Základné "farby" šumu

Farebné korešpondencie rôznych typov šumového signálu sa určujú pomocou grafov (histogramov) spektrálnej hustoty, to znamená rozloženia výkonu signálu na frekvenciách.

biely šum

Iné

Existujú aj iné, „menej oficiálne“ farby:

oranžový šum

Oranžový šum je kvázistacionárny šum s konečnou spektrálnou hustotou. Spektrum takéhoto šumu má pásma nulovej energie rozptýlené po celom spektre. Tieto pruhy sú umiestnené na frekvenciách hudobných nôt.

červený šum

Červený šum – môže byť buď synonymom pre Brownov alebo ružový šum, alebo označenie pre prirodzený hluk charakteristický pre veľké vodné plochy – moria a oceány, ktoré pohlcujú vysoké frekvencie. Červený šum je počuť z brehu zo vzdialených objektov v oceáne.

zelený šum

Zelený šum je hluk z prírodného prostredia. Podobne ako ružový šum so zosilnenou frekvenčnou oblasťou okolo 500 Hz.

čierny šum

Pojem „čierny šum“ má niekoľko definícií:

Poznámky

pozri tiež

Literatúra

• Yellott, John I. Jr., "Spectral Consequences of Photoreceptor Sampling in the Rhesus Retina." Science, zväzok 221, s. 382-385, 1983.

Zvukové vlny majú rôznu povahu a dôsledkom ich chaotického kmitania je hluk.

Vždy sa stretávame s hlukom Každodenný život, či už sú to zvuky áut, dažďa, metra, mora, vetra. Existuje mnoho rôznych typov hluku. Rozlišujú sa dokonca aj farebne.

Hluk biela farba je denný hluk. Toto zahŕňa:

• zvuk mora;
• zvuk dažďa;
• nočné zvuky;
• šumenie rieky;
• hluk z diaľnice;
• hučanie vlakov.

Pre človeka to nie je negatívne, ale nepretržitý vplyv zvukov rôznych frekvencií môže spôsobiť zvýšenie alebo zníženie tlaku, bolesť hlavy. Pre jednotlivých ľudí biely šum je nevyhnutnou podmienkou hlboký spánok. Väčšina nie je schopná ponoriť sa do nočných snov, ak v pozadí nie je známe „pšššt“. Prečo má nahrádzanie každodenných zvukov na ľudí taký podmanivý účinok? Existujú aj iné farby šumu?

Myšlienka nahradenia jedného hluku iným sa môže zdať na prvý pohľad absurdná. Má to zmysel? "Nemôžem spať kvôli rušivým zvukom, zapnem si cudzie zvuky." Podivuhodný. Napriek tomu väčšina ľudí ubezpečuje, že nie sú pripravení úplne zaspať bez opísaného hluku. A niektoré spoločnosti sú ochotné ponúknuť vám kúpu zariadenia, ktoré obnovuje prispôsobené zvuky pre zdravý spánok. Čo sa v týchto chvíľach deje s naším telom?

Podstatou krátkej odpovede je toto: biely šum je pre určitých jednotlivcov pohodlný.

Teraz rozšírená odpoveď. Biely šum je nehybný zvuk. Pozostáva z multispektrálnych prvkov. Sú rovnomerne rozmiestnené v celom spektre príslušných frekvencií.

Je niečo jasné? Predstavme si koncert s Vysoké číslo hudobníci. Každý z nich hrá podľa nôt. Takýto súbor súčasne reprodukuje množstvo zvukov, ktoré sú dostupné nášmu uchu. Toto je biely šum.

Stáva sa, že sa zobudíte z hluku, nie je to jeho chyba. Zobudí vás nekonzistentnosť a modifikácia zvukového tónu, ktorý sa objavil. Biely šum blokuje podobné prudké zmeny, akoby vás chránil pred náhlymi alebo nepríjemnými zvukmi.

„Najzákladnejšia verzia je, že náš sluch je vždy v poriadku, dokonca aj počas spánku,“ vysvetľuje Seth Horowitz, autor kníh. Preto sa veľa ľudí rozhodne počúvať biely šum vytvorený akýmkoľvek mechanizmom, a nie manželovo intenzívne a potom utíchajúce chrápanie.

Toto naozaj vyzerá ako pravda. Ak sa vám zrazu nepáči šum bielej farby, skúste počúvať zvuky iných tónov.

V aplikovaných oblastiach je ružový šum známy ako blikajúci šum. Zvuk letiaceho vrtuľníka ukážkový príklad tento typ hluku. Má výborný liečivý účinok s depresiami a neurózami. Nedávne štúdie zistili, že ak sú filmy založené na vzoroch ružového šumu, potom sú pre divákov atraktívnejšie, keďže zodpovedajú vzoru oddeľovania pozornosti ľudí.

Analýza profesora Jue Zhanga z univerzity v Pekingu zistila, že najpríťažlivejší názov „ružového šumu“ vám môže pomôcť oveľa rýchlejšie zaspať.

Ružový šum je typ zvuku, v ktorom majú všetky oktávy rovnakú silu alebo dokonale prispôsobené frekvencie. Predstavte si zvuk dažďa, ktorý padá na chodník alebo vietor šuchotajúci listami stromov.

Zvuky iných farieb

• Hnedý šum je ako zvuk vodopádu. Je známy tým, že vstupuje do rezonancie s ľudskými orgánmi, hnedý šum vytvára narušenie gastrointestinálneho traktu. Pri výraznej saturácii môže hluk spôsobiť poškodenie ľudí.
• Hluk modrej farby ostrejší ako biely šum podľa zmyslov zvuku. Tento typ vytvorené v dôsledku zmien ružového šumu.
• Modrý šum nielenže vo svete neexistuje, ale Fialová. Vzniká v dôsledku spektrálnej analýzy hnedého a bieleho šumu.
• Jedinečnosť hluku sivej farby spočíva v tom, že v celom rozsahu frekvencií obsahuje rovnakú hlasitosť pre uši ľudí. Spektrum šedého šumu vzniká kombináciou hnedého a bieleho šumu. Človek ju považuje za podobnú bielej.
• oranžová alebo šum oranžová farba má veľmi náročnú prezentáciu vedecký bod vízie. Ale je to dosť jednoduché na výrobu – dajte deťom nejaké plastové sopránové píšťaly a nechajte ich hrkať.
• Červený šum je súčasťou vodných zdrojov. Tento druh zvuku počujeme zo vzdialených objektov, ktoré sú v oceáne z pobrežia.
• Hluk prírodné prostredie je zelený šum.
• Čierny hluk je to, čo nám niekedy v ruchu mesta chýba: čierny hluk je ticho.

Nepochybne nie každý je nadšený týmto typom hluku. jednotlivých ľudí, naopak, stanú sa citlivejšími na zvuky v pozadí. Pravdepodobne niektorí z nás vnímajú nekonečný hluk ako upokojujúci prúd, iní z neho vytrhávajú ostré jednotlivé tóny.

Vplyv zvukov na ľudí závisí od:

• úroveň hluku;
• jeho vlastnosti a rozsah;
• doba expozície;
• rezonančné javy.
• zdravotný stav;
• osobné vlastnosti ľudí a prispôsobivosť organizmu.

Negatívny vplyv hluku sa prejavuje v vplyve na emocionálny postoj, motiváciu, iniciatívu, stáva sa, ale zvyčajne sa nijako neprejavuje zhoršením práce, no napriek tomu spôsobuje ľuďom nepríjemnosti.

Syčanie, kmitavý hluk, dunenie a škrípanie môže byť nepríjemné; znižujú schopnosť rýchlo a presne vykonávať koordinované pohyby.

Silný šum spôsobuje problémy s rozpoznávaním farieb, schopnosťou určiť čas a vzdialenosť, znižuje kvalitu videnia a mení zrakové vnímanie.

V období od 18-45 sme schopní znášať silné zvuky s menšími problémami ako mladší alebo naopak starší ľudia. Ženy sú veľa lepšie ako muži tolerovať hluk. Ak vlastníte vysoký krvný tlak, potom silný hluk bude ťažšie znášať ako ľudia, ktorí ho majú normálne. Na druhej strane v bežnom obytnom priestore ľudia bežné zvuky nevnímajú. Človek nemôže existovať bez zvukov.

Ak je okolo človeka príliš ticho a pokoj, potom to negatívne ovplyvňuje emocionálne pozadie, pretože takéto ticho je pre každého z nás nezvyčajné.

2017, . Všetky práva vyhradené.

Biely šum. Načo to je?

Viete, čo je biely šum? Zažili ste jeho účinky? Na čo slúži biely šum a v princípe niečo také existuje?

Teraz sa pokúsim odpovedať na tieto otázky!

Takže biely šum je stacionárny šum, ktorého spektrálne zložky sú rovnomerne rozložené v celom rozsahu príslušných frekvencií, ako nám hovorí Wikipedia. Inými slovami, ide o širokopásmové žiarenie pozostávajúce zo všetkých vlnových dĺžok približne rovnakej intenzity alebo maximálneho možného spektra takýchto rôznych vlnových dĺžok.

Svoj názov dostal analogicky s bielym svetlom - efektom pozorovaným vo viditeľnej časti slnečného svetla: ak sa zmiešajú všetky farby viditeľného svetelného spektra, vznikne biela farba.

V oblasti počuteľnej frekvencie je príkladom bieleho šumu šum vodopádu.

V pokračovaní takejto vedeckej metafory!

Existuje aj koncept farebného šumu: šum rôzne farby. A pri všetkej ich rozmanitosti najvyššia hodnota má tri typy hluku: biely šum, hnedý šum a ružový šum .

Všetky tri hlavné typy hluku sú rozšírené:

Tam, kde sa náhodne miešajú rôzne faktory, tam je biely šum- dá sa to počuť napríklad naladením starého rozhlasového prijímača na vlnu, v ktorej nie sú rozhlasové stanice. Ďalším príkladom je tepelný šum v polovodičoch. Vzniká chaotickými vibráciami atómov a pri vysokom zosilnení je celkom dobre počuteľný v akomkoľvek zariadení na reprodukciu zvuku. Pôvod bieleho šumu je jasný – ide len o hazardnú hru.

hnedý šum. Hluk má viac energie pri nízkych frekvenciách ako pri vysokých frekvenciách. Akustický hnedý (alebo červený) šum je počuť ako tlmený v porovnaní s bielym alebo ružovým šumom. Jeho farba nesúvisí s hnedá jeho zodpovedajúce svetlo. Brown – od slova Brown, Brownov pohyb. Hnedý šum je pre ucho vnímaný ako „teplejší“ ako biely.Je tiež rozšírený v prírode a nie je to prekvapujúce - koniec koncov, je generovaný náhodnou prechádzkou. Zodpovedá to napríklad vlnám morského príboja a samozrejme Brownovmu pohybu častíc.

