Белый шум розовый шум коричневый шум. Основные «цвета» шумов

Белый шум. В чём польза?

Знаете ли Вы что такое белый шум? Приходилось ли ощутить на себе его действие? В чём же всё-таки польза белого шума, и есть ли таковая в принципе?

На эти вопросы сейчас попытаюсь ответить!

Итак, белый шум — это стационарный шум, спектральные составляющие которого равномерно распределены по всему диапазону задействованных частот, как говорит нам Википедия. Другими словами - это широкополосное излучение состоящее из всех длин волн примерно одинаковой интенсивности или максимально возможного спектра таких разных длин волн.

Название он получил по аналогии с белым светом - эффектом, наблюдаемым в видимой части солнечного света: если все цвета видимого спектра света перемешать они дадут белый цвет.

В области слышимых частот примером белого шума является шум водопада.

В продолжение такой научной метафоры!

Существует также понятие цветного шума: шумы разных цветов. И среди всего их многообразия наибольшее значение имеет три типа шумов: белый шум, коричневый шум и розовый шум .

Все три основных типа шумов широко распространены:

Там, где случайным образом смешиваются разные факторы, возникает белый шум - его можно услышать, например, настроив старый радиоприемник на волну, в которой нет радиостанций. Другой пример - тепловой шум в полупроводниках. Он создается хаотическими колебаниями атомов и при большом усилении его вполне слышно в любом звуко-воспроизводящем устройстве. Происхождение белого шума понятно - ведь это просто игра случая.

Коричневый шум. На низких частотах шум имеет больше энергии, чем на высоких. Акустический коричневый (или красный) шум слышится как приглушённый, в сравнении с белым или розовым шумом. Цвет его не связан с коричневым цветом соответствующего ему света. Brown - от слова Броун, броуновское движение. На слух коричневый шум воспринимается более «теплым», чем белый.Он также широко распространен в природе, и это не удивительно - ведь он порождается случайным блужданием. Например, ему соответствуют волны морского прибоя и, естественно, броуновское движение частиц.

Розовый шум , несмотря на непонятное происхождение, встречается чрезвычайно широко. Впервые он обратил на себя внимание, когда физики заметили, что некоторые полупроводниковые приборы как-то странно шумят. Кроме обычного теплового белого шума они обнаружили присутствие шума, в котором было больше низких и очень низких частот. Оказалось, что мощность этого шума обратно пропорциональна его частоте и это соотношение верно даже для частот в тысячные доли герца. Это значит, что в полупроводниках происходят какие-то процессы длиной в несколько дней и больше, которые и порождают этот шум. Его назвали "фликкер-шумом", мерцающим шумом - теперь это другое название розового шума. Примеры: отдалённый шум водопада (так как высокочастотные составляющие звука затухают в воздухе сильнее низкочастотных), звук пролетающего вертолёта, также этот шум обнаруживается, например, в сердечных ритмах, в графиках электрической активности мозга, в электромагнитном излучении космических тел.

Также хотелось бы ещё выделить зелёный шум - шум естественной среды. Спектр похож на спектр розового шума со «всплеском» около частоты 500 Гц. Также зеленый шум обозначает средние частоты белого шума.

Как цветной шум действует на человека?

Как Вы наверное уже догадались - по-разному! Конечно, всё это индивидуально. На вкус и цвет... как говорится! Но многие замечали, что этот шум помогает сконцентрироваться, если вокруг шумная обстановка, помогает отвлечься от каких-либо мыслей, расслабиться, уснуть, успокоить плачущего ребёнка и даже унять головную боль!

Вот такие интересные характеристики я нашла на одном англоязычном сайте:

Белый шум (на всех частотах) является эффективным маскировщиком посторонних шумов, поскольку он охватывает широкий диапазон "спектра". Он отлично подходит для чтения, учёбы и любых других занятий, которые требуют сосредоточения.

Розовый шум (смесь высоких и низких частот) поможет снять стресс, справиться с напряжением. Он создаёт терапевтическую среду, которая расслабляет ваш разум и тело.

Коричневый шум (использует низкие звуковые частоты) способствует улучшению сна, маскирует звон в ушах, уменьшает головную боль. Он также поможет успокоить ваших детей и животных.

