Χρώματα θορύβου - Λευκό, Ροζ, Καφέ και άλλα

Το χρώμα του θορύβου αναφέρεται στο φάσμα ισχύος ενός σήματος θορύβου ως συνάρτηση της συχνότητας. Εδώ, ο "θόρυβος" είναι είτε ήχος περιβάλλοντος είτε ανεπιθύμητοι ήχοι σε ένα ηχητικό σήμα. Τα χρώματα του θορύβου περιλαμβάνουν λευκό, ροζ, καφέ, βιολετί, γκρι, κόκκινο, πράσινο και μαύρο. Τα χρώματα του θορύβου είναι χαλαρά ανάλογα με το φάσμα του φωτός. Για παράδειγμα, η αναπαράσταση του μοτίβου του λευκού θορύβου ως φως θα είναι παρόμοια με το λευκό φως, το μοτίβο του μπλε θορύβου θα είναι μπλε φως και ούτω καθεξής. Η εξαίρεση είναι το καφέ φως.

Ακολουθεί μια ματιά στα χρώματα του ήχου, παραδείγματα γνωστών πηγών και επιπτώσεις στην υγεία ή χρήσεις κάθε χρώματος.

Λευκός θόρυβος

Ο λευκός θόρυβος είναι ανάλογος με το λευκό φως. Όλα τα χρώματα του φάσματος εμφανίζονται στο λευκό φως. Ομοίως, ο λευκός θόρυβος έχει ίση πυκνότητα ισχύος σε όλες τις συχνότητες. Με άλλα λόγια, έχει επίπεδο φάσμα ισχύος (σε αντίθεση με το λευκό φως). Ωστόσο, το ανθρώπινο αυτί δεν είναι εξίσου ευαίσθητο σε όλες τις συχνότητες, επομένως ο λευκός θόρυβος ακούγεται φωτεινός, με έμφαση στους τόνους υψηλότερης συχνότητας.

Παραδείγματα σχεδόν λευκού θορύβου είναι το στατικό τηλεοπτικό, το στατικό ραδιόφωνο και ο ήχος ενός ανεμιστήρα.

Ο λευκός θόρυβος είναι ένα στατιστικό μοντέλο για το θόρυβο στην ακουστική μηχανική, τη στατιστική, τη φυσική και τις τηλεπικοινωνίες. Μελέτες δείχνουν ότι βοηθά στην κάλυψη των εμβοών. Μερικοί άνθρωποι βρίσκουν ότι ο λευκός θόρυβος βελτιώνει τη γνωστική λειτουργία και καλύπτει τον ανεπιθύμητο θόρυβο του περιβάλλοντος, αλλά η έρευνα δείχνει ότι δεν έχουν όλοι ένα όφελος. Μερικοί άνθρωποι θεωρούν ότι ο λευκός θόρυβος αποσπά την προσοχή και μπορεί να υποφέρουν από μειωμένη γνωστική και νευρολογική υγεία.

Ροζ θόρυβος ή 1/f θόρυβος

Ο ροζ θόρυβος έχει ίση ενέργεια ανά οκτάβα. Η ισχύς του μειώνεται λογαριθμικά ανά οκτάβα. Με άλλα λόγια, η ισχύς είναι αντιστρόφως ανάλογη της συχνότητας. Λόγω του τρόπου λειτουργίας του αυτιού, ο ροζ θόρυβος ακούγεται σαν όλες οι συχνότητες να είναι εξίσου δυνατές.

Ο ροζ θόρυβος είναι κοινός στα βιολογικά συστήματα. Παραδείγματα ροζ θορύβου περιλαμβάνουν τους ήχους του παλμού της ανθρώπινης καρδιάς, της βροχής ή του ανέμου. Οι ηλεκτρονικές συσκευές εκπέμπουν επίσης ροζ θόρυβο από διακυμάνσεις στα υλικά συμπυκνωμένης ύλης.