ružový šum, je napriek svojmu nepochopiteľnému pôvodu mimoriadne rozšírený. Prvýkrát na seba upozornil, keď si fyzici všimli, že niektoré polovodičové zariadenia vydávajú zvláštny zvuk. Okrem bežného tepelného bieleho šumu zistili prítomnosť šumu, ktorý mal viac nízkych a veľmi nízkych frekvencií. Ukázalo sa, že sila tohto hluku je nepriamo úmerná jeho frekvencii a tento vzťah platí aj pre frekvencie tisícin hertzov. To znamená, že v polovodičoch existujú procesy, ktoré trvajú niekoľko dní alebo viac, ktoré vytvárajú tento šum. Bol nazývaný "blikavý šum", blikajúci šum - teraz iný názov pre ružový šum. Príklady: vzdialený hluk vodopádu (keďže vysokofrekvenčné zložky zvuku tlmia vo vzduchu viac ako nízkofrekvenčné), zvuk letiaceho vrtuľníka, tento hluk nájdeme napríklad aj v srdcových rytmoch, v grafoch elektrickej aktivity mozgu, v elektromagnetickom žiarení vesmírnych telies.

Chcel by som tiež vyzdvihnúť zelený šum- environmentálny hluk. Spektrum je podobné ako pri ružovom šume s „špicom“ okolo 500 Hz. Zelený šum tiež označuje stredné frekvencie bieleho šumu.

Ako pôsobí farebný šum na človeka?

Ako ste už pravdepodobne uhádli - rôznymi spôsobmi! Samozrejme, toto všetko je individuálne. Chuť a farba ... ako sa hovorí! Mnohí si však všimli, že tento hluk pomáha sústrediť sa, ak je okolo hlučné prostredie, pomáha odvrátiť pozornosť od akýchkoľvek myšlienok, relaxovať, zaspať, upokojiť plačúce dieťa a dokonca aj upokojiť. bolesť hlavy!

Ako tieto zaujímavé vlastnosti Na jednej anglickej stránke som našiel:

biely šum(na všetkých frekvenciách) je účinným maskérom nečestného hluku, pretože pokrýva široké spektrum "spektra". Je to skvelé na čítanie, štúdium a akúkoľvek inú činnosť, ktorá si vyžaduje sústredenie.

ružový šum(zmes vysokých a nízkych frekvencií) pomôže zmierniť stres, vyrovnať sa s napätím. Vytvára terapeutické prostredie, ktoré uvoľní vašu myseľ a telo.

hnedý šum(používa nízke audio frekvencie) zlepšuje spánok, maskuje tinitus, znižuje bolesti hlavy. Pomôže to upokojiť aj vaše deti a domácich miláčikov.

Tu je odkaz na túto stránku: http://www.simplynoise.com/ Existuje aj prehrávač s týmito zvukmi (úplne hore na stránke), môžete ho vyskúšať!

A tu je zaujímavé video! Skeptici by mali zvážiť

Samozrejme, všetko je individuálne. A pravdepodobne by sme nemali dúfať v zázračný účinok týchto zvukov na sto percent. Vyskúšajte, uvidíte, čo vám vyhovuje, ale príliš to nepreháňajte! Hluky... zvuky prírody... Všetko je dobré! Niekedy je však lepšie vyraziť do prírody (a raz za týždeň to zvládne takmer každý!).

Hluk- náhodné výkyvy rôzneho fyzikálneho charakteru, vyznačujúce sa zložitosťou časovej a spektrálnej štruktúry.

• pôvodné slovo hluk súvisia výlučne so zvukovými vibráciami, ale v moderná veda bol rozšírený o ďalšie druhy vibrácií (rádio, elektrina).

  Klasifikácia hluku

  Hluk- súbor aperiodických zvukov rôznej intenzity a frekvencie. S fyziologický bod Hluk je akýkoľvek nepriaznivo vnímaný zvuk.

  Podľa spektra

  Hluky sa delia na stacionárne a nestacionárne.

  Podľa povahy spektra

  Podľa charakteru spektra sa hluk delí na:

• širokopásmový šum so spojitým spektrom širokým viac ako 1 oktáva;
• tónový šum, v spektre ktorého sú výrazné tóny. Za výrazný tón sa považuje, ak jedno z tretinových oktávových frekvenčných pásiem prevyšuje ostatné aspoň o 7 dB.

Podľa frekvencie (Hz)

Podľa frekvenčnej odozvy sa hluk delí na:

• nízka frekvencia (<400 Гц)
• stredná frekvencia (400-1000 Hz)
• vysoká frekvencia (> 1000 Hz)

Podľa časových charakteristík

• konštantný;
• prerušovaný, ktorý sa zase delí na kmitavý, prerušovaný a impulzívny.

Podľa povahy výskytu

• Mechanický
• Aerodynamický
• Hydraulické
• Elektromagnetické

  Meranie hluku

  Na kvantifikáciu hluku sa používajú spriemerované parametre, určené na základe štatistických zákonov. Na meranie hlukových charakteristík sa používajú zvukomery, frekvenčné analyzátory, korelometre atď.

