"צבעים" בסיסיים של רעש

התכתבויות צבע של סוגים שונים של אותות רעש נקבעות באמצעות גרפים (היסטוגרמות) של צפיפות ספקטרלית, כלומר חלוקת כוח האות על פני תדרים.

רעש לבן

אַחֵר

ישנם צבעים אחרים, "פחות רשמיים":

רעש כתום

רעש כתום הוא רעש מעין נייח עם צפיפות ספקטרלית סופית. בספקטרום של רעש כזה יש פסים של אנרגיה אפסית המפוזרים בכל הספקטרום. פסים אלו ממוקמים בתדרים של תווים מוזיקליים.

רעש אדום

רעש אדום יכול להיות מילה נרדפת לרעש בראוני או ורוד, או כינוי לרעש טבעי האופייני לגופי מים גדולים - ימים ואוקיינוסים שסופגים תדרים גבוהים. רעש אדום נשמע מהחוף מחפצים מרוחקים הנמצאים באוקיינוס.

רעש ירוק

רעש ירוק הוא הרעש של הסביבה הטבעית. דומה לרעש ורוד עם אזור תדר משופר בסביבות 500 הרץ.

רעש שחור

למונח "רעש שחור" יש מספר הגדרות:

הערות

ראה גם

סִפְרוּת

• Yellot, John I. Jr., "השלכות ספקטרליות של דגימת Photoreceptor in the Rhesus Retina." מדע, כרך 221, עמ' 382-385, 1983.

רק מקצוענות

צבעי רעש

צבעי רעש הם מערכת של מונחים המשייכים צבעים מסוימים לסוגים מסוימים של אותות רעש בהתבסס על האנלוגיה בין הספקטרום של אות בעל אופי שרירותי (ליתר דיוק, הצפיפות הספקטרלית שלו או, מבחינה מתמטית, פרמטרי ההפצה של תהליך אקראי ) והספקטרום של צבעים שונים של אור נראה.

הפשטה זו נמצאת בשימוש נרחב בענפי טכנולוגיה העוסקים ברעש (אקוסטיקה, אלקטרוניקה, פיזיקה וכו').

רעש לבן הוא אות עם צפיפות ספקטרלית אחידה בכל התדרים ופיזור שווה לאינסוף. הוא תהליך אקראי נייח.

במילים אחרות, לאות כזה יש את אותו הספק בכל פס תדרים. לדוגמה, לרצועת אותות של 20 הרץ בין 40 ל-60 הרץ יש אותה הספק כמו לפס בין 4000 ל-4020 הרץ. רעש לבן בתדר בלתי מוגבל אפשרי רק בתיאוריה, מכיוון שבמקרה זה כוחו אינסופי. בפועל, אות יכול להיות רק רעש לבן בתוך פס תדרים מוגבל.

רעש ורוד

הצפיפות הספקטרלית של רעש ורוד ניתנת על ידי ~1/f (הצפיפות היא ביחס הפוך לתדר). באופן אחיד בכל תדירות. לדוגמה, הספק האות בפס התדרים שבין 40 ל-60 הרץ שווה להספק ברצועה שבין 4000 ל-6000 הרץ. הצפיפות הספקטרלית של אות כזה, בהשוואה לרעש לבן, נחלשת ב-3 דציבלים לאוקטבה.

דוגמה לרעש ורוד הוא קולו של מסוק שעף על פניו. רעש ורוד נמצא, למשל, בקצב הלב, בגרפים של פעילות חשמלית של המוח, בקרינה האלקטרומגנטית של גופים קוסמיים.
לפעמים רעש ורוד הוא כל רעש שהצפיפות הספקטרלית שלו יורדת עם התדירות הגוברת.

רעש כחול (ציאן).

רעש כחול- סוג אות שצפיפות הספקטרלית שלו עולה ב-3 dB לאוקטבה. כלומר, הצפיפות הספקטרלית שלו פרופורציונלית לתדר ובדומה לרעש לבן, בפועל היא חייבת להיות מוגבלת בתדר. לאוזן, רעש כחול נתפס כחד יותר מרעש לבן. רעש כחול מתקבל אם נבדיל רעש ורוד; הספקטרום שלהם דמוי מראה.

רעש בראוני (אדום).

הצפיפות הספקטרלית של רעש אדום פרופורציונלית ל-1/f², כאשר f היא התדר. זה אומר שבתדרים נמוכים יש לרעש יותר אנרגיה, אפילו יותר מרעש ורוד. אנרגיית הרעש יורדת ב-6 דציבלים לאוקטבה. רעש אדום אקוסטי נשמע עמום בהשוואה לרעש לבן או ורוד. הספקטרום של הרעש האדום (בסולם לוגריתמי) הוא המראה המנוגד לספקטרום הרעש הסגול.
לאוזן, רעש בראוני נתפס כ"חם" יותר מרעש לבן.

רעש סגול

זהו סוג של אות שצפיפות הספקטרלית שלו גדלה ב-6 dB לאוקטבה. כלומר, הצפיפות הספקטרלית שלו פרופורציונלית לריבוע התדר ובדומה לרעש לבן, בפועל היא צריכה להיות אורגנית בתדר. רעש סגול מתקבל על ידי הבחנה של רעש לבן. הספקטרום של רעש הסגול הוא המראה המנוגד לספקטרום האדום.

רעש אפור

המונח רעש אפור מתייחס לאות רעש בעל אותה עוצמה לאוזן האנושית בכל טווח התדרים. הספקטרום של רעש אפור מתקבל על ידי הוספת הספקטרום של Brownian ו רעש סגול. לספקטרום הרעש האפור יש צניחה גדולה בתדרי הביניים, אך האוזן האנושית קולטת רעש אפור באותו אופן כמו רעש לבן.

ישנם צבעים אחרים, "פחות רשמיים":

רעש כתום הוא רעש עם צפיפות ספקטרלית סופית. בספקטרום של רעש כזה יש פסים של אנרגיה אפסית המפוזרים בכל הספקטרום. פסים אלו ממוקמים בתדרים של תווים מוזיקליים.

רעש אדום יכול להיות מילה נרדפת לרעש בראוני או ורוד, או כינוי לרעש טבעי האופייני לגופי מים גדולים - ימים ואוקיינוסים שסופגים תדרים גבוהים. רעש אדום נשמע מהחוף מחפצים מרוחקים הנמצאים באוקיינוס.

רעש ירוק הוא הרעש של הסביבה הטבעית. דומה לרעש ורוד עם אזור תדר משופר בסביבות 500 הרץ.

רעש שחור
למונח "רעש שחור" יש מספר הגדרות:

-שתיקה
רעש עם ספקטרום של 1/f, כאשר > 2. משמש כדי לדמות תהליכים טבעיים שונים. זה נחשב למאפיין של "אסונות טבע ומעשה ידי אדם כגון שיטפונות, מפולות וכו'".

-רעש לבן אולטראסוני(עם תדר של יותר מ-20 קילו-הרץ), בדומה למה שנקרא. "אור שחור" (עם תדרים גבוהים מכדי שניתן יהיה לתפוס אותם, אך מסוגלים להשפיע על הצופה או על המכשירים). רעש שלספקטרום שלו יש בעיקר אפס אנרגיה למעט כמה שיאים.

מה זה רעש?

• מדענים הפרידו על תנאי מכל הצלילים צלילים אקראיים מסוימים, הנקראים רעש.
• רעשים הם תנודות כאוטיות של צלילים.
• בחיי היומיום אנו נתקלים לעתים קרובות ברעש: אנו שומעים את רחש הים, רעש קהל, רעש רוח, רעש מים, רעש מכונית חולפת...

איזה סוג של רעשים יש?

• יש מספר עצום של סיווגי רעש.
• בפרט, רעש יכול להיות לסירוגין (לדוגמה, אוטובוס שעובר לאורך הכביש) וקבוע (לדוגמה, רעש הנובע מקהל אנשים). רעשים "קבועים" כאלה מחולקים באופן קונבנציונלי לפי הספק, תדר, ספקטרום, צבע ופרמטרים אחרים.
• מעניין במיוחד חלוקת הרעש לפי צבע (החלוקה מתבצעת באנלוגיה למגוון הצבעים של האור הנראה): רעש לבן וצבעוני מופרדים (ורוד, חום, כחול, סגול, אפור, כתום, אדום, ירוק ורעש שחור).

מה זה רעש לבן?

• רעש לבן הוא אותות כאוטי ולא שיטתי. היווצרות הרעש הלבן כרוכה בצלילים בתדירות, בעוצמה ובווליום משתנים, אך כל הצלילים הללו מתערבבים יחד ואנשים אינם מבחינים ביניהם, אלא שומעים צליל מונוטוני.
• רוב דוגמה נוצצתרעש לבן הוא צליל מערוץ רדיו או טלוויזיה שאינו תפוס על ידי גל רדיו. בטבע ובחיי היומיום, אלו הם צלילי מפל קרוב, רוח, נחל, אוקיינוס, עלווה, מאוורר, שואב אבק וכו'.

מה זה רעש ורוד?

• בין כל הרעשים הצבעוניים המפורטים, רעש ורוד מעניין אותנו במיוחד. זה שונה מ נושאים לבנים, המופיע בתדרים נמוכים יותר (לכן קצת יותר "רך" מרעש לבן) ו"מתפרק" מעט בכל אוקטבה ("מנצנץ" או "פועם").
• הדוגמה הבולטת ביותר לרעש ורוד בחיי היומיום היא קולו של מסוק. בטבע זהו צליל של מפל רחוק (שכן תדרים גבוהים מוחלשים באוויר).

מה ילד שומע ברחם?

• חלל הרחם למעשה רועש הרבה יותר ממה שאנשים חושבים. הילד מוקף בעיקר בצלילים מהמעיים (עקב פריסטלטיקה, היווצרות גזים, תנועתיות מעיים), צלילים קצב לב, רעש הדם הנעים בכלי הדם, צלילי הריאות המתרחבות, דיבור האם ורעש מהסביבה.
• יש להניח שרעש ורוד הוא מה שהתינוק שומע ברחם, שכן רעש "פועם" או "מהבהב" כזה מייצר אוושה בלב (עקב קצב הלב).

איך רעש ורוד ולבן יכול לעזור לילד?

• הרעש מעניין הורים ורופאים מכיוון שמאמינים שרעש ורוד הוא מה שהתינוק שומע ברחם, שכן רעש "פועם" או "מרצד" זה מייצר אוושה בלב (עקב קצב הלב).
• לפעמים אמהות מנסות באופן לא רצוני לשחזר רעש ורוד על ידי הרגעת התינוק שלהן עם צלילי "ששששש". כך, הם מנסים באופן לא מודע לחקות את סביבת הקול ברחם (אגב, ממש כמו לנסות לחתל תינוק או לנענע אותו תוך כדי נשיאתו בזרועותיו).

כיצד משפיע הרעש על שנת הילד?

• מספר מחקרים הוכיחו כי השימוש ברעש ורוד במהלך השינה משפר את עומק השינה ואיכות השינה https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27354974, וכאשר עורכים מחקרים אלקטרואנצפלוגרפיים במהלך השינה, כמה מחקרים https: //www .ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22726808 שים לב שגלי מוח מפחיתים את עוצמתם ומסתנכרנים בהדרגה עם אותות רעש ורודים.
• השימוש ברעש בעת הירדמות ובמהלך שנת ילד הופך את השינה לעמוקה יותר ומזרז את ההירדמות (באחד המחקרים https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1792397/ הוכח כי ילדים נרדמו לרעש לבן פי שלושה מהר יותר, בממוצע של חמש דקות, בעוד שללא רעש לבן, רק 25% מהילדים הצליחו להירדם באותו פרק זמן.
• השימוש ברעש לבן וורוד מרגיע ילדים בוכים ונסערים, עוזר להם להירגע ולהיצמד לשד ברגעים של התרגשות יתר.
• השימוש ברעש בזמן ההירדמות ובמהלך שנת התינוק יכול לעזור לאם להתמודד עם הקשיים הקשורים לסירוגין תנומה קצרה, כמו גם עם תקופות ארוכות של הירדמות. רעש עוזר למוח של הילד "להירגע" ולהירדם בשלווה כאשר הילד מתרגש יתר על המידה ומתקשה להירגע בכוחות עצמו. מאמינים כי לאמא קל יותר להירדם לאחר יום קשה עם ריצה של רעש לבן או ורוד.

השימוש ברעש במהלך שנתו של ילד יכול להיות רלוונטי במיוחד:

1. במקום חדש או בטיול, כשקשה לילד להירדם בסביבה לא מוכרת והרעש ירגיע אותו
2. אם קשה לילד להירגע ולשקוע באווירה נוחה לשינה: הבית רועש, יש יותר מילד אחד, ילדים מתרגשים יתר על המידה לפני השינה, או ילדים הולכים לישון בזמנים שונים
3. אם מופיעים צלילים חדשים שאינם רגילים עבור הילד (למשל, שכנים החלו בשיפוץ, או רעש חד שנשמע מהחלון בקיץ, צרחות של ילדים משחקים, אזעקת רכב וכו'.
4. אם שנתו של הילד חסרת מנוחה, לסירוגין, "מרופטת", קצרה
5. אם הילד מתעורר בסוף מחזור השינה, 20-25 דקות לאחר ההירדמות.

כיצד להשתמש ברעש נכון?

1. כדי לשפר את ההירדמות, ניתן להפעיל רעש מיד לפני שהילד נרדם, ליצור טקס שינה וליצור הרגל מסוים של הירדמות אצל הילד עקב צליל סטריאוטיפי שחוזר על עצמו מאז התקופה שלפני הלידה.

• במהלך השינה ניתן להשאיר רעש לבן דולק, חשוב במיוחד בסוף מחזור השינה, כ-30 דקות לאחר ההירדמות ובמיוחד בילדים שהפריעו לשינה קצרה.
• אל תשאיר את הרעש דולק לאורך שנת הלילה שלך. בדרך כלל, רעש לבן במכשירים מיוחדים נכבה לאחר 20-25 דקות.
• אין למקם את מקור הרעש הלבן או הוורוד קרוב יותר ממטר אחד מהילד

1. כדי להרגיע את הילד. אם ילד בוכה, אז הגיוני להדליק את הרעש הלבן קצת יותר חזק מהבכי כדי שהילד ישמע את הצליל הזה ויתרכז בו. ברגע שהילד נרגע ועוצמת הבכי שלו יורדת, יש להפחית את עוצמת הרעש.

מהי רמת הרעש המקובלת?

כאשר משתמשים ברעש כדי להירדם, חשוב ביותר לא לפגוע בילד ולשמור על הנפח הנדרש.

הצליל צריך להיות מספיק כדי לספוג רעשים אחרים, אבל לא חזק מספיק כדי לפגוע במכשיר השמיעה.

עדיף להפעיל רעש לבן או ורוד בעוצמה של לא יותר מ-50 dB (זה קצת יותר חזק מדיבור עמום של שני מבוגרים (30 dB), וקצת יותר שקט משיחה רגילה בין שני מבוגרים (60 dB), או כמו מכשיר אדים הפועל במלוא העוצמה). צליל הרעש צריך להיות נוח לשמיעתך.

כללים חשובים:

חשוב לזכור שהרעש יכול להיות חזק מדי, והדבר עלול להשפיע לרעה הן על השינה והן על התפתחות קולטני השמיעה של הילד.

בנוסף, נותרה פתוחה השאלה האם מתרחשת התמכרות לשינה עם רעש והאם לאורך זמן הילד יוכל לישון ללא רעש, עם זאת, סומנולוגים טוענים שלרעש יש עוצמת שינה נמוכה. עם זאת, לא מומלץ להשאיר את הרעש דולק בלילה כדי שגם הילד ילמד לישון בלי רעש.

אל תניח את הצעצוע ישירות בעריסה של התינוק.

איפה אני יכול לקבל רעש ורוד?

1. ניתן להפעיל צליל של שואב אבק, מייבש שיער, מזיגת מים וכו' (אבל הרעש יהיה לבן)
2. ישנן אפליקציות לאייפון (למשל "Bayu-Bai") בהן ניתן לבחור באפשרות הרעש.
3. אתה יכול לקנות צעצוע שעושה רעש ורוד. הצעצוע גם ישמר את ריח הבית ויספק תחושות מישוש, החשובות כל כך ביצירת טקסי שינה.

בעת בחירת צעצוע או מכשיר המייצרים רעש, שקול:

• שעדיף לבחור צעצוע שיוצר רעש ורוד ולא רעש לבן (שהוא רך יותר וקרוב יותר ל רעש תוך רחמיקצב לב)
• עדיף להיות מסוגל לבחור מספר רעשים ולבחור את הרעש המתאים ביותר לילדך.
• שנפח הצעצוע צריך להיות מתכוונן
• שלצעצוע יהיה טיימר שאמא תגדיר כעבור 5-10 דקות לאחר סיום מחזור שינה אחד (בדרך כלל 25-30 דקות)
• הצעצוע לא אמור להכיל סרטים ארוכים, חוטים, חלקים בולטים או רכיבים אחרים שילד עלול לנשוך או להסתבך בהם.

מועמדת למדעים ואמא, רופאת ילדים וניאונטולוגית, לבאדניה אנה ויקטורובנה

רעש לבן. מה היתרון?

אתה יודע מה זה רעש לבן? האם אי פעם הרגשת את ההשפעות שלו? מה היתרון של רעש לבן, והאם יש דבר כזה באופן עקרוני?

אני אנסה לענות על השאלות האלה עכשיו!

אז, רעש לבן הוא רעש נייח, שמרכיביו הספקטרליים מחולקים באופן שווה על כל טווח התדרים המעורבים, כפי שאומרת לנו ויקיפדיה. במילים אחרות, זוהי קרינת פס רחב המורכבת מכל אורכי הגל בעלי אותה עוצמה בערך או הספקטרום המרבי האפשרי של אורכי גל שונים כל כך.

הוא קיבל את שמו באנלוגיה לאור הלבן - השפעה הנצפית בחלק הגלוי של אור השמש: אם כל הצבעים של ספקטרום האור הנראה יתערבבו, הם יתנו צבע לבן.

בטווח התדרים הנשמע, דוגמה לרעש לבן הוא צליל של מפל.

בהמשך למטאפורה מדעית כזו!

יש גם את הרעיון של רעש צבעוני: רעש צבעים שונים. ובין כל הגיוון שלהם הערך הגבוה ביותריש שלושה סוגי רעשים: רעש לבן, רעש חוםורעש ורוד.

כל שלושת סוגי הרעש העיקריים נפוצים:

כאשר גורמים שונים מעורבבים באופן אקראי, א רעש לבן- ניתן לשמוע אותו, למשל, על ידי כוונון רדיו ישן לגל שאין לו תחנות רדיו. דוגמה נוספת היא רעש תרמי במוליכים למחצה. הוא נוצר על ידי רעידות כאוטיות של אטומים ועם הגברה גבוהה הוא די נשמע בכל מכשיר להפקת קול. מקור הרעש הלבן ברור - זה רק משחק מזל.

רעש חום.בתדרים נמוכים, לרעש יש יותר אנרגיה מאשר בתדרים גבוהים. רעש חום אקוסטי (או אדום) נשמע עמום בהשוואה לרעש לבן או ורוד. לצבע שלו אין שום קשר חוםהאור המתאים לו. חום - מהמילה חום, תנועה בראונית. לאוזן, רעש חום נתפס כ"חם" יותר מרעש לבן. הוא גם נפוץ בטבע, וזה לא מפתיע - אחרי הכל, הוא נוצר בהליכה אקראית. לדוגמה, זה מתאים לגלי ים, ובאופן טבעי, לתנועה בראונית של חלקיקים.

