Zajszínek

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. október 23-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 2 szerkesztést igényelnek .

Zajszínek  - olyan kifejezésrendszer, amely bizonyos színeket rendel bizonyos típusú stacioner zajjelekhez egy tetszőleges természetű jel spektruma (pontosabban spektrális sűrűsége , vagy matematikailag egy véletlenszerű folyamat eloszlási paraméterei) közötti analógia alapján. ) és a látható fény különböző színű spektrumait . Ezt az absztrakciót széles körben használják a zajjal foglalkozó technológiai ágakban ( akusztika , elektronika , fizika stb.).

A következő definíciók közül sok minden frekvencián figyelembe veszi a jel spektrumát.

A zaj alapvető "színei"

A különböző típusú zajjelek színmegfelelőségét a spektrális sűrűség grafikonjaival ( hisztogramjaival), azaz a jelteljesítmény frekvenciák közötti eloszlásával határozzuk meg . Emellett a valós jelek elemzésekor nagy jelentősége van a folyamat autokorrelációs függvényének becslésének ; Az összes zajtípus közül a fehér zaj az egyetlen olyan folyamat, amelyben a jelértékek különböző időpontokban nem függenek egymástól, és semmilyen módon nem kapcsolódnak egymáshoz (nincs autokorreláció). Az autokorreláció sorrendjének értékelésére (függetlenül attól, hogy a folyamat integrált, tiszta vagy differenciált fehér zaj) különféle statisztikai módszereket alkalmaznak, például a Broish-Godfrey tesztet .

Fehér zaj

A fehér zaj  egy olyan jel, amelynek spektrális sűrűsége minden frekvencián egyenletes, szórása pedig a végtelennel egyenlő. Ez egy stacionárius véletlenszerű folyamat.

Más szóval, egy ilyen jelnek ugyanaz a teljesítménye ugyanabban a frekvenciasávban a tartomány bármely részén. Például egy 40 és 60 Hz közötti 20 Hz-es jel ugyanolyan teljesítményű, mint a 4000 és 4020 Hz közötti 20 Hz-es jel. Korlátlan frekvenciájú fehérzaj csak elméletben lehetséges, mivel ebben az esetben a teljesítménye végtelen. A gyakorlatban egy jel csak korlátozott frekvenciasávon lehet fehér zaj.

10 másodperc fehér zaj
Lejátszási súgó

Rózsaszín, csillogó (villogó) zaj

Alkalmazott területeken villódzásnak ( villogási zajnak ) is nevezik , 1/f zajnak. A rózsaszín zaj teljesítményspektrális sűrűségét ~ adja meg (a sűrűség fordítottan arányos a frekvenciával), azaz egyenletesen csillapodik logaritmikus frekvenciaskálán. Például a 40 és 60 Hertz közötti frekvenciasávban a jelteljesítmény megegyezik a 4000 és 6000 Hertz közötti sáv teljesítményével. Egy ilyen jel spektrális sűrűsége oktávonként 3 decibellel csillapodik a fehér zajhoz képest . A villogó zajnak van egy „emlékezete” a múltjáról, amely logaritmikus időskálán egységes.

Rózsaszín zaj található például a szívritmusokban, az agy elektromos aktivitásának grafikonjain, a kozmikus testek elektromágneses sugárzásában , és szinte minden elektronikus és mechanikus eszközben.

Néha az általánosított rózsaszín zaj minden olyan zaj, amelynek spektrális sűrűsége a frekvencia növekedésével csökken, vagyis magában foglalja a vörös (brown) és más véletlenszerű folyamatokat is, időfeledéssel.

10 másodperc rózsaszín zaj
Lejátszási súgó

Brown (vörös, "barna") zaj

A vörös zaj spektrális sűrűsége arányos 1/f²-vel, ahol f a frekvencia. Ez azt jelenti, hogy a zajnak több energiája van alacsony frekvencián, mint magas frekvencián. A zajenergia oktávonként 6 decibellel csökken. Az akusztikus vörös zaj tompa, mint a fehér vagy rózsaszín zaj. Megszerezhető a fehér zaj integrálásával (matematikai szempontból a Gauss-féle fehérzaj integrálja Wiener-folyamatként ismert ