Culori de zgomot

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 23 octombrie 2020; verificările necesită 2 modificări .

Culori de zgomot  - un sistem de termeni care atribuie anumite culori anumitor tipuri de semnale de zgomot staționar pe baza analogiei dintre spectrul unui semnal de natură arbitrară (mai precis, densitatea spectrală a acestuia sau, matematic vorbind, parametrii de distribuție ai unui proces aleatoriu). ) și spectrele diferitelor culori ale luminii vizibile . Această abstractizare este utilizată pe scară largă în ramurile tehnologiei care se ocupă de zgomot ( acustica , electronică , fizică etc.).

Multe dintre următoarele definiții iau în considerare spectrul unui semnal la toate frecvențele.

„Culori” de bază ale zgomotului

Corespondențele de culoare ale diferitelor tipuri de semnal de zgomot sunt determinate folosind grafice ( histograme ) de densitate spectrală, adică distribuția puterii semnalului pe frecvențe . În plus, la analiza semnalelor reale, estimarea funcției de autocorelare a procesului este de mare importanță ; Dintre toate tipurile de zgomot, zgomotul alb este singurul proces în care valorile semnalului în momente diferite nu depind unele de altele și nu sunt legate în niciun fel (nu există autocorelație). Pentru a evalua ordinea autocorelației (dacă procesul este integrat, zgomot alb pur sau diferențiat), sunt utilizate diverse metode statistice, de exemplu, testul Broish-Godfrey .

Zgomot alb

Zgomotul alb  este un semnal cu o densitate spectrală uniformă la toate frecvențele și o dispersie egală cu infinit. Este un proces aleator staționar.

Cu alte cuvinte, un astfel de semnal are aceeași putere în aceeași bandă de frecvență în orice parte a gamei. De exemplu, un semnal de 20 Hz între 40 și 60 Hz are aceeași putere ca un semnal de 20 Hz între 4000 și 4020 Hz. Zgomotul alb cu frecvență nelimitată este posibil doar în teorie, deoarece în acest caz puterea sa este infinită. În practică, un semnal poate fi doar zgomot alb pe o bandă de frecvență limitată.

10 secunde de zgomot alb
Ajutor la redare

Zgomot roz, strălucitor (pâlpâire)

În zonele aplicate, este cunoscut și sub denumirea de flicker ( zgomot de pâlpâire ), zgomot 1/f. Densitatea spectrală de putere a zgomotului roz este dată de ~ (densitatea este invers proporțională cu frecvența), adică scade uniform pe o scară de frecvență logaritmică . De exemplu, puterea semnalului în banda de frecvență între 40 și 60 Herți este egală cu puterea în banda între 4000 și 6000 Herți. Densitatea spectrală a unui astfel de semnal este atenuată cu 3 decibeli pe octava comparativ cu zgomotul alb . Zgomotul de pâlpâire are o „memorie” a trecutului său, uniformă pe o scară de timp logaritmică.

Zgomotul roz se găsește, de exemplu, în ritmurile inimii, în graficele activității electrice a creierului , în radiațiile electromagnetice ale corpurilor cosmice și în aproape orice dispozitive electronice și mecanice .

Uneori, zgomotul roz generalizat este orice zgomot a cărui densitate spectrală scade odată cu creșterea frecvenței, adică include și roșu (brownian) și alte procese aleatorii cu uitarea timpului.

10 secunde de zgomot roz
Ajutor la redare

Zgomot brownian (roșu, „maro”)

Densitatea spectrală a zgomotului roșu este proporțională cu 1/f², unde f este frecvența. Aceasta înseamnă că zgomotul are mai multă energie la frecvențe joase decât la frecvențe înalte. Energia zgomotului scade cu 6 decibeli pe octava. Zgomotul roșu acustic este auzit ca înăbușit în comparație cu zgomotul alb sau roz. Poate fi obținut prin integrarea zgomotului alb (din punct de vedere matematic, integrala zgomotului alb gaussian este cunoscută sub denumirea de proces Wiener ) sau prin utilizarea unui algoritm care simulează mișcarea browniană . Spectrul zgomotului roșu este oglindă opus spectrului violet.

După ureche, zgomotul brownian este perceput ca „mai cald” decât zgomotul alb.

Uneori (de obicei în textele traduse din engleză) acest zgomot este numit și „maro”, traducând numele lui Robert Brown (maro) (maro) în rusă. Zgomotul „maro” este numit astfel nu din cauza spectrului de putere corespunzător maro, ci pentru că este caracteristic mișcării browniene (brownie). Denumirea de zgomot roșu descrie forma spectrului de putere (iar zgomotul roz este intermediar între roșu și alb). Cunoscut și sub numele de zgomot de mers la întâmplare sau zgomot de mers în stare de ebrietate.