А вот интересный видеоролик! Скептикам стоит задуматься)))

Конечно, всё индивидуально. И, наверное, не надо надеяться на чудотворное действие этих звуков на все сто процентов. Пробуйте, смотрите, что Вам подходит, но сильно не переусердствуйте! Шумы... звуки природы... Всё это хорошо! Но иногда лучше всё-таки выехать на природу (а сделать это раз в неделю сможет практически каждый!).

Цвета шума - математическая абстракция, приписывающая сигналу определённый исходя из свойств и параметров этого сигнала. Одним из таких свойств, с помощью которого можно различать виды шума, может быть (распределение мощности по ). Эта абстракция широко используется в отраслях техники, имеющих дело с шумом ( , и т. д.).

Многие из следующих определений рассматривают спектр сигнала на всех частотах.

Определения

Цветовые соответствия различных типов шумового сигнала определяются при помощью аналогичных типов электромагнитного сигнала. То есть, если шумовой сигнал называется «синим», то соответсвующий электромагнитный сигнал с длинами волн видимого света будет иметь синий цвет.

Белый шум - это сигнал с гладким частотным спектром на всех частотах. Другими словами, такой сигнал имеет одинаковую в любой полосе частот. К примеру полоса сигнала в 20 герц между 40 и 60 герц имеет такую же мощность, что и полоса между 4000 и 4020 герц. 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.

Розовый шум Частотный спектр является гладким в масштабе. То есть 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 на каждую . То есть его спектральная плотность обратно пропорциональна частоте.

Синий шум Синий шум - вид сигнала, чья спектральная плотность увеличивается на 3 дБ на октаву в ограниченной полосе частот. То есть его спектральная плотность пропорциональна частоте.

Серый шум Термин относится к шумовому сигналу, который имеет одинаковую громкость для человеческого уха на всём диапазоне частот.

	10 секунд серого шума (описание )

Глоссарий Федерального стандарта 1037C по телекоммуникациям даёт определения белому, розовому, синему и чёрному шуму.

ПРОСТО ПРОФЕССИОНАЛИЗМ

Цвета шума

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.).

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

Другими словами, такой сигнал имеет одинаковую мощность в любой полосе частот. К примеру полоса сигнала в 20 герц между 40 и 60 герц имеет такую же мощность, что и полоса между 4000 и 4020 герц. 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.

Розовый шум

Спектральная плотность розового шума определяется формулой ~1 / f (плотность обратно пропорциональна частоте). Равномерно в любых частотах. 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.
Иногда розовым шумом называют любой шум, спектральная плотность которого уменьшается с увеличением частоты.

Синий (голубой) шум

Синий шум - вид сигнала, чья спектральная плотность увеличивается на 3 дБ на октаву. То есть его спектральная плотность пропорциональна частоте 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.

Броуновский (красный) шум

Спектральная плотность красного шума пропорциональна 1/f², где f - частота. Это означает, что на низких частотах шум имеет больше энергии, даже больше, чем розовый шум. Энергия шума падает на 6 децибел на октаву. Акустический красный шум слышится как приглушённый, в сравнении с белым или розовым шумом. Спектр красного шума (в логарифмической шкале) зеркально противоположен спектру фиолетового.
На слух броуновский шум воспринимается более «тёплым», чем белый.

Фиолетовый шум

Это 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 органичен по частоте. Фиолетовый шум получается, если продифференцировать белый шум. Спектр фиолетового шума зеркально противоположен спектру красного.

Серый шум

Термин серый шум относится к шумовому сигналу, который имеет одинаковую громкость для человеческого уха на всём диапазоне частот. Спектр серого шума получается, если сложить спектры броуновского и фиолетового шумов. В спектре серого шума виден большой «провал» на средних частотах, однако человеческое ухо воспринимает серый шум точно так же, как и белый.

Существуют и другие, «менее официальные» цвета:

Оранжевый шум - шум с конечной спектральной плотностью. Спектр такого шума имеет полоски нулевой энергии, рассеянные по всему спектру. Эти полоски располагаются на частотах музыкальных нот.

