vnímá šedý šum jako jednotný ve spektrální hustotě (bez převahy jakýchkoli frekvencí).
10 sekund šedého šumu
Nápověda k přehrávání

Slovník americké federální telekomunikační normy 1037C definuje bílý, růžový, modrý a černý šum [2] .

Ostatní

Existují další, méně obvyklé názvy pro typy hluku:

Oranžový šum

Oranžový šum je kvazistacionární šum s konečnou spektrální hustotou. Spektrum takového šumu má pásma nulové energie rozptýlená po celém spektru. Tyto pásy jsou umístěny na frekvencích hudebních not [3] .

Červený šum

Červený šum – může být jak synonymem pro Brownův šum, tak označení přirozeného hluku charakteristického pro velké vodní plochy – moře a oceány, které pohlcují vysoké frekvence. Ze vzdálených objektů v oceánu je slyšet ze břehu červený šum.

Zelený šum

Zelený šum je imitací hluku přírodního prostředí, bez umělých zvuků. Je podobný růžovému šumu se zvýšenou frekvenční oblastí kolem 500 Hz [3] .
10 sekund zeleného šumu
Nápověda k přehrávání

Černý šum

Termín „černý šum“ má několik definic:
  • Umlčet
  • Šum se spektrem 1/f β , kde β > 2 [4] . Používá se k modelování různých přírodních procesů. Považováno za charakteristické pro „přírodní katastrofy a katastrofy způsobené člověkem, jako jsou povodně, krachy trhu atd.
  • Šum, jehož spektrum má převážně nulovou energii s výjimkou několika špiček [5]
  • Zvukový šum s charakteristikou bílého šumu v ultrazvukovém rozsahu (s frekvencí více než 20 kHz), podobný tzv. „černé světlo“ (s frekvencemi příliš vysokými na to, aby je bylo možné vnímat, ale schopnými ovlivnit pozorovatele nebo přístroje).
  • Šum se spektrem blízkým spektru černého tělesa . Může to být například Hawkingovo záření černé díry .
  • George Marsaglia, konstruktér kvalitní tabulky náhodných čísel, ji postavil z výstřelu diodového obvodu a zpracoval rapovou hudbu . Pokud je první jeden z nejlepších umělých zdrojů bílého šumu, pak se tomu druhému politicky nekorektně říká „černý šum“.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Watson, Downey, 2008 , str. 45.
  2. ↑ Telekomunikace: Slovník telekomunikačních pojmů . černý šum  (anglicky)  (downlink) . Obecná správa služeb (23. srpna 1996) .  — Federální standard 1037C. Získáno 5. srpna 2020. Archivováno z originálu dne 15. července 1997.
  3. ↑ 1 2 Joseph S. Wisniewski. The Colours of Noise  (anglicky)  (odkaz není k dispozici) . Partneři technologie produktů (7. října 1996). Archivováno z originálu 30. dubna 2011.
  4. ↑ Schroeder, 2005 .
  5. ↑ Glosář ATIS Telecom . černý šum  (anglicky)  (downlink) . Aliance pro řešení telekomunikačního průmyslu . Získáno 5. srpna 2020. Archivováno z originálu dne 13. března 2013.

Literatura

Odkazy

 Barvy šumu