  Hladina hluku sa najčastejšie meria v decibeloch.

  Intenzita zvuku v decibeloch

• Konverzácia: 40-45
• Kancelária: 50-60
• Ulica: 70-80
• Továreň (ťažký priemysel): 70-110
• Reťazová píla: 100
• Štart tryskami: 120
• Vuvuzela: 130

Zdroje hluku

Zdroje akustický hluk môže slúžiť akékoľvek kolísanie pevných, kvapalných a plynných médií; v technike sú hlavnými zdrojmi hluku rôzne motory a mechanizmy. Všeobecne akceptovaná je nasledujúca klasifikácia hluku podľa zdroja výskytu: - mechanický; - hydraulické; - aerodynamický; - elektrický.

Zvýšený hluk strojov a mechanizmov je často znakom prítomnosti porúch v nich alebo iracionality štruktúr. Zdrojmi hluku vo výrobe sú doprava, technologické zariadenia, ventilačné systémy, pneumatické a hydraulické jednotky, ako aj zdroje spôsobujúce vibrácie.

Neakustický hluk

elektronický šum- náhodné kolísanie prúdov a napätí v rádiu elektronické zariadenia, vznikajú ako dôsledok nerovnomernej emisie elektrónov v elektrovákuových zariadeniach (šum výstrelu, blikanie), nerovnomerné procesy generovania a rekombinácie nosičov náboja (vodivé elektróny a diery) v polovodičových zariadeniach, tepelný pohyb prúdových nosičov vo vodičoch (tepelný šum ), tepelné žiarenie Zeme a zemskej atmosféry, ako aj planét, Slnka, hviezd, medzihviezdneho prostredia a pod.(kozmický šum).

Vplyv hluku na človeka

Hluk v oblasti zvuku vedie k zníženiu pozornosti a zvýšeniu chýb pri výkone rôzne druhy Tvorba. Hluk spomaľuje reakciu človeka na signály prichádzajúce z technických zariadení. Hluk tlmí centrálu nervový systém(CNS), spôsobuje zmeny v rýchlosti dýchania a srdcovej frekvencie, prispieva k poruchám metabolizmu, vzniku srdcovo-cievne ochorenie, žalúdočné vredy, hypertenzia. Pri vystavení hluku vysoké úrovne(viac ako 140 dB) možné prerušenie ušné bubienky, pomliaždenie a pri ešte vyššej (viac ako 160 dB) a smrť.

Hygienická regulácia hluku

Na určenie prípustnej hladiny hluku na pracoviskách, v obytných priestoroch, verejných budovách a obytných oblastiach sa používa GOST 12.1.003-83. SSBT "Hluk. Všeobecné bezpečnostné požiadavky“, SN 2.2.4 / 2.1.8.562-96 „Hluk na pracoviskách, v priestoroch obytných budov, verejných budov a obytných oblastí“.

Normalizácia hluku v audio rozsahu sa vykonáva dvoma spôsobmi: obmedzujúcim spektrom hladiny hluku a dBA. Prvý spôsob stanovuje maximálne prípustné úrovne (MPL) v deviatich oktávových pásmach s geometrickými strednými frekvenciami 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. Druhá metóda sa používa na normalizáciu nekonštantného šumu a v prípadoch, keď nie je známe skutočné spektrum šumu. Normalizovaným ukazovateľom je v tomto prípade ekvivalentná hladina zvuku širokopásmového konštantného hluku, ktorý má na človeka rovnaký účinok ako skutočný prerušovaný hluk, meraný na stupnici A zvukomera.

Farby hluku

Farby hluku- systém pojmov, ktorý určitým typom šumových signálov pripisuje určité farby na základe analógie medzi spektrom signálu ľubovoľnej povahy (presnejšie jeho spektrálnou hustotou alebo, matematicky povedané, distribučnými parametrami náhodného procesu) a spektrá rôznych farieb viditeľného svetla. Táto abstrakcia je široko používaná v oblastiach techniky zaoberajúcej sa hlukom (akustika, elektronika, fyzika atď.).

biely šum

biely šum- stacionárny šum, ktorého spektrálne zložky sú rovnomerne rozložené v celom rozsahu príslušných frekvencií. Príklady bieleho šumu sú blízko vodopádového šumu (vzdialený vodopádový šum je ružový, pretože vysokofrekvenčné zložky zvuku sú vo vzduchu tlmenejšie ako nízkofrekvenčné) alebo Schottkyho šum na vysokoimpedančných termináloch. Svoj názov dostala podľa bieleho svetla obsahujúceho elektromagnetické vlny o frekvenciách celého viditeľného rozsahu elektromagnetického žiarenia.

V prírode a technike sa „čisto“ biely šum (to znamená biely šum s rovnakou spektrálnou silou na všetkých frekvenciách) nevyskytuje (vzhľadom na to, že takýto signál by mal nekonečnú silu), avšak akýkoľvek šum, ktorého spektrálna hustota je rovnaký (alebo mierne odlišný) v uvažovanom frekvenčnom rozsahu.

Štatistické vlastnosti

Pojem "biely šum" sa zvyčajne používa pre signál, ktorý má autokorelačnú funkciu, matematicky opísanú Diracovou delta funkciou vo všetkých dimenziách viacrozmerného priestoru, v ktorom sa tento signál zvažuje. Signály s touto vlastnosťou možno považovať za biely šum. Táto štatistická vlastnosť je základná pre signály tohto typu.