Ορισμένες γεννήτριες ήχου παράγουν ροζ θόρυβο και όχι λευκό. Οι επιπτώσεις του στο ανθρώπινο σώμα είναι συγκρίσιμες με εκείνες του λευκού θορύβου. Ωστόσο, ο ροζ θόρυβος είναι πιο πιθανό από τον λευκό θόρυβο να βοηθήσει στη χαλάρωση και στον ύπνο.

Brown Noise ή Brownian Noise

Η πυκνότητα ισχύος του καφέ θορύβου μειώνεται όσο αυξάνεται η συχνότητα, όπου η πυκνότητα ισχύος είναι ανάλογη του 1/f. Ο ρυθμός μείωσης είναι 6,02 dB ανά οκτάβα. Ο καφές θόρυβος δεν αντιστοιχεί σε ένα φάσμα ισχύος που αντιπροσωπεύει το χρώμα "καφέ". Αντίθετα, είναι μια συντομευμένη μορφή κίνησης Brown ή θορύβου Brown.

Ένα γνώριμο παράδειγμα καφέ θορύβου είναι ο ήχος από μακρινές, κυλιόμενες βροντές. Αυτός ο τύπος θορύβου βοηθά τη διανοητική εστίαση και βοηθά στη ρύθμιση των προτύπων ύπνου σε ορισμένα άτομα.

Blue Noise ή Azure Noise

Ο μπλε ή γαλάζιος θόρυβος έχει πυκνότητα ισχύος που είναι ευθέως ανάλογη με τη συχνότητα, f . Η πυκνότητα ισχύος του αυξάνεται κατά 3,01 dB ανά αύξηση στην οκτάβα.

Ο μπλε θόρυβος συχνότητας βρίσκει χρήση στη διέγερση. Ένα παράδειγμα μπλε θορύβου είναι η ακτινοβολία Cherenkov, η οποία είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που απελευθερώνει ένα φορτισμένο σωματίδιο καθώς περνά μέσα από ένα διηλεκτρικό μέσο. Η ακτινοβολία Cherenkov φαίνεται επίσης μπλε. Ένας παρόμοιος και πιο οικείος ήχος είναι το σφύριγμα του σωλήνα κήπου.

Violet Noise ή Purple Noise

Ο ιώδες ή μοβ θόρυβος έχει την πυκνότητα ισχύος που αυξάνεται με τη συχνότητα, όπου η πυκνότητα είναι ανάλογη του f. Πρόκειται για αύξηση της πυκνότητας κατά 6,02 dB ανά οκτάβα. Ένα άλλο όνομα για το ιώδες θόρυβο είναι ο διαφοροποιημένος λευκός θόρυβος.

Ο βιολετί θόρυβος βρίσκει χρήση στη διέγερση. Αυτό συμβαίνει επειδή το ανθρώπινο αυτί έχει μειωμένη ευαισθησία στο σφύριγμα υψηλής συχνότητας και αφαιρείται εύκολα με τη χρήση υψηλοπερατών φίλτρων.

Ένα παράδειγμα βιολετί θορύβου είναι ο ήχος φόντου των υδροφώνων. Ο ήχος μιας πλήρως ανοιχτής βρύσης προσεγγίζει το ιώδες θόρυβο.

Gray Noise ή Grey Noise

Ο γκρίζος ή γκρίζος θόρυβος είναι ο λευκός θόρυβος που ακούγεται εξίσου δυνατά σε όλες τις συχνότητες. Βασικά, αυτό ενισχύει το σήμα χαμηλής συχνότητας ή των μπάσων και τις υψηλότερες συχνότητες, αντισταθμίζοντας τον τρόπο λειτουργίας του ανθρώπινου αυτιού. Οι περισσότεροι άνθρωποι το βρίσκουν πιο ευχάριστο από τον λευκό θόρυβο.