רעש ורוד, למרות מקורו הלא ברור, נפוץ ביותר. זה משך תשומת לב לראשונה כאשר פיזיקאים הבחינו שכמה התקני מוליכים למחצה משמיעים רעש מוזר. בנוסף לרעש הלבן התרמי הרגיל, הם מצאו נוכחות של רעש בעל יותר תדרים נמוכים ונמוכים מאוד. התברר שעוצמת הרעש הזה עומדת ביחס הפוך לתדר שלו והקשר הזה נכון אפילו לתדרים של אלפיות הרץ. משמעות הדבר היא שתהליכים מסוימים הנמשכים מספר ימים או יותר מתרחשים במוליכים למחצה, אשר יוצרים את הרעש הזה. זה נקרא "רעש הבהוב", שהוא כעת שם אחר לרעש ורוד. דוגמאות: הרעש המרוחק של מפל מים (מאחר ורכיבי צליל בתדר גבוה מוחלשים באוויר יותר מאלה בתדר נמוך), צליל של מסוק מעופף, רעש זה נמצא, למשל, גם בקצב הלב, ב. גרפים של פעילות חשמלית של המוח, בקרינה אלקטרומגנטית של גופים קוסמיים.

אני גם רוצה להדגיש רעש ירוק- רעש של הסביבה הטבעית. הספקטרום דומה לזה של רעש ורוד עם "ספייק" בסביבות 500 הרץ. רעש ירוק מציין גם את תדרי הביניים של רעש לבן.

כיצד משפיע רעש צבעוני על אדם?

כפי שבטח כבר ניחשתם - בדרכים שונות! כמובן שכל זה אינדיבידואלי. טעם וצבע... כמו שאומרים! אבל רבים שמו לב שהרעש הזה עוזר להתרכז אם יש סביבה רועשת בסביבה, עוזר להסיח את הדעת מכל מחשבה, להירגע, להירדם, להרגיע ילד בוכה ואפילו להרגיע. כְּאֵב רֹאשׁ!

כמו אלה מאפיינים מענייניםמצאתי באתר אחד באנגלית:

רעש לבן(בכל התדרים) הוא מסיכה יעילה של רעש זר מכיוון שהוא מכסה טווח רחב של ה"ספקטרום". זה מצוין לקריאה, ללימוד ולכל פעילות אחרת שדורשת ריכוז.

רעש ורוד(תערובת של תדרים גבוהים ונמוכים) יסייעו בהפגת מתחים ובהתמודדות עם מתח. זה יוצר סביבה טיפולית שמרגיעה את הנפש והגוף שלך.

רעש חום(משתמש נמוך תדרי שמע) עוזר לשפר את השינה, מסכות מצלצלות באוזניים ומפחית כאבי ראש. זה גם יעזור להרגיע את הילדים והחיות שלך.

הנה הקישור לאתר הזה: http://www.simplynoise.com/ יש גם נגן עם הצלילים האלה (בחלק העליון של העמוד), אתה יכול לנסות אותו!

הנה סרטון מעניין! הספקנים צריכים לחשוב על זה)))

כמובן שהכל אינדיבידואלי. וכנראה, אין לקוות להשפעה המופלאה של הצלילים הללו במאה אחוז. נסה את זה, תראה מה מתאים לך, אבל אל תגזים! רעשים... קולות טבע... כל זה טוב! אבל לפעמים עדיף לצאת לטבע (וכמעט כולם יכולים לעשות זאת פעם בשבוע!).

עד כה, דיברנו על סימנים של סדר קוגניטיבי, חתימות שניתן לראות אם התופעה הנחקרת מוצגת באופן דיסקרטי, כסט של מרכיבי מופע. אם חלק מהפרמטרים האינדיבידואליים של אלמנטים אלו תואמים לסטטיסטיקה של כוח, ובמיוחד לחוק Zipf, ניתן להניח שעבור תופעה זו הסדר הקוגניטיבי הוא כוח מסדר משמעותי, לפחות בחלק מהיבטיו. בדוגמאות שלנו, קבוצות כאלה היו ערים של רוסיה עם אוכלוסייתן, מילים של השפה הרוסית עם התדירות שלהן, אגמים של רוסיה עם האזור שלהם.

עם זאת, לא תמיד ניתן להציג את התופעה הנחקרת באופן דיסקרטי, כמבנה מרובה המורכב מאלמנטים בודדים. לפעמים מבנה התופעה הנחקרת אינו ניתן להבחין בצורה גרועה, כך שהוא אינו מיוצג כקבוצה; במקרים אחרים, פשוט לא נוכל לקבל סיכום סטטיסטי של הפרמטרים האישיים של מרכיבי התופעה. במצב כזה, עלינו להסתמך על המאפיינים ההוליסטיים הניתנים לצפייה של התופעה, ביניהם תפקיד מיוחד של רעשים.