Красный шум - может быть как синонимом броуновского или розового 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 - шум естественной среды. Подобен розовому шуму с усиленной областью частот в районе 500 Гц.

Чёрный шум
Термин «чёрный шум» имеет несколько определений:

-Тишина
Шум со спектром 1/f, где > 2. Используется для моделирования различных природных процессов. Считается характеристикой "природных и искусственных катастроф, таких как наводнения, обвалы 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.

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

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 .

Красный шум

Зелёный шум

Зелёный шум - шум естественной среды. Подобен розовому шуму с усиленной областью частот в районе 500 Гц .

Чёрный шум

Термин «чёрный шум» имеет несколько определений:

Примечания

См. также

Литература

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

Шум - беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры.

Первоначально слово шум относилось исключительно к звуковым колебаниям, однако в современной науке оно было распространено и на другие виды колебаний (радио-, электричество).
Классификация шумов

Шум - совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум - это всякий неблагоприятный воспринимаемый звук.

По спектру

Шумы подразделяются на стационарные и нестационарные.

По характеру спектра

По характеру спектра шумы подразделяют на:
широкополосный шум с непрерывным спектром шириной более 1 октавы;
тональный шум, в спектре которого имеются выраженные тона. Выраженным тон считается, если одна из третьоктавных полос частот превышает остальные не менее, чем на 7 дБ.

По частоте (Гц)

По частотной характеристике шумы подразделяются на:

низкочастотный (<400 Гц)
среднечастотный (400-1000 Гц)
высокочастотный (>1000 Гц)

По временны́м характеристикам

постоянный;
непостоянный, который в свою очередь делится на колеблющийся, прерывистый и импульсный.

По природе возникновения

Механический
Аэродинамический
Гидравлический
Электромагнитный
Измерение шумов

Для количественной оценки шума используют усредненные параметры, определяемыми на основании статистических законов. Для измерения характеристик шума применяются шумомеры, частотные анализаторы, коррелометры и др.

Уровень шума чаще всего измеряют в децибелах.

Сила звука в децибелах
Разговор: 40-45
Офис: 50-60
Улица: 70-80
Фабрика (тяжелая промышленность): 70-110
Цепная пила: 100
Старт реактивного самолёта: 120
Вувузела: 130

Источники шума

Источниками акустического шума могут служить любые колебания в твёрдых, жидких и газообразных средах; в технике основные источники шума - различные двигатели и механизмы. Общепринятой является следующая классификация шумов по источнику возникновения: - механические; - гидравлические; - аэродинамические; - электрические.

Повышенная шумность машин и механизмов часто является признаком наличия в них неисправностей или нерациональности конструкций. Источниками шума на производстве является транспорт, технологическое оборудование, системы вентиляции, пневмо- и гидроагрегаты, а также источники, вызывающие вибрацию.

Неакустические шумы

Радиоэлектронные шумы - случайные колебания токов и напряжений в радиоэлектронных устройствах, возникают в результате неравномерной эмиссии электронов в электровакуумных приборах (дробовой шум, фликкер-шум), неравномерности процессов генерации и рекомбинации носителей заряда (электронов проводимости и дырок) в полупроводниковых приборах, теплового движения носителей тока в проводниках (тепловой шум), теплового излучения Земли и земной атмосферы, а также планет, Солнца, звёзд, межзвёздной среды и т. д. (шумы космоса).

Воздействие шума на человека

Шум звукового диапазона приводит к снижению внимания и увеличению ошибок при выполнении различных видов работ. Шум замедляет реакцию человека на поступающие от технических устройств сигналы. Шум угнетает центральную нервную систему (ЦНС), вызывает изменения скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, язвы желудка, гипертонической болезни. При воздействии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при ещё более высоких (более 160 дБ) и смерть.

Гигиеническое нормирование шума

Для определения допустимого уровня шума на рабочих местах, в жилых помещениях, общественных зданиях и территории жилой застройки используется ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ «Шум. Общие требования безопасности», СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки».