Skutočnosť, že biely šum nie je korelovaný v čase (alebo v inom argumente), neurčuje jeho hodnoty v časovej (alebo inom posudzovanom argumente) doméne. Množiny prijímané signálom môžu byť ľubovoľné až po hlavnú štatistickú vlastnosť (konštantná zložka takéhoto signálu sa však musí rovnať nule). Napríklad binárny signál, ktorý môže nadobudnúť iba hodnoty rovné nule alebo jednotke, bude biely šum iba vtedy, ak postupnosť núl a jednotiek nebude korelovaná. Signály, ktoré majú spojitú distribúciu (napr. normálne rozloženie), môžu byť tiež bielym šumom.

Diskrétny biely šum je jednoducho sekvencia nezávislých (t. j. nie štatisticky). viazaný priateľ s priateľom) čísla.

blikanie, ružový šum

blikanie (blikanie, 1/f hluk, Niekedy ružový šum v užšom aplikovanom zmysle tohto pojmu) - elektronický šum pozorovaný v takmer akomkoľvek elektronickom zariadení; jeho zdrojom môžu byť nehomogenity vo vodivom prostredí, generovanie a rekombinácia nosičov náboja v tranzistoroch a pod. Zvyčajne sa spomína v súvislosti s jednosmerným prúdom.

Blikajúci šum má spektrum ružového šumu, preto sa tak niekedy nazýva. Ružový šum by sa však mal rozlišovať ako matematický model signál určitého typu a šum blikania, ako dobre definovaný jav v elektrických obvodoch.

V roku 1996 na Ústave tepelnej fyziky Uralskej pobočky Ruskej akadémie vied V. P. Koverdoy a V. N. Skokov experimentálne objavili intenzívne tepelné pulzácie pri prechode z bublinkového režimu varu tekutého dusíka na filmový v tepelnej oblasti. vysokoteplotný supravodič. Spektrum týchto pulzácií zodpovedá šumu blikania

červený šum

červený šum (hnedý hluk) je šumový signál, ktorý vytvára Brownov pohyb. Vzhľadom na to, že v angličtine je tzv Hnedý (brownovský) šum, jeho názov sa často prekladá do ruštiny ako hnedý šum.
Spektrálna hustota červeného šumu je úmerná 1/f², kde f je frekvencia. To znamená, že pri nízkych frekvenciách má hluk viac energie, dokonca viac ako ružový šum. Energia hluku klesá o 6 decibelov na oktávu. Akustický červený šum je počuť ako tlmený v porovnaní s bielym alebo ružovým šumom

Modrý (azúrový) šum

modrý šum- druh signálu, ktorého spektrálna hustota sa zvyšuje o 3 dB na oktávu. To znamená, že jeho spektrálna hustota rastie so zvyšujúcou sa frekvenciou a podobne ako biely šum musí byť v praxi obmedzená frekvenciou. Modrý šum je vnímaný ako ostrejší ako biely šum. Modrý šum sa získa diferenciáciou ružového šumu; ich spektrá sú zrkadlové.

fialový šum

Fialový šum je typ signálu, ktorého spektrálna hustota sa zvyšuje o 6 dB na oktávu. To znamená, že jeho spektrálna hustota je úmerná druhej mocnine frekvencie a podobne ako biely šum musí byť v praxi obmedzená frekvenciou. Fialový šum sa získa diferenciáciou bieleho šumu. Spektrum fialového šumu je zrkadlovým obrazom spektra červeného šumu.

šedý šum

Termín šedý šum sa vzťahuje na šumový signál, ktorý má rovnakú subjektívnu hlasitosť pre ľudský sluch v celom rozsahu vnímaných frekvencií. Spektrum šedého šumu sa získa pridaním spektier Brownovho a fialový šum. Spektrum šedého šumu vykazuje veľký „pokles“ pri stredných frekvenciách, avšak ľudský sluch subjektívne vníma šedý šum ako jednotný v spektrálnej hustote (bez prevahy akýchkoľvek frekvencií).

Slovník americkej federálnej telekomunikačnej normy 1037C definuje biely, ružový, modrý a čierny šum.

oranžový šum

Oranžový šum je kvázistacionárny šum s konečnou spektrálnou hustotou. Spektrum takéhoto šumu má pásma nulovej energie rozptýlené po celom spektre. Tieto pásma sa nachádzajú na frekvenciách hudobných nôt.

červený šum

Červený šum – môže byť buď synonymom pre Brownov alebo ružový šum, alebo označenie pre prirodzený hluk charakteristický pre veľké vodné plochy – moria a oceány, ktoré pohlcujú vysoké frekvencie. Červený šum je počuť z brehu zo vzdialených objektov v oceáne.

zelený šum

Zelený šum je hluk z prírodného prostredia. Podobne ako ružový šum so zosilnenou frekvenčnou oblasťou okolo 500 Hz

čierny šum

Pojem „čierny šum“ má niekoľko definícií:

• Ticho
• Šum so spektrom 1/f β , kde β > 2 (Manfred Schroeder, “ Fraktály, chaos, mocenské zákony"). Používa sa na modelovanie rôznych prírodných procesov. Považované za charakteristické pre „prírodné a človekom spôsobené katastrofy, ako sú záplavy, krach na trhoch atď.
• Ultrazvukový biely šum (s frekvenciou viac ako 20 kHz), podobný tzv. „čierne svetlo“ (s frekvenciami príliš vysokými na to, aby ich bolo možné vnímať, ale schopné ovplyvniť pozorovateľa alebo prístroje).
• Šum, ktorého spektrum má prevažne nulovú energiu až na niekoľko vrcholov

