Червен шум. Защо белият шум е полезен: например звукът на водопад

Шумът е произволна комбинация от звуци с различна интензивност и честота. В практиката за справяне с шума това означава смущаващ, нежелан звук. Въздействието на шума върху човека зависи от основните му характеристики, които са:

- нива на звуково налягане (наричани по-долу SPL);

- честотен състав (спектър).

Звуковото налягане е променливата част от налягането, генерирано при преминаване звукова вълнав средата на разпространение. Тази сила, действаща на единица площ, се измерва в паскали (Pa).

Звуковото налягане във въздуха варира от 10–5 Pa близо до прага на слуха до 103 Pa. При средна сила на звука на разговор, променливият компонент на звуковото налягане е около 0,1 Pa.

Минимално звуково налягане, на което реагира човешко ухо, е 2·10–5 Pa, максималното звуково налягане, възприемано без усещане за болка, е 102 Pa (Фигура 1.6). Следователно обхватът на звуковото налягане, възприемано от човешкото ухо, е 107 Pa.

p, Pa

2 × 10-4

2 × 10-5

където p е средната квадратична стойност на звуковото налягане, измерена в паскали;

p 0 – нулев праг на чуване, т.е. налягането, съответстващо на прага на чувствителност на човешкото ухо при честота 1000 Hz (p 0 = 2·10–5).

Човешките слухови органи са способни да възприемат вибрации с честоти, вариращи от

16–20 Hz до 16–20 kHz.

Равнината между прага на слуха и праг на болканаречена равнина на чуваемост. Този самолет се характеризира със следните данни:

- по честота на вибрация – 16–20 Hz – 16–20 kHz;

- по звуково налягане – 0 – 130–140 dB.

Нивото на звука е неразделна характеристика на шума, така установи той широко приложениев измервателната технология и стандартизацията на шума.

Средната за времето стойност на звуковата мощност на единица площ се нарича интензитет на звука.

Интензитетът на звука се оценява чрез ниво на интензитет по скала за де-

където I – средноквадратични стойности на интензитета;

I 0 = 10–12 W/m2 – стойността на нулевия праг на интензитета на звука.

Интензивността на звука е свързана със силата на звука - стойност, която характеризира слуховото усещане за даден звук (Фигура 1.8). Силата на звука зависи по сложен начин от звуковото налягане (интензивността на звука). При постоянна честота и форма на вибрациите силата на звука се увеличава с увеличаване на интензитета на звука (звуково налягане). При едно и също звуково налягане силата на звука на хармоничните вибрации с различни честоти е различна, т.е. при различни честоти звуците с различна интензивност могат да имат еднакъв обем.

Силата на звука при дадена честота се оценява, като се сравнява със силата на чист тон с честота 1000 Hz. Нивото на звуково налягане (в dB) на чист тон с честота 1000 Hz, толкова силен, колкото звукът, който се измерва, се нарича фоно ниво на сила на звука (Фигура 1.7).

Фигура 1.7 – Криви на еднаква сила на звука

Както може да се види от кривите на равна сила на звука, показани на фигура 1.7, за да се получи фоново ниво на звука 4 при честота от 500 Hz, е необходимо звуково налягане от 20 dB, а за същото ниво на звука при честота от 20 Hz, необходимо е звуково налягане от 60 dB.

От кривите, показани на графиката, става ясно, че при фоново ниво 30–40 при честота 1000 Hz в честотния диапазон 250–500 Hz силата на звука намалява с приблизително 6 dB.

Целият диапазон от интензитети, при които вълната предизвиква усещане за звук в човешкото ухо (от 10–12 до 10 W/m2), съответства на нива на гръмкост от 0 до 130 dB. Таблица 1.2 показва приблизителните нива на звука за някои звуци.

Таблица 1.2 - Приблизителни нива на звука за някои звуци

	Оценка на силата на звука		Източник на звук
		звук, dB
	Много тихо		Среден праг на чувствителност
	Тих шепот (1,5 м)		проблеми с ушите
			Механично тиктакане на стена
			Стъпки върху мек килим (3–4 м)
			Тих разговор
	Умерен		Лек автомобил (10–15 м)
			Средно шумна улица
			Спокоен разговор (1 м)
	Много шумно		Шумна улица
			Симфоничен оркестър
			Пневматичен чук
	Оглушителен		Гръмотевица отгоре
			Звукът се възприема като болка

Класификация на шума, въздействащ на човека

1. Въз основа на характера на шумовия спектър се разграничават:

- тонален шум, в спектъра на който има изразени тонове. Тоналният характер на шума за практически цели се установява чрез измерване в честотни ленти от 1/3 октава чрез превишението на нивото в една лента над съседните с най-малко 10 dB.