Άλλα χρώματα θορύβου

Ορισμένα άλλα χρώματα δεν έχουν ακριβείς ορισμούς ή φαίνεται να είναι συνώνυμα με άλλα καθορισμένα χρώματα:

Κόκκινος θόρυβος

Υπάρχουν τρεις διαφορετικές περιγραφές για τον κόκκινο θόρυβο:

• Είναι συνώνυμο του καφέ θορύβου.
• Ο κόκκινος θόρυβος είναι σαν τον ροζ θόρυβο, αλλά με διαφορετικό φάσμα (1/f για ροζ θόρυβο, αλλά 1/f για κόκκινο θόρυβο).
• Περιγράφει οποιοδήποτε σύστημα ισχύος όπου η πυκνότητα ισχύος μειώνεται καθώς αυξάνεται η συχνότητα.

Πράσινος θόρυβος

Ο πράσινος θόρυβος έχει πολλούς ορισμούς, αλλά γενικά περιορίζει το φάσμα του ήχου σε ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων.

• Είναι το στοιχείο μέσης συχνότητας του λευκού θορύβου.
• Είναι θόρυβος στο φωνητικό φάσμα.
• Ο πράσινος θόρυβος είναι μια οριοθετημένη περιοχή του θορύβου Brown.
• Είναι θόρυβος περιβάλλοντος περιβάλλοντος του φυσικού κόσμου, χωρίς ανθρωπογενείς ήχους.

Μαύρος θόρυβος

Οι ορισμοί για τον μαύρο θόρυβο κυμαίνονται από την πλήρη απουσία ήχου έως τον θόρυβο μόνο σε χαμηλές συχνότητες.

• Είναι σιωπή.
• Ο μαύρος θόρυβος είναι υπέρηχος ή κάτω από το εύρος της ανθρώπινης ακοής.
• Είναι θόρυβος με 1/f φάσμα, όπου β> 2.
• Είναι η έλλειψη θορύβου, εκτός από μερικές τυχαίες αιχμές λευκού θορύβου.
• Ο μαύρος θόρυβος είναι το φάσμα της ακτινοβολίας του μαύρου σώματος ή του θερμικού θορύβου. Σε αυτήν την περίπτωση, πρόκειται για θόρυβο πάνω από το όριο της ανθρώπινης ακοής.

Θορυβώδης θόρυβος

Μερικές φορές ακόμη και ο θόρυβος είναι θορυβώδης. Για παράδειγμα, ένα θορυβώδες λευκό σήμα που κωδικοποιεί μια λευκή εικόνα που περιέχει κάποιο θόρυβο. Ομοίως, ένα θορυβώδες μαύρο σήμα κωδικοποιεί μια θορυβώδη μαύρη εικόνα. Αυτοί οι όροι χρησιμοποιούνται στις τηλεπικοινωνίες και συνήθως δεν περιγράφουν σήματα ήχου.

Αναφορές

• Barnes, J. A.; Allan, D. W. (1966). «Στατιστικό μοντέλο θορύβου τρεμούλιασης». Πρακτικά του IEEE . 54 (2):176–178. doi:10.1109/proc.1966.4630
• Gilman, D. L.; Fuglister, F. J.; Mitchell Jr., J. M. (1963). «Στο φάσμα ισχύος του «κόκκινου θορύβου»». Journal of the Atmospheric Sciences . 20 (2):182–84. doi:10.1175/1520-0469(1963)020<0182:OTPSON>2.0.CO;2
• Noell, Courtney A; William L Meyerhoff (Φεβρουάριος 2003). «Εμβοές. Διάγνωση και θεραπεία αυτού του άπιαστου συμπτώματος». Γηριατρική . 58 (2):28–34.
• Soderlund, Goran; Sikstrom, Sverker; Loftesnes, Jan; Sonuga-Barke, Edmund (2010). «Οι επιδράσεις του λευκού θορύβου φόντου στην απόδοση της μνήμης σε απρόσεκτα παιδιά σχολικής ηλικίας». Συμπεριφορικές και εγκεφαλικές λειτουργίες . 6 (1):55. doi:10.1186/1744-9081-6-55
• Szendro, P. (2001). «Ροζ-θόρυβος συμπεριφορά των βιοσυστημάτων». European Biophysics Journal . 30 (3):227–231. doi:10.1007/s002490100143