Doteraz sme hovorili o znakoch kognitívneho poriadku, podpisoch, ktoré možno pozorovať, ak je skúmaný jav reprezentovaný diskrétne, ako súbor inštancií prvkov. Ak niektoré jednotlivé parametre týchto prvkov zodpovedajú mocenskej štatistike a najmä Zipfovmu zákonu, môžeme predpokladať, že pre tento jav je kognitívny poriadok významnou objednávacou silou, aspoň v niektorých jeho aspektoch. V našich príkladoch boli takýmito súbormi mestá Ruska s ich obyvateľstvom, slová ruského jazyka s ich frekvenciou, jazerá Ruska s ich rozlohou.

Nie vždy je však možné znázorniť skúmaný jav diskrétne, ako viacnásobnú štruktúru pozostávajúcu z jednotlivých prvkov. Niekedy je štruktúra skúmaného javu zle rozlíšiteľná, takže nie je reprezentovaná ako súbor, inokedy jednoducho nevieme získať štatistické súhrnné informácie o jednotlivých parametroch prvkov javu. V takejto situácii sa musíme spoliehať na integrálne pozorovateľné charakteristiky javu, medzi ktorými zohráva osobitnú úlohu zvuky.

Šumom nazývame každú nepravidelnú zmenu jedného z integrálnych parametrov pozorovaného javu. Napríklad pre horiaci oheň sú takými nepravidelne sa meniacimi parametrami intenzita zvuku a intenzita žiarenia (pravdepodobne sú aj iné) - kým nerozlišujeme, ktorá časť ohňa vydáva zvuk alebo žiarenie, berieme to ako celok. . Príkladov hluku rôznej povahy však môžete uviesť koľko chcete: intenzita prúdu áut na diaľnici, kurzy akcií, hladina podzemnej vody, elektrická aktivita buniek, sila prúdu vo vodiči, tektonická aktivita , atď. V každom z týchto príkladov máme do činenia s merateľnou veličinou, ktorá podlieha výkyvom.

V mnohých prípadoch sú výkyvy periodické, napríklad sa periodicky mení vzdialenosť Slnka od Zeme, periodicky sa mení hladina prílivu a odlivu, poloha kyvadla atď. Periodická dynamika sa však zvyčajne objavuje vo veľmi jednoduché systémy ovládané fyzickým poriadkom. Zameriame sa na zložité systémy a javy, v ktorých sú výkyvy parametrov spravidla nepravidelné, neperiodické. Pripomeniem, že práve v zložitých systémoch vznikajú „teplé“ podmienky na fungovanie kognitívneho poriadku.

Hluk je teda neperiodická, nepravidelná zmena parametra javu akéhokoľvek druhu. Zároveň sú pre nás mimoriadne zaujímavé zvuky integrálnych parametrov (hluky, ktoré jav vytvára ako celistvosť), pretože nám umožňujú počuť „podstatu javu“, aj keď sa to nehodí. na normálnu štrukturálnu analýzu. Najmä parametre hluku umožňujú určiť, ktoré poradie riadi daný jav - fyzický alebo kognitívny.

Klasickou a dobre vyvinutou metódou analýzy šumu je spektrálna analýza. Zjednodušene je táto metóda založená na Fourierovej transformácii, ktorá predstavuje hodnotu, ktorá sa mení počas zvoleného časového obdobia S(t) ako súčet harmonických viacnásobnej frekvencie:

Skúmame napríklad šumový signál s trvaním 1 sekundy. Môže byť reprezentovaný ako súčet periodických (harmonických) signálov s frekvenciami 1, 2, 3, 4, 5 ... hertzov. Každý z členov tohto súčtu má tvar kosínusovej vlny a je frekvenčnou zložkou pôvodného signálu. V tomto prípade, v závislosti od signálu, bude príspevok rôznych komponentov rôzny, čo sa odráža v rôznych koeficientoch A1, A2, A3,...

Po vytvorení diagramu, v ktorom vykreslíme frekvenciu komponentov pozdĺž osi X (toto číslo sa zhoduje s počtom, koľkokrát sa zodpovedajúca kosínusová vlna zmestí do počiatočného intervalu 1 sekundy), a pozdĺž osi Y - zodpovedajúci koeficient A na druhú, dostaneme výkonové frekvenčné spektrum pôvodný šumový signál, ktorý jasne odráža príspevok každej harmonickej k výkonu celkového signálu.

Ak príliš dobre nerozumiete, o čo tu ide, odporúčam vám najprv sa oboznámiť s veľmi jednoduchým úvodom do teórie periodických procesov a Fourierových transformácií. Je písaná tak, aby jej porozumeli aj humanitní vední pracovníci. Ak intuitívne pochopíte, aké je výkonové spektrum kolísania a šumu, veľmi to pomôže pri ďalšom čítaní Prologov.

Venujme pozornosť súvislosti medzi frekvenčnými zložkami Fourierovho radu a harmonického radu. Ak je trvanie pôvodného signálu 1 sekunda, potom má prvá harmonická frekvenciu 1 Hz. a trvanie 1 sek. Druhá harmonická má dvojnásobnú frekvenciu v porovnaní s prvými 2 Hz. a dobu 1/2 sekundy. (to znamená, že v priebehu 1 sekundy vykoná dve úplné oscilácie). Tretia harmonická má frekvenciu 3 Hz. a dobu 1/3 sekundy. atď. Počet periód harmonických presne zodpovedá harmonickým radom, ktoré sú pre nás dôležité:

Nepravidelné zmeny parametrov rôznych javov sú mimoriadne bežné a už dlho sa študujú, a to aj s pomocou spektrálna analýza. Ukázalo sa, že z hľadiska spektra sú najčastejšie tri typy šumu. Ukázalo sa tiež, že spektrá týchto šumov zodpovedajú výkonovým funkciám. Tieto zvuky sú farebne odlíšené: biely šum, hnedý šum A ružový šum. Ďalej budeme hovoriť o každom z nich.

biely šum

Biely šum je šum, ktorého frekvenčné zložky majú vo všetkých frekvenčných rozsahoch približne rovnaký výkon. Vďaka tejto vlastnosti dostal svoje označenie: verí sa, že biele slnečné svetlo je rovnomernou zmesou elektromagnetických oscilácií rôzne frekvencie. Analogicky sa biely šum začal nazývať akékoľvek signály, ktoré majú charakteristické ploché spektrum. Tu je napríklad typický vzor bieleho šumu a jeho zodpovedajúce výkonové spektrum:

Ako vidíme, v spektre nie sú žiadne systematické odchýlky od horizontálnej rovnej čiary. A spriemerovanie spektier Vysoké číslo vzorky bieleho šumu alebo spriemerovanie cez susedné frekvencie by sme dostali plochú horizontálnu čiaru.

V prírode je tento typ hluku najčastejšie pozorovaný v súvislosti s tepelnými výkyvmi, napríklad tepelný šum v polovodičoch má také spektrum - ak zapneme nejaký elektrónkový zosilňovač na plnú hlasitosť, budeme počuť jemné syčanie - to je tepelné biely šum.

Biely šum je významný tým, že existuje veľmi jednoduchý numerický spôsob jeho generovania. Zoberme si nejaký číselný rozsah a náhodne z neho vyberieme čísla. Ak výsledky umiestnime do jedného riadku, dostaneme postupnosť čísel, ktorá má spektrum bieleho šumu. To vedie k prirodzenému vysvetleniu bieleho šumu ako výsledku úplne náhodných procesov. Takto možno vysvetliť napríklad tepelný šum v polovodičoch.

hnedý šum

Spektrum hnedého šumu zodpovedá výkonová funkcia s indikátorom -2. Tento hluk dostal svoje meno podľa priezviska Brown, ktoré nosil objaviteľ hnutia „Brownian“. Pri pohľade pod mikroskopom na peľ rastlín vo vode zistil, že častice sa pohybovali skôr náhodne, než aby zostali nehybné. Bolo to pripísané náhodným dopadom molekúl vody narážajúcich na častice peľu. V dôsledku toho sa častice pomaly chaoticky unášali a blúdili. Myšlienku náhodnej prechádzky dobre ilustruje vzhľad hnedý signál:

Konštrukciou rovnakého spektra v dvojitých logaritmických súradniciach však úplne objasníme zhodu medzi spektrom mocninovej funkcie:

Napriek náhodným odchýlkam spektrum evidentne sedí na priamke zodpovedajúcej exponentu -2. Spriemerovaním mnohých vzoriek šumu alebo vyhladením susedných bodov dostaneme takmer priamku.

Hnedý šum sa získava rovnako jednoduchou numerickou metódou ako v prípade bieleho šumu – a demonštruje ich hlboký vzťah. Ak chcete získať hnedý šum, v každom kroku by ste nemali brať náhodné čísla ako ďalšiu hodnotu signálu, ale pridať náhodnú hodnotu k predchádzajúcej hodnote signálu. Napríklad, ak v predchádzajúcom kroku mal signál hodnotu 100 a dostali sme náhodné číslo -7, potom bude nasledujúca hodnota signálu 93.

Inými slovami, v bielom šume je náhodná premenná každá ďalšia hodnota signál a v hnedej farbe je náhodná premenná zmena signálu(preto sa hovorí, že biely šum je diferenciálnym derivátom hnedého šumu).

Charakteristický blúdivý vzhľad hnedého šumu demonštruje jeho dôležitý rozdiel od bieleho šumu: biely šum je kolísanie, ktoré leží v určitom pásme, za ktoré prakticky nejde. Naopak, hnedý šum, ak je dostatok času, zaručene zanechá akékoľvek, dokonca aj veľmi veľké pásmo hodnôt:

V tejto súvislosti je zvykom povedať, že biely šum je stacionárne a hnedá nestacionárne. (Všimnime si, ako nám to pripomína pojem konvergentného a divergentného radu čísel).

Hnedý šum je široko rozšírený v javoch rôzneho charakteru. Vyskytuje sa všade tam, kde dôjde k náhodnému zvýšeniu akýchkoľvek parametrov. Napríklad pri Brownovom pohybe mikročastíc je takýmto parametrom súradnica častice. Hnedé spektrum dobre zodpovedá bežnému pohybu kotácií akcií, ktorý tiež pozostáva z nárastu hodnoty akcií, ktorý je takmer náhodný. Vo všeobecnosti tam, kde máme hodnotu, ktorá z nejakého dôvodu nemá tendenciu meniť sa okamžite, ale len v relatívne malých prírastkoch, stretávame sa s výkyvmi, ktoré majú spektrum hnedého šumu. Prirodzene, fyzikálna realita, v ktorej existuje veľa takýchto zotrvačných veličín (súradnice telies, ich hybnosť atď.), dáva množstvo príkladov hnedého šumu.

Ak je biely šum podobný hluku sypaného piesku alebo hluku v elektronickom zosilňovači, potom je hnedý šum vďaka obrovskej prevahe nízkych frekvencií podobný hluku v strojárskom závode, ktorý je preplnený hlasným a „ťažké“ dunenie obrovských jednotiek.

ružový šum

Ružový šum alebo blikajúci šum je šum, ktorého výkonové spektrum zodpovedá výkonovej funkcii s exponentom -1. Formálne je podľa stredného exponentu (pre hnedý -2, pre biely - 0) ružový šum presne v strede medzi hnedým a bielym šumom. To tiež ilustruje typický vzhľad ružového šumu:

Hluk nie je taký „plochý“ ako biely, ale ani sa tak netúla ako hnedý.

Ružový šum dostal svoje meno podľa analógie s farebným spektrom elektromagnetických vĺn. Biele svetlo má rovnomerné ploché spektrum a ak zvýšite výkon nízkofrekvenčných zložiek – a tie sú zodpovedné za červenú oblasť farebného spektra – potom biele svetlo sfarbí do červenoružova. Spektrum ružového šumu sa v tom líši: nízke frekvencie sú v ňom výkonnejšie. (treba si však uvedomiť, že ak sa na spektrum pozrieme nie v logaritmických, ale v obyčajných súradniciach, uvidíme, že v skutočnosti sú zložky s najnižšou frekvenciou mnohonásobne silnejšie ako ostatné. Analogicky to zodpovedá situácii, keď červené žiarenie je mnohonásobne silnejšie ako ostatné, prerušuje ich, preto by sa presnejšie malo nazývať ružový šum červená).

Ružový šum sa pozoruje pri širokej škále javov. Prvýkrát sa mu venovala pozornosť vo fyzike polovodičov, pri kolísaní prúdu cez polovodiče, keď sa zistilo, že okrem bežného tepelného šumu obsahujú šum, ktorý má výkonovo-právne spektrum s exponentom asi -1. . Stáva sa to najmä pri nízkych frekvenciách, v ktorých má tento hluk maximálny výkon. Vo fyzike sa tento hluk nazýva „blikavý šum“, blikajúci šum a jeho pôvod je stále záhadou. Má skutočne zvláštne vlastnosti. Napríklad sa ukázalo, že aj v polovodičoch úplne izolované od vonkajší svet, od poklesu teplôt atď. dochádza k pomalým výkyvom prúdu, ktoré trvajú týždne a dokonca mesiace, majú ružové spektrum. Z hľadiska modernej fyziky to nie je možné uspokojivo vysvetliť, pretože sa verí, že polovodiče nemôžu podliehať žiadnym reverzibilným procesom, ktoré majú takýto časový rozsah. Problém sa stal ešte vážnejším, keď sa zistilo, že blikajúci šum je prítomný nielen v polovodičoch, ale takmer v akomkoľvek vodivom médiu. Tým sa skončili vysvetlenia (avšak dosť komplikované), na ktorých sa zakladalo jedinečné vlastnosti polovodičov, ako je prítomnosť kontaktných rovín medzi oblasťami s rôznou vodivosťou atď.

Problém blikajúceho šumu je umocnený tým, že doteraz neexistoval dostatočne jednoduchý a prehľadný numerický model, ktorý by dokázal generovať ružový šum. A ak v princípe nerozumieme, ako môže vzniknúť ružový šum, potom je pre nás ťažké vysvetliť, ako k nemu dochádza v prírodných javoch.

Napriek tomu by záhada blikajúceho šumu zostala vysoko špecializovanou témou, keby sa šumy s takýmto spektrom nenašli v mnohých iných javoch veľmi odlišného charakteru. Nebudeme ich tu uvádzať - o téme ružového šumu sa už napísalo veľa - ale uvedieme len pár príkladov, ktoré sú pre nás dôležité. Po prvé, zvuky ľudskej reči, ako aj väčšina hudobných diel rôznych štýlov a národov, majú ružové spektrum. Po druhé, kolísanie elektrických potenciálov jednotlivých neurónov mozgu má ružové spektrum a vo všeobecnosti takéto spektrum majú elektroencefalogramy mozgu zdravých ľudí.

Pre ucho nie je ružový šum taký „plochý“ a „nudný“ ako biely šum, ale nie taký depresívne „ťažký“ ako hnedý šum. Najbližšie je to možno ako zvuk vodopádu, keď sme blízko neho.

Ružový šum sa niekedy označuje ako „ hluk 1/f", pretože rovnica výkonového spektra pre ružový šum zodpovedá výkonovej funkcii:

Kde W(f) je mocnosť harmonickej s frekvenciou f, W(1) je sila prvej harmonickej, a f- frekvencia. Prirodzene, hnedý šum môžeme analogicky označovať ako „šum 1/f²“, pretože rovnica pre jeho spektrum je: