Белый шум и розовый шум. Чем полезен белый шум: например, шум водопада

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.

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

Мы постоянно слышим шум в жизни: от транспорта, приборов, людей и от много чего другого. Но мало кто знает, что шум не бывает просто шумом, особенно в музыке. В звукодизайне используется около 11 его разновидностей: белый, розовый, красный, синий, фиолетовый, серый, оранжевый, зелёный и чёрный (в трёх вариациях). В данной статье мы подробно рассмотрим с моими аудиопримерами все их вариации, а также моменты применения в музыкальном творчестве.

Что такое вообще звуковой шум? Любой звук состоит из «синусоид» - единичной звуковой вибрации. Когда мы слышим кларнет или пение артиста, в них все синусоиды имеют слаженную структуру с красивой гармонией и взаимопорядком. Шум, в отличие от музыкального звука, практически дисгармоничен, но в нём все же есть некоторая структурированность, которая позволяет поделить его на несколько категорий. Вообще, цветовая идентификация шума полностью эквивалентна цветам волн, входящих в состав белого света. Взгляните на радугу: от красного до фиолетового. Красный свет преобладает в низкочастотном спектре, фиолетовый - в высокочастотном. С шумом всё так же. Все звуковые эффекты, кроме «чёрного», были получены на синтезаторе Moog Modular , то есть никаких проблем в их создании у вас не должно возникнуть.

Белый шум.

Спектр белого шума

Так же, как и белый свет содержит в себе весь спектр. Его практически каждый слышал по старым радио во время поиска радио-канала или в телевизорах во время отключения сигнала. Спектр белого шума ровный на всем его протяжении. В музыке он используется чаще, чем вам кажется: от мягкой подкладки к основному звуку, до создания «песчаных» пэдов и необычных синтезированных басов. Белый шум идет как основа для создания других разновидностей шумов, кроме чёрного.

Розовый шум.

Спектр розового шума

В отличие от белого, имеет большое количество низких частот с плавным спадом в 3дб\октава. Содержит в себе часть «красного». Розовый шум - это одна из самых известных в звук.дизайне разновидностей. Его используют для создания звука ветра и всего, что с ним связанно.

Красный шум.

Спектр красного (коричневого) шума

Он так же известен в музыкальном сообществе и его можно спокойно разместить на второе место после «розового». Иногда его называют «коричневым» из-за того, что он по хаотичности имеет сходство с эффектом броуновского (брауновского) движения, а так как браун (Brown) с английского переводится как «коричневый», то часто встречается и такой вариант. Красный шум, в отличие от розового, уже имеет более крутой спад в 6дб\октава. По звучанию он более теплый, чем «белый» и работа с ним более приятна слуху. Все звуки волн океана, шум от водопада, прибои и т.д. - это прямая работа с данной категорией.

Синий шум.

Спектр синего шума

Это зеркальное отражение розового шума. Его спектральная плотность увеличивается на 3 дб\октава. Применяется так же при создании звука водопадов в отдаленности от источника, а так же в синтезировании рабочего барабана.

Фиолетовый шум.

Спектр фиолетового шума

Зеркальное отражение «красного». Его частотный диапазон увеличивается на 6дб\октава. На слух очень резок, от чего является самым основным по созданию и эмулированию звуков рабочего барабана и хай-хэта. Использовался в TR -808, 909, 303..

Серый шум.

Спектр серого шума

Наиболее редкий в звукодизайне. Имеет спад посередине из-за того, что образуется от сложения спектра красного и фиолетового шумов. Обладает интересным психоакустическим эффектом - человек, слушая его, не замечает частотную «дырку» в центре. Мозг сам дополняет отсутствующую спектральную картину. Применяется в создании синтезированных звуков, при которых центральная частотная полоса должна быть свободна.

Оранжевый шум.

Спектр оранжевого шума

Квазистационарный шум с конечной спектральной плотностью, частотные группы которого располагаются на частотах музыкальных нот. Вот такое вот определение… Хотя, на деле все очень и очень просто - это шум любых духовых инструментов, к примеру, сопрано-дудка:

Так же оранжевый шум является неотъемлемой частью шумо-резонансного синтеза, который получают методом эквализации белого шума, пропуская его через фильтры с резонансными характеристиками. Вот, как пример:

Зелёный шум .

Это повседневный «звук» города, прогулочных парков и т.д. За основу берется розовый либо красный шум, с ярко выделенной областью частот в 500гц и со срезом высоких частот. Применяется для эмуляции всех возможных звуков города.