אנו קוראים לרעש כל שינוי לא סדיר באחד מהפרמטרים האינטגרליים של התופעה הנצפית. לדוגמה, עבור אש בוערת, פרמטרים כאלה המשתנים בצורה לא סדירה הם עוצמת הקול ועוצמת הקרינה (כנראה שיש אחרים) - בעוד שאנחנו לא מבחינים איזה חלק של האש מייצר קול או קרינה, אנחנו לוקחים את זה כמכלול . אבל אתה יכול לתת כמה דוגמאות לרעשים מסוגים שונים שתרצה: עוצמת זרימת המכוניות בכביש המהיר, מחירי מניות, מפלס מי תהום, פעילות חשמלית של תאים, חוזק זרם במוליך, פעילות טקטונית וכו'. בכל אחת מהדוגמאות הללו אנו עוסקים בכמות מדידה הנתונה לתנודות.

במקרים רבים, התנודות הן תקופתיות, למשל, מרחק השמש מכדור הארץ משתנה מעת לעת, רמת הגאות והשפל משתנה מעת לעת, מיקום המטוטלת וכו'. עם זאת, דינמיקה תקופתית בדרך כלל מופיעה מאוד מערכות פשוטותנשלט על ידי סדר פיזי. נתמקד במערכות מורכבות ובתופעות שבהן תנודות הפרמטרים הן בדרך כלל לא סדירות, לא מחזוריות. הרשו לי להזכיר לכם שבמערכות מורכבות נוצרים תנאי "חממה" לפעולת סדר קוגניטיבי.

אז, רעש הוא שינוי לא תקופתי, לא סדיר בפרמטר של תופעה מכל סוג שהוא. יחד עם זאת, הרעש של פרמטרים אינטגרליים (רעש שנוצר על ידי תופעה בתור שלמות) מעניין אותנו במיוחד, מכיוון שהם מאפשרים לנו לשמוע את "מהות התופעה", גם אם היא אינה ניתנת לגישה ניתוח מבני רגיל. בפרט, פרמטרי רעש מאפשרים לקבוע איזה סדר שולט בתופעה – פיזי או קוגניטיבי.

שיטה קלאסית ומפותחת לניתוח רעש היא ניתוח ספקטרלי. במילים פשוטות, שיטה זו מבוססת על טרנספורמציה פורייה, המייצגת כמות המשתנה לאורך פרק זמן נבחר רחוב)כסכום ההרמוניות של תדר מרובה:

הבה, למשל, נבחן אות רעש באורך של שנייה אחת. זה יכול להיות מיוצג כסכום של אותות מחזוריים (הרמוניים) עם תדרים של 1, 2, 3, 4, 5 ... הרץ. לכל אחד מהתנאים של סכום זה יש צורה של גל קוסינוס והוא מרכיב תדר של האות המקורי. יתרה מכך, בהתאם לאות, התרומה של רכיבים שונים תהיה שונה, מה שבא לידי ביטוי במקדמים שונים A1, A2, A3,...

לאחר שבנו תרשים שעליו נשרטט את תדירות הרכיבים לאורך ציר ה-X (מספר זה עולה בקנה אחד עם מספר הפעמים שגל הקוסינוס המתאים משתלב במרווח ההתחלתי הנמשך שנייה אחת), ולאורך ציר Y המקדם המתאים א, בריבוע, אנחנו מקבלים ספקטרום הספק תדראות הרעש המקורי, המשקף בבירור את התרומה של כל הרמונית לעוצמת האות הכולל.

אם אתה לא מבין היטב על מה אנחנו מדברים כאן, אני ממליץ לך לקרוא תחילה מבוא פשוט מאוד לתיאוריה של תהליכים מחזוריים ותמרות פורייה. הוא כתוב בצורה כזו שאפילו אנשים במדעי הרוח יכולים להבין אותו. הבנה אינטואיטיבית של ספקטרום ההספק של תנודות ורעש תעזור מאוד כשאתה קורא את הפרולוגים מאוחר יותר.

נשים לב לקשר בין מרכיבי התדר של סדרת פורייה לסדרה ההרמונית. אם משך האות המקורי הוא שנייה אחת, אז להרמונית הראשונה יש תדר של 1 הרץ. ומשך 1 שנייה. להרמונית השנייה יש תדר כפול מה-2 הרץ הראשונים. ותקופה 1/2 שניה. (כלומר, תוך שנייה אחת הוא מבצע שתי תנודות שלמות). להרמונית השלישית יש תדר של 3 הרץ. ותקופה 1/3 שניות. וכו ' סדרת התקופות ההרמוניות תואמת בדיוק את הסדרה ההרמונית החשובה לנו:

שינויים לא סדירים בפרמטרים של תופעות שונות הם שכיחים ביותר ונחקרים מזה זמן רב, לרבות בעזרת ניתוח ספקטרלי. התברר שמבחינת ספקטרום, שלושה סוגי רעשים הם הנפוצים ביותר. התברר גם שהספקטרום של רעשים אלו תואם לפונקציות כוח. רעשים אלה מקבלים קודי צבע: רעש לבן, רעש חוםו רעש ורוד. בהמשך נדבר על כל אחד מהם.