10 secunde de zgomot brownian
Ajutor la redare

Zgomot albastru (cian)

Zgomotul albastru este un tip de semnal a cărui densitate spectrală crește cu 3 dB pe octava. Adică, densitatea sa spectrală crește odată cu creșterea frecvenței și, ca și zgomotul alb, în ​​practică trebuie limitată ca frecvență. Zgomotul albastru este perceput ca fiind mai puternic decât zgomotul alb. Aproape de zgomotul albastru este spectrul radiației Cherenkov . Zgomotul albastru se obține prin diferențierea zgomotului roz ; spectrele lor sunt speculare.
10 secunde de zgomot albastru
Ajutor la redare

Zgomot violet

Zgomotul violet este un tip de semnal a cărui densitate spectrală crește cu 6 dB pe octava. Adică, densitatea sa spectrală este proporțională cu pătratul frecvenței și, ca și zgomotul alb, în ​​practică trebuie să fie limitată ca frecvență. Zgomotul violet se obține prin diferențierea zgomotului alb în funcție de timp [1] . Spectrul de zgomot violet este imaginea în oglindă a spectrului de zgomot roșu. .
10 secunde de zgomot violet
Ajutor la redare

Zgomot gri

Termenul de zgomot gri se referă la un semnal de zgomot care are aceeași intensitate subiectivă pentru auzul uman pe întreaga gamă de frecvențe percepute. Spectrul de zgomot gri este obținut prin adăugarea spectrelor de zgomot brownian și violet. Spectrul de zgomot gri arată o „scădere” mare la frecvențe medii, cu toate acestea, auzul uman percepe subiectiv zgomotul gri ca uniform în densitatea spectrală (fără predominanța vreunei frecvențe).
10 secunde de zgomot gri
Ajutor la redare

Glosarul standardului federal de telecomunicații din SUA 1037C definește zgomotul alb, roz, albastru și negru [2] .

Altele

Există și alte nume mai puțin comune pentru tipuri de zgomot:

Zgomot portocaliu

Zgomotul portocaliu este un zgomot cvasi-staționar cu o densitate spectrală finită. Spectrul unui astfel de zgomot are benzi de energie zero împrăștiate pe tot spectrul. Aceste benzi sunt situate la frecvențele notelor muzicale [3] .

Zgomot roșu

Zgomotul roșu - poate fi atât sinonim pentru zgomotul brownian, cât și denumirea de zgomot natural caracteristic corpurilor mari de apă - mări și oceane care absorb frecvențe înalte. Zgomotul roșu se aude de la țărm de la obiectele îndepărtate din ocean.

Zgomot verde

Zgomotul verde este o imitație a zgomotului mediului natural, fără sunete artificiale. Este similar cu zgomotul roz cu o regiune de frecvență îmbunătățită în jurul valorii de 500 Hz [3] .
10 secunde de zgomot verde
Ajutor la redare

Zgomot negru

Termenul „zgomot negru” are mai multe definiții:
  • Tăcere
  • Zgomot cu spectru 1/f β , unde β > 2 [4] . Folosit pentru modelarea diferitelor procese naturale. Considerat a fi caracteristic „dezastrelor naturale și provocate de om, cum ar fi inundațiile, prăbușirile pieței etc.”
  • Zgomot al cărui spectru are predominant energie zero, cu excepția câtorva vârfuri [5]
  • Zgomot audio cu caracteristicile zgomotului alb în domeniul ultrasonic (cu o frecvență mai mare de 20 kHz), similar așa-numitului. „lumină neagră” (cu frecvențe prea mari pentru a fi percepute, dar capabile să influențeze observatorul sau instrumentele).
  • Zgomot cu un spectru apropiat de cel al unui corp negru . Aceasta poate fi, de exemplu, radiația Hawking a unei găuri negre .
  • George Marsaglia, proiectantul unui tabel de numere aleatoare de înaltă calitate, l-a construit din zgomotul împușcat al unui circuit de diode și a procesat muzică rap . Dacă prima este una dintre cele mai bune surse artificiale de zgomot alb, atunci a doua este numită incorect din punct de vedere politic „zgomot negru”.

Vezi și

Note

  1. Watson, Downey, 2008 , p. 45.
  2. Telecomunicații: Glosar de termeni de telecomunicații . zgomot negru  (engleză)  (downlink) . Administrația Serviciilor Generale (23 august 1996) .  — Standard federal 1037C. Preluat la 5 august 2020. Arhivat din original la 15 iulie 1997.
  3. 1 2 Joseph S. Wisniewski. The Colors of Noise  (în engleză)  (link nu este disponibil) . Product Technology Partners (7 octombrie 1996). Arhivat din original la 30 aprilie 2011.
  4. Schroeder, 2005 .
  5. Glosar ATIS Telecom . zgomot negru  (engleză)  (downlink) . Alianța pentru soluții pentru industria de telecomunicații . Preluat la 5 august 2020. Arhivat din original la 13 martie 2013.

Literatură

Link -uri