2. Според времевите характеристики на шума има:

- постоянен шум, нивото на звука на койтоза 8-часов работен ден или по време на измервания в помещения на жилищни и обществени сгради, в жилищни райони, се променя с течение на времето с не повече от 5 dBA, когато се измерва по времевата характеристика на шумомера „бавно“;

- периодичен шум, чието ниво варира 8-часов работен ден, работна смяна или по време на измерване в помещенията на жилищни и обществени сгради, в ж.к.

време с повече от 5 dBA, когато се измерва на характеристиката на „бавното“ време на шумомера.

Променливите шумове са разделени на следните видове:

- променящ се във времето шум, чието ниво на звука непрекъснато се променя във времето;

- периодичен шум, чието ниво на звука се променя стъпаловидно (с 5 dBA или повече), а продължителността на интервалите, през които нивото остава постоянно, е 1 секунда или повече;

- импулсен шум, състоящ се от един или повече звукови сигнали, всеки с продължителност по-малка от 1 секунда, докато нивата на звука в dBAI и dBA, измерени съответно на времевите характеристики „импулс“ и „бавно“, се различават с поне 7 dB.

Цветовете на шума са система от термини, които приписват определени цветове на определени типове шумови сигнали въз основа на аналогията между спектъра на сигнал с произволен характер (по-точно неговата спектрална плътност или, математически казано, параметрите на разпределение на случаен процес) и спектри различни цветове видима светлина. Тази абстракция се използва широко в клонове на технологиите, занимаващи се с шум (акустика, електроника, физика и др.).

Цветови съвпадения различни видовешумовият сигнал се определя с помощта на графики (хистограми) на спектралната плътност, т.е. разпределението на мощността на сигнала по честота.

Белият шум е сигнал с равномерен спектър на всички честоти (Фигура 1.8). С други думи, такъв сигнал има еднаква сила във всеки

бойна честотна лента. Например, сигнална лента от 20 Hz между 40 и 60 Hz има същата мощност като сигнална лента между 4000 и 4020 Hz. Неограничена честота бял шуме възможно само на теория, тъй като в този случай силата му е безкрайна. На практика сигналът може да бъде само бял шум в ограничена честотна лента.

Фигура 1.8 – Спектрална плътност на белия шум

Спектралната плътност на розовия шум се определя по формулата 1/f (плътността е обратно пропорционална на честотата), т.е. тя е еднаква по логаритмична честотна скала (Фигура 1.9). Например, мощността на сигнала в честотната лента между 40 и 60 Hz е равна на мощността в лентата между 4000 и 6000 Hz. Спектралната плътност на такъв сигнал, в сравнение с белия шум, намалява с 3 dB на октава. Пример за розов шум е звукът от прелитащ хеликоптер. Розовият шум се среща например в сърдечните ритми, графиките електрическа активностмозък, в електромагнитно излъчванекосмически тела

Понякога розов шум е всеки шум, чиято спектрална плътност намалява с увеличаване на честотата.

Фигура 1.9 – Спектрална плътност на розовия шум

Брауновият шум е подобен на розовия шум, но неговата спектрална плътност намалява с 6 dB на октава (Фигура 1.10). Тоест спектралната му плътност е обратно пропорционална на квадрата на честотата. Брауновият шум може да бъде получен чрез интегриране на бял шум или чрез използване на алгоритъм, който симулира Брауново движение. Спектърът на червения шум (в логаритмична скала) е огледално противоположен на спектъра на виолетовия шум. Понякога този шум се нарича още кафяв, тъй като един от преводите на фамилното име Браун е „кафяв“. За ухото Брауновият шум се възприема като „по-топъл“ от белия шум.

I , Hz Кафяв шум

f, Hz

Фигура 1.10 – Спектрална плътност на кафявия шум

Също така най-често срещаните:

а) син шум - вид сигнал, чиято спектрална плътност нараства с 3 dB на октава; б) виолетов шум - вид сигнал, чиято спектрална плътност нараства

се настройва на 6 dB на октава; в) сив шум - спектърът на сивия шум се получава чрез събиране на спектрите

Браунов и виолетов шум.

Основни "цветове" на шума

Цветовите съответствия на различните типове шумови сигнали се определят с помощта на графики (хистограми) на спектралната плътност, т.е. разпределението на мощността на сигнала по честотите.

Бял шум

други

Има и други, „по-малко официални“ цветове:

Оранжев шум

Оранжевият шум е квазистационарен шум с крайна спектрална плътност. Спектърът на такъв шум има ивици с нулева енергия, разпръснати по целия спектър. Тези ивици са разположени на честотите на музикалните ноти.

Червен шум

Червеният шум може да бъде както синоним на Браунов или розов шум, така и обозначение за естествен шум, характерен за големи водни тела – морета и океани, които поглъщат високи честоти. От брега се чува червен шум от далечни обекти, разположени в океана.

Зелен шум

Зелен шум - шум естествена среда. Подобно на розовия шум с подобрена честотна област около 500 Hz.

Черен шум

Терминът "черен шум" има няколко определения:

Бележки

Вижте също

Литература

• Yellot, John I. Jr., „Спектрални последици от вземане на проби от фоторецептори в резус ретината“. Наука, том 221, стр. 382-385, 1983 г.

САМО ПРОФЕСИОНАЛИЗЪМ

Цветове на шума

Цветовете на шума са система от термини, които приписват определени цветове на определени типове шумови сигнали въз основа на аналогията между спектъра на сигнал от произволен характер (по-точно неговата спектрална плътност или, математически казано, параметрите на разпределение на случаен процес ) и спектрите на различни цветове на видимата светлина.

Тази абстракция се използва широко в клонове на технологиите, които се занимават с шум (акустика, електроника, физика и др.).

Белият шум е сигнал с еднаква спектрална плътност на всички честоти и дисперсия, равна на безкрайност. Е стационарен случаен процес.

С други думи, такъв сигнал има еднаква мощност във всяка честотна лента. Например, сигнална лента от 20 херца между 40 и 60 херца има същата мощност като лента между 4000 и 4020 херца. Бял шум с неограничена честота е възможен само на теория, тъй като в този случай неговата мощност е безкрайна. На практика сигналът може да бъде само бял шум в ограничена честотна лента.

Розов шум

Спектралната плътност на розовия шум се дава от ~1/f (плътността е обратно пропорционална на честотата). Равномерно на всяка честота. Например мощността на сигнала в честотната лента между 40 и 60 херца е равна на мощността в лентата между 4000 и 6000 херца. Спектралната плътност на такъв сигнал, в сравнение с белия шум, намалява с 3 децибела на октава.

Пример за розов шум е звукът от прелитащ хеликоптер. Розовият шум се среща например в сърдечните ритми, в графиките на електрическата активност на мозъка, в електромагнитното излъчване на космически тела.
Понякога розов шум е всеки шум, чиято спектрална плътност намалява с увеличаване на честотата.

Син (циан) шум

Синият шум е вид сигнал, чиято спектрална плътност се увеличава с 3 dB на октава. Тоест спектралната му плътност е пропорционална на честотата и, подобно на белия шум, на практика трябва да бъде честотно ограничена. За ухото синият шум се възприема като по-остър от белия шум. Синият шум се получава чрез диференциране на розовия шум; техните спектри са огледални.

Браунов (червен) шум

Спектралната плътност на червения шум е пропорционална на 1/f², където f е честотата. Това означава, че при ниски честоти шумът има повече енергия, дори повече от розовия шум. Енергията на шума пада с 6 децибела на октава. Акустичният червен шум се чува като приглушен в сравнение с белия или розовия шум. Спектърът на червения шум (в логаритмична скала) е огледално противоположен на спектъра на виолетовия шум.
За ухото брауновият шум се възприема като „по-топъл“ от белия шум.

Пурпурен шум

Това е вид сигнал, чиято спектрална плътност се увеличава с 6 dB на октава. Тоест спектралната му плътност е пропорционална на квадрата на честотата и, подобно на белия шум, на практика трябва да е органична по честота. Виолетовият шум се получава чрез диференциране на белия шум. Спектърът на виолетовия шум е огледално противоположен на спектъра на червения.

Сив шум

Терминът сив шум се отнася до шумов сигнал, който има еднаква сила за човешкото ухо в целия честотен диапазон. Спектърът на сивия шум се получава чрез събиране на спектрите на брауновия и виолетовия шум. Спектърът на сивия шум има голям спад в средните честоти, но човешкото ухо възприема сивия шум по същия начин като белия шум.

Има и други, „по-малко официални“ цветове:

Оранжевият шум е шум с крайна спектрална плътност. Спектърът на такъв шум има ивици с нулева енергия, разпръснати по целия спектър. Тези ивици са разположени на честотите на музикалните ноти.

Червеният шум може да бъде както синоним на Браунов или розов шум, така и обозначение за естествен шум, характерен за големи водни тела – морета и океани, които поглъщат високи честоти. От брега се чува червен шум от далечни обекти, разположени в океана.

Зеленият шум е шумът от естествената среда. Подобно на розовия шум с подобрена честотна област около 500 Hz.

Черен шум
Терминът "черен шум" има няколко определения:

-Тишина
Шум със спектър 1/f, където > 2. Използва се за симулиране на различни природни процеси. Счита се за характеристика на „природни и причинени от човека бедствия като наводнения, свлачища и др.“

-Ултразвуков бял шум(с честота над 20 kHz), подобно на т.нар. "черна светлина" (с честоти, твърде високи, за да бъдат възприети, но способни да повлияят на наблюдателя или инструментите). Шум, чийто спектър има предимно нулева енергия, с изключение на няколко пика.

Учените са установили кои филми привличат вниманието на зрителите повече от други. Оказа се, че най-очарователните филми са базирани на така наречения розов шум. Работата на изследователите е приета за публикуване в списанието Psychological Science. Накратко за това пише New Scientist.

За отправна точка в работата си учените са взели изследване, проведено през 90-те години на миналия век. Група специалисти наблюдаваха зрители, гледащи филм. Оказа се, че периодите, през които вниманието им е било заето от филма, са разпределени по много характерен начин. Изследователите са приложили математическа операция, известна като трансформации на Фурие, към разпределението, за да произведат розов шум. Този термин се отнася до шум, чиято спектрална плътност е обратно пропорционална на неговата честота. Можете да слушате розов шум.

Авторите на новото изследване решиха да проверят дали разпределението на продължителността на фрагментите от един разрез към друг има характеристиките на розов шум. Учените анализираха 150 от най-касовите холивудски филми, заснети между 1935 и 2005 г. Оказа се, че при монтажа на филми последните годинимоделите на розов шум са по-често използвани.

Според изследователите филмите, базирани на модели на розов шум, са популярни, защото съответстват на моделите на вниманието на хората. Авторите смятат, че продуцентите на филми използват розов шум неволно - те просто повтарят принципите на конструиране на популярни филми, в които е намерена успешна техника.

_________________________________________________________________

Информационна бележка

Звуковите вълни имат различна природа и резултатът от техните хаотични вибрации е шум.

Винаги сме изправени пред шум в ежедневието, било то звуците на коли, дъжд, метро, ​​море, вятър. Има много различни видове шум. Те дори се отличават по цвят.

Шум бяло– това е „ежедневен шум“. Това включва:

• шумът на морето;
• шум на дъжд;
• нощни шумоления;
• шумът на реката;
• шум от магистрала;
• тътенът на влаковете.

Не е негативно за човек, а непрекъснатото влияние на звуците различни честотиможе да причини повишаване или понижаване на кръвното налягане и болка в областта на главата. За някои хора белият шум е съществено условие добър сън. Повечето хора не са в състояние да сънуват сънищата си през нощта, ако на заден план няма добре познато „шшшш“. Защо подмяната на ежедневните звуци има толкова завладяващ ефект върху хората? Шумът идва ли в други цветове?

Идеята за замяна на един шум с друг може да изглежда на пръв поглед нелепа. Има ли смисъл от това? „Не мога да спя поради смущаващи звуци, позволете ми да включа някакъв външен шум.“ чудесно И все пак повечето хора уверяват, че не са готови да заспят напълно без описания шум. И някои компании са готови да ви предложат да закупите устройство, което пресъздава адаптирани шумове за здрав сън. Какво се случва с тялото ни в тези моменти?

Краткият отговор е, че белият шум е удобен за някои хора.

А сега подробен отговор. Белият шум е неподвижен звук. Състои се от многоспектърни елементи. Те са еднакво разположени в целия спектър от участващи честоти.