רעש לבן

רעש לבן הוא רעש שלרכיבי התדר שלו יש אותו הספק בערך בכל טווחי התדרים. הודות לתכונה זו, הוא קיבל את ייעודו: מאמינים שאור שמש לבן הוא תערובת אחידה של תנודות אלקטרומגנטיות תדרים שונים. באנלוגיה, רעש לבן התחיל להיקרא כל אות שיש לו ספקטרום שטוח אופייני. לדוגמה, הנה מדגם רעש לבן טיפוסי וספקטרום ההספק המתאים לו:

כפי שאנו יכולים לראות, הספקטרום אינו מראה כל סטיות שיטתיות מקו שטוח אופקי. וביצוע ממוצע של הספקטרום מספר גדולדגימות רעש לבן או ממוצע על פני תדרים סמוכים, נקבל קו אופקי שטוח.

בטבע, סוג זה של רעש נצפה לרוב בקשר לתנודות תרמיות, למשל, לרעש תרמי במוליכים למחצה יש את הספקטרום הזה - אם נפעיל איזה מגבר אלקטרוני בווליום מלא, נשמע שריקה רכה - זה לבן תרמי רַעַשׁ.

רעש לבן הוא מדהים כי יש דרך מספרית פשוטה מאוד ליצור אותו. בואו ניקח טווח מספרי כלשהו ונבחר ממנו מספרים באופן אקראי לחלוטין. שילוב התוצאות בשורה אחת, נקבל רצף של מספרים בעל ספקטרום רעש לבן. זה מוביל להסבר טבעי של רעש לבן כתוצאה מתהליכים אקראיים לחלוטין. לדוגמה, זה יכול להסביר רעש תרמי במוליכים למחצה.

רעש חום

הספקטרום של רעש חום מתאים פונקציית כוחעם אינדיקטור של -2. הרעש הזה קיבל את שמו משם המשפחה בראון, שהיה שמו של מגלה תנועת "הבראון". כשהסתכל על אבקת צמחים במים תחת מיקרוסקופ, הוא גילה שהחלקיקים נעים בצורה כאוטית במקום להישאר ללא תנועה. זה הוסבר על ידי השפעות אקראיות של מולקולות מים הפוגעות בחלקיקי אבקה. כתוצאה מכך, החלקיקים נסחפו באיטיות בכאוטיות ונדדו. הרעיון של הליכה אקראית מומחש היטב על ידי מראה חיצוניאות חום:

עם זאת, על ידי בניית אותו ספקטרום בקואורדינטות לוגריתמיות כפולות, אנו מבהירים לחלוטין את ההתאמה של הספקטרום לפונקציית חזקה:

למרות הסטיות המזדמנות, הספקטרום מתאים כמובן על קו ישר המתאים למעריך -2. על ידי ממוצע של דגימות רעש רבות או החלקה על נקודות שכנות, אנו מקבלים קו כמעט ישר.

רעש חום מופק מספרית בפשטות כמו רעש לבן - והוא מדגים את הקרבה העמוקה בין השניים. כדי לקבל רעש חום, בכל שלב לא צריך לקחת רק מספרים אקראיים כערך האות הבא, אלא להוסיף ערך אקראי לערך האות הקודם. לדוגמה, אם בשלב הקודם לאות היה ערך של 100, וקיבלנו מספר אקראי -7, אז ערך האות הבא יהיה 93.

במילים אחרות, ברעש לבן המשתנה האקראי הוא כל ערך הבאאות, ובחום המשתנה האקראי הוא שינוי אות(זו הסיבה שאומרים שרעש לבן הוא נגזרת דיפרנציאלית של רעש חום).

המראה הנודד האופייני של רעש חום מדגים את ההבדל החשוב שלו מרעש לבן: רעש לבן מייצג תנודות שנמצאות ברצועה מסוימת, שמעבר לה הן כמעט לא עוברות. להיפך, רעש חום, אם יינתן לו מספיק זמן, מובטח שישאיר כל פס ערכים, אפילו גדול מאוד:

בעניין זה, נהוג לומר שרעש לבן הוא יַצִיב, וחום - לא נייח. (שימו לב כיצד זה דומה למושג של סדרות מספרים מתכנסות ומתפצלות).

רעש חום נפוץ בתופעות מסוגים שונים. זה מתרחש בכל מקום בו יש עלייה אקראית בפרמטרים כלשהם. לדוגמה, בתנועה הבראונית של מיקרו-חלקיקים, פרמטר כזה הוא הקואורדינטה של ​​החלקיקים. הספקטרום החום מתאים היטב לתנועה הרגילה של שערי המניות, המורכבת גם מעליות ערך של מניות הקרובות לאקראיות. באופן כללי, היכן שיש לנו ערך שמשום מה אינו נוטה להשתנות באופן מיידי, אלא רק במרווחים קטנים יחסית, אנו נתקלים בתנודות בעלות ספקטרום רעשים חום. מטבע הדברים, המציאות הפיזית, שבה יש הרבה כמויות אינרציאליות כאלה (קואורדינטות של גופים, הדחפים שלהם וכו'), מספקת דוגמאות רבות לרעש חום.

אם רעש לבן נשמע דומה לרעש של חול נופל או לרעש במגבר אלקטרוני, הרי שרעש חום, בשל העליונות העצומה של תדרים נמוכים, דומה לרעש בבית המלאכה של מפעל לבניית מכונות, שמתמלא עם זמזום חזק ו"כבד" של יחידות ענק.