Черный шум.

Под этим названием, скрывается очень много всяких понятий, но я возьму только те, что связаны с музыкой и звуком напрямую.

• Первый вариант данной тематики - это отсутствие вообще какого-либо звука, то есть тишина, и под этим имеется в виду не просто тишина из ваших динамиков, а полная безмолвная тишина (), которую можно получить в специальных акустических камерах.
• Второй вариант - это шум с очень низкими и динамически резкими частотами, по типу землетрясения или обрушения здания.

Но первые две разновидности к музыке не имеют отношения, а вот третий уже ближе к нашей теме - это именно то, что используют звукодизайнеры при синтезе:

Спектр черного шума

Чёрный шум (который является разновидностью чёрного звука) - это спектр шума, который находится за слышимой областью частот. То есть его мы не услышим. Вы тогда зададитесь вопросом: а как же он применяется в музыке? И тут я вам поведаю очень интересную историю из моего детства: мой папа как-то решил мне спаять для акустической гитары примочку, и начал рассказывать о том, как в своей юности он с друзьями изготавливал для своей музыкальной группы разные диковинные эффект-аппараты. Одним из которых, был генератор модуляции для бас-гитары. Это генератор выдавал звук, который человек не мог услышать (чёрный звук), но смешивая его со звуком бас-гитары, все становилось по-другому: появлялись некоторые звуковые оттенки, которых доселе не было. Именно этот эффект используется при синтезе звука с «чёрным шумом», да и вообще со всеми «чёрными» звуками.

Вот вам, как пример: возьмём синусоиду 440 гц и будем её модулировать чёрным шумом (в данном случае я использовал псевдо-чёрный шум - звуковая волна близкая к нему, на слух минимальная разница), но вводить его будем постепенно:

Чёрный звук при частотной модуляции обладает некоторыми интересными свойствами: при модулировании, даже неслышимой уху звуковой волны, частотный спектр от данного синтеза выйдет в слышимый диапазон. Возьмём синусоиду на 20Кгц (её вы не услышите) и начнём постепенно модулировать её чёрным шумом:

Наше сообщество в

Шумом называется случайное сочетание звуков различной интенсивности и частоты. В практике борьбы с шумом под ним подразумевается мешающий, нежелательный звук. Воздействие шума на человека зависит от его основных характеристик, которыми являются:

- уровни звукового давления (далее УЗД);

- частотный состав (спектр).

Звуковое давление – это переменная часть давления, возникающего при прохождении звуковой волны в среде распространения. Измеряется эта сила, действующая на единицу площади, в паскалях (Па).

Звуковое давление в воздухе изменяется от10–5 Па вблизи порога слышимости до 103 Па. При средней громкости разговора переменная составляющая звукового давления порядка 0,1 Па.

Минимальное звуковое давление, на которое реагирует человеческое ухо, составляет 2·10–5 Па, максимально же воспринимаемое без ощущения боли звуковое давление 102 Па (рисунок 1.6). Следовательно, диапазон звуковых давлений, воспринимаемых человеческим ухом, составляет 107 Па.

p , Па

2 × 10- 4

2 × 10- 5

где p – среднеквадратичное значение звукового давления, измеряемое в паскалях;

p 0 – нулевой порог слышимости, то есть давление, соответствующее порогу чувствительности человеческого уха на частоте 1000 Гц (p 0 = 2·10–5 ).

Органы слуха человека способны воспринимать колебания частотой от

16–20 Гц до 16–20 кГц.

Плоскость между порогом слышимости и болевым порогом называют плоскостью слышимости. Эта плоскость характеризуется следующими данными:

- по частоте колебаний – 16–20 Гц – 16–20 кГц;

- по звуковому давлению – 0 – 130–140 дБ.

Уровень звука является интегральной характеристикой шума, поэтому он нашел широкое применение в технике измерений и при нормировании шума.

Среднее по времени значение мощности звука, отнесенное к единице площади, называют интенсивностью звука.

Интенсивность звука оценивается уровнем интенсивности по шкале де-

где I – среднеквадратичные значения интенсивности;

I 0 = 10–12 Вт/м2 – значение нулевого порога интенсивности звука.

С интенсивностью звука связана громкость звука – величина, характеризующая слуховое ощущение от данного звука(рисунок 1.8). Громкость звука сложным образом зависит от звукового давления(интенсивности звука). При неизменной частоте и форме колебаний громкость звука растет с увеличением интенсивности звука (звукового давления). При одинаковом звуковом давлении громкость звука гармонических колебаний различной частоты различна, то есть на разных частотах одинаковую громкость могут иметь звуки разной интенсивности.