Ясно ли е нещо? Да си представим концерт с голям броймузиканти. Всеки един от тях свири нотата. Такъв ансамбъл възпроизвежда едновременно множество звуци, които са достъпни за нашите уши. Това представлява бял шум.

Случва се да се събудите от шум, вината не е негова. Събуждате се от възникващата непоследователност и модификация на звуковия тон. Белият шум блокира подобни резки промени, сякаш ви предпазва от внезапни или неприятни звуци.

„Най-основната идея е, че нашият слух е винаги активен, дори когато спим“, обяснява авторът Сет Хоровиц. Ето защо много хора предпочитат да слушат белия шум, създаден от какъвто и да е механизъм, вместо интензивното и след това намаляващо хъркане на съпруга им.

Това наистина изглежда вярно. Ако внезапно не харесвате конкретно белия шум, опитайте да слушате звуците на други тонове.

Шум в зоните на приложение розов цвятизвестен като шум от трептене. Звукът от прелитащ хеликоптер е ярък примертози тип шум. Има отличен лечебен ефект при депресия и неврози. Скорошни проучвания установиха, че ако филмите са изградени по моделите на розовия шум, тогава те са по-привлекателни за киноманите, защото отговарят на модела на разделеното внимание на хората.

Анализ, извършен от професор Jue Zhang от Пекинския университет, установи, че шумът, най-атрактивно наречен „розов шум“, може да ви помогне да заспите много по-бързо.

Розовият шум е вид звук, при който всички октави имат еднаква мощност или напълно последователни честоти. Представете си звука на дъжд, който пада върху асфалта или вятърът шумоли по листата на дърветата.

Шумове от други цветове

• Кафявият шум е подобен на звука на водопад. Известен е с факта, че когато влезе в резонанс с човешки органи, кафявият шум създава смущения във функционирането на стомашно-чревния тракт. Когато шумът е силен, той може да причини вреда на хората.
• Шум синьоспоред звуковите сетива той е по-остър от белия шум. Този типсе образува поради промени в розовия шум.
• В света не само няма син шум, но и лилаво. Възниква благодарение на спектрален анализкафяв и бял шум.
• Уникалността на шума сивое, че в целия честотен диапазон съдържа идентичен обем с човешките уши. Спектърът на сивия шум възниква, когато се комбинират кафяв и бял шум. Човек го гледа подобно на бялото.
• Оранжево или шум оранжев цвятима много трудно представяне с научна точкавизия. Но е достатъчно лесно да се направи - дайте на децата пластмасови сопранови тръби и ги оставете да дрънчат.
• Червеният шум е характерен за водните ресурси. Ние чуваме този вид звук от далечни обекти, които са в океана от брега.
• Шум естествена средае зелен шум.
• Черният шум е това, което понякога ни липсва в суматохата на града: черният шум е тишина.

Несъмнено не всеки е възхитен от този тип шум. Индивидуални хора, напротив, стават по-податливи на фонови звуци. Вероятно някои от нас възприемат безкрайния шум като умиротворяващ поток, докато други изтръгват от него остри индивидуални нотки.

Ефектът на звуците върху хората зависи от:

• нива на шум;
• неговите характеристики и обхват;
• период на експозиция;
• резонансни явления.
• здравословно състояние;
• личните характеристики на хората и адаптивността на тялото.

Отрицателното въздействие на шума се проявява в въздействието върху емоционалното отношение, мотивацията, инициативата, случва се, но обикновено не се изразява по никакъв начин във влошаване на работата, но въпреки това причинява неудобство на хората.

Съскането, осцилиращият шум, тракането и скърцането може да са неприятни; те намаляват способността за бързо и точно извършване на координирани движения.

Мощният шум причинява проблеми в разпознаването на цветовете, способността за определяне на времето и разстоянието, намалява качеството на зрението и променя зрителното възприятие.

В периода 18-45 години ние сме в състояние да издържим на силни шумове с по-малко проблеми, отколкото по-младите или, обратно, по-възрастните хора. Жените са много по-добре от мъжететолерират шума. Ако имате високо кръвно налягане, тогава ще понесете мощния шум по-трудно от хората, за които това е нормално. От друга страна, в обикновено жилищно пространство хората не възприемат обикновени шумове. Човек не може да съществува без звуци.

Ако около човек е твърде тихо и спокойно, тогава това има отрицателно въздействие върху емоционалния фон, защото този вид тишина е необичаен за всеки от нас.

2017 г., . Всички права запазени.