Нормирование шума звукового диапазона осуществляется двумя методами: по предельному спектру уровня шума и по дБА. Первый метод устанавливает предельно допустимые уровни (ПДУ) в девяти октавных полосах со среднегеометрическими значениями частот 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 ГЦ. Второй метод применяется для нормирования непостоянных шумов и в тех случаях, когда не известен спектр реального шума. Нормируемым показателем в этом случае является эквивалентный уровень звука широкополосного постоянного шума, оказывающий на человека такое же влияние, как и реальный непостоянный шум, измеряемый по шкале А шумомера.

Цвета шума

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.).

Белый шум

Белый шум - стационарный шум, спектральные составляющие которого равномерно распределены по всему диапазону задействованных частот. Примерами белого шума являются шум близкого водопада(отдаленный шум водопада - розовый, так как высокочастотные составляющие звука затухают в воздухе сильнее низкочастотных), или шум Шоттки на клеммах большого сопротивления. Название получил от белого света, содержащего электромагнитные волны частот всего видимого диапазона электромагнитного излучения.

В природе и технике «чисто» белый шум (то есть белый шум, имеющий одинаковую спектральную мощность на всех частотах) не встречается (ввиду того, что такой сигнал имел бы бесконечную мощность), однако под категорию белых шумов попадают любые шумы, спектральная плотность которых одинакова (или слабо отличается) в рассматриваемом диапазоне частот.

Статистические свойства

Термин «белый шум» обычно применяется к сигналу, имеющему автокорреляционную функцию, математически описываемую дельта-функцией Дирака по всем измерениям многомерного пространства, в котором этот сигнал рассматривается. Сигналы, обладающие этим свойством, могут рассматриваться как белый шум. Данное статистическое свойство является основным для сигналов такого типа.

То, что белый шум некоррелирован по времени (или по другому аргументу), не определяет его значений во временной (или любой другой рассматриваемой аргументной) области. Наборы, принимаемые сигналом, могут быть произвольными с точностью до главного статистического свойства (однако постоянная составляющая такого сигнала должна быть равна нулю). К примеру, двоичный сигнал, который может принимать только значения, равные нулю или единице, будет являться белым шумом только если последовательность нулей и единиц будет некоррелирована. Сигналы, имеющие непрерывное распределение (к примеру, нормальное распределение), также могут быть белым шумом.

Дискретный белый шум - это просто последовательность независимых (то есть статистически не связанных друг с другом) чисел.

Фликкер-шум, розовый шум

Фликкер-шум (фликкерный шум , 1/f шум , иногда розовый шум в узком прикладном понимании такого термина) - электронный шум, наблюдаемый практически в любых электронных устройствах; его источниками могут являться неоднородности в проводящей среде, генерация и рекомбинация носителей заряда в транзисторах и т. п. Обычно упоминается в связи с постоянным током.

Фликкерный шум имеет спектр розового шума, поэтому его иногда так и называют. Однако следует различать розовый шум, как математическую модель сигнала определённого вида, и фликкерный шум, как вполне определённое явление в электрических цепях.

В 1996 году в Институте теплофизики УрО РАН В. П. Ковердой и В. Н. Скоковым были экспериментально обнаружены интенсивные тепловые пульсации при переходе от пузырькового режима кипения жидкого азота к плёночному на тепловом участке высокотемпературного сверхпроводника. Спектр этих пульсаций соответствует фликкер-шуму

Красный шум

Красный шум (броуновский шум ) - шумовой сигнал, который производит броуновское движение. Из-за того, что по-английски он называется Brown (Brownian) noise , его название часто переводят на русский язык как коричневый шум .
Спектральная плотность красного шума пропорциональна 1/f², где f - частота. Это означает, что на низких частотах шум имеет больше энергии, даже больше, чем розовый шум. Энергия шума падает на 6 децибел на октаву. Акустический красный шум слышится как приглушённый, в сравнении с белым или розовым шумом

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.

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.

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).

Американский глоссарий Федерального стандарта 1037C по телекоммуникациям даёт определения белому, розовому, синему и чёрному шуму

Оранжевый шум

Красный шум

Зелёный шум

Зелёный шум - шум естественной среды. Подобен розовому шуму с усиленной областью частот в районе 500 Гц

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