Громкость звука данной частоты оценивают, сравнивая ее с громкостью чистого тона частотой 1000 Гц. Уровень звукового давления (в дБ) чистого тона с частотой 1000 Гц, столь же громкого, как и измеряемый звук, называют уровнем громкости данного звука в фонах (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 – Кривые равной громкости

Как видно из приведенных на рисунке 1.7 кривых равной громкости, для того чтобы получить уровень громкости в4 фона на частоте 500 Гц, необходимо звуковое давление в 20 дБ, а для такого же уровня громкости на частоте20 Гц необходимо звуковое давление в 60 дБ.

Из кривых, приведенных на графике, видно, что при уровне 30–40 фон на частоте 1000 Гц в диапазоне частот250–500 Гц происходит уменьшение громкости примерно на 6 дБ.

Весь диапазон интенсивностей, при которых волна вызывает в человеческом ухе звуковое ощущение(от 10–12 до 10 Вт/м2 ), соответствует значениям уровня громкости от 0 до 130 дБ. В таблице 1.2 приведены ориентировочные значения уровня громкости для некоторых звуков.

Таблица 1.2 – Ориентировочные значения уровня громкости для некоторых звуков

Классификация шумов, воздействующих на человека

1. По характеру спектра шума выделяют:

- тональный шум, в спектре которого имеются выраженные тоны. Тональный характер шума для практических целей устанавливается измерением в 1/3 октавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.

2. По временным характеристикам шума выделяют:

- постоянный шум, уровень звука которого за8-часовой рабочий день или за время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется во времени не более чем на5 дБА при измерениях на временной характеристике шумомера «медленно»;

- непостоянный шум, уровень которого за 8-часовой рабочий день, рабочую смену или во время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется во

времени более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике шумомера «медленно».

Непостоянные шумы подразделяют на следующие виды:

- колеблющийся во времени шум, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени;

- прерывистый шум, уровень звука которого ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 секунду и более;

- импульсный шум, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 секунды, при этом уровни звука в дБАI и дБА, измеренные соответственно на временных характеристиках «импульс» и «медленно», отличаются не менее чем на7 дБ.

Цвета шума – это 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.).

Цветовые соответствия различных типов шумового сигнала определяются с помощью графиков(гистограмм) спектральной плотности, то есть распределения мощности сигнала по частотам.

Белый шум – это сигнал с равномерным спектром на всех частотах(рисунок 1.8). Другими словами, такой сигнал имеет одинаковую мощность в лю-

бой полосе частот. К примеру, полоса сигнала в 20 Гц между 40 и 60 Гц имеет такую же мощность, что и полоса между4000 и 4020 Гц. 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 -ог раниченной полосе частот.

Рисунок 1.8 – Спектральная плотность белого шума

Спектральная плотность розового шума определяется формулой1/f (плотность обратно пропорциональна частоте), то есть он является равномерным в логарифмической шкале частот(рисунок 1.9). Например, мощность сигнала в полосе частот между 40 и 60 Гц равна мощности в полосе между4000 и 6000 Гц. Спектральная плотность такого сигнала по сравнению с белым шумом затухает на 3 дБ 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.

Рисунок 1.9 – Спектральная плотность розового шума

Броуновский шум схож с розовым шумом, однако его спектральная плотность затухает на 6 дБ на октаву (рисунок 1.10). То есть его спектральная плотность обратно пропорциональна квадрату частоты. Броуновский шум может быть получен, если проинтегрировать белый шум, или с помощью алгоритма, симулирующего броуновское движение. Спектр красного шума (в логарифмической шкале) зеркально противоположен спектру фиолетового. Иногда этот шум называют также коричневым, как один из вариантов перевода фамилии Brown - «коричневый». На слух броуновский шум воспринимается более «тёплым», чем белый.

I , ГцКоричневый шум

f , Гц

Рисунок 1.10 – Спектральная плотность коричневого шума

Также наиболее распространены:

а) синий шум – вид сигнала, чья спектральная плотность увеличивается на 3 дБ на октаву;б) фиолетовый шум – вид сигнала, чья спектральная плотность увеличи-

вается на 6 дБ на октаву; в) серый шум – спектр серого шума получается, если сложить спектры

броуновского и фиолетового шумов.

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

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

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.