רעש ורוד

רעש ורוד או רעש הבהוב הוא רעש שספקטרום ההספק שלו מתאים לפונקציית הספק עם מעריך -1. פורמלית, לפי מעריך הביניים (עבור חום זה -2, עבור לבן זה 0), רעש ורוד הוא בדיוק באמצע הדרך בין רעש חום ללבן. זה מומחש גם על ידי המראה האופייני של רעש ורוד:

הרעש אינו "שטוח" כמו לבן, אבל הוא גם לא נודד כמו חום.

רעש ורוד מקבל את שמו מהאנלוגיה שלו עם ספקטרום הצבעים של גלים אלקטרומגנטיים. לאור לבן יש ספקטרום שטוח אחיד, ואם אתה מגדיל את העוצמה של רכיבים בתדר נמוך - והם אחראים לאזור האדום של ספקטרום הצבעים - אז אור לבןיהפוך לאדמדם, ורוד. זה מה שהופך את הספקטרום של רעש ורוד לשונה: התדרים הנמוכים חזקים בו יותר. (אבל עלינו לזכור שאם נסתכל על הספקטרום לא בלוגריתמי, אלא בקואורדינטות רגילות, נראה שבמציאות רכיבי התדר הנמוכים ביותר חזקים פי כמה מהאחרים. באנלוגיה, זה מתאים למצב שבו אדום קרינה חזקה פי כמה מאחרים, וקוטעת אותם, אז יותר נכון יש לקרוא לרעש ורוד אָדוֹם).

רעש ורוד נצפה במגוון תופעות. זה הבחין לראשונה בפיזיקה של מוליכים למחצה, בתנודות זרם דרך מוליכים למחצה, כאשר התגלה כי בנוסף לרעש תרמי רגיל, הם מכילים רעש בעל ספקטרום חוק כוח עם אקספוננט של כ-1. זה הופך בולט במיוחד בתדרים נמוכים, שבהם לרעש הזה יש הספק מקסימלי. בפיזיקה, הרעש הזה נקרא "רעש הבהוב", רעש הבהוב, ומקורו עדיין נותר בגדר תעלומה. יש לו תכונות מוזרות באמת. לדוגמה, התברר כי אפילו מוליכים למחצה מבודדים לחלוטין עולם חיצוני, עקב שינויי טמפרטורה וכו', מתרחשות תנודות זרם איטיות הנמשכות שבועות ואפילו חודשים, בעלות ספקטרום ורוד. מנקודת המבט של הפיזיקה הנוכחית, לא ניתן להסביר זאת בצורה משביעת רצון, שכן מאמינים שלא יכולים להתרחש תהליכים הפיכים בסולם זמן כזה במוליכים למחצה. הבעיה הפכה חמורה עוד יותר כאשר התגלה כי רעש הבהוב קיים לא רק במוליכים למחצה, אלא כמעט בכל מדיה מוליכה. זה שם קץ להסברים (עם זאת, מורכבים למדי) שהתבססו עליהם מאפיינים ייחודייםמוליכים למחצה, כגון נוכחות של מישורי מגע בין אזורים בעלי מוליכות שונה וכו'.

בעיית רעש הבהוב מחמירה מכך שעד כה לא היה מודל מספרי פשוט ושקוף מספיק שיכול ליצור רעש ורוד. ואם אנחנו לא מבינים באופן עקרוני איך אפשר ליצור רעש ורוד, אז קשה לנו להסביר איך הוא נוצר בתופעות טבע.

עם זאת, המסתורין של רעש הבהוב יישאר נושא מיוחד מאוד אם רעש עם ספקטרום כזה לא יימצא בהרבה תופעות אחרות בעלות אופי שונה מאוד. לא נפרט אותם כאן - כבר נכתב הרבה על הנושא של רעש ורוד - אבל נביא רק כמה דוגמאות שחשובות לנו. ראשית, לצלילי הדיבור האנושי, כמו גם לרוב היצירות המוזיקליות של סגנונות ואומות שונות, יש ספקטרום ורוד. שנית, לתנודות בפוטנציאלים החשמליים של נוירונים בודדים במוח יש ספקטרום ורוד, ובאופן כללי, לאלקטרואנצפלוגרמות של המוח של אנשים בריאים יש ספקטרום זה.

לאוזן, רעש ורוד אינו "שטוח" ו"משעמם" כמו רעש לבן, אבל גם לא "כבד" מדכא כמו רעש חום. הדבר הכי קרוב שהוא כנראה דומה הוא קולו של מפל כשאנחנו קרובים אליו.

רעש ורוד מכונה לפעמים " רעש 1/fמכיוון שמשוואת ספקטרום ההספק עבור רעש ורוד מתאימה לפונקציית הספק:

איפה W(f)- כוחו של הרמוני בעל תדר ו, W(1)הוא כוחו של ההרמונית הראשונה, ו ו- תדירות. באופן טבעי, אנו יכולים באנלוגיה לייעד רעש חום כ"רעש 1/f²", מכיוון שמשוואת הספקטרום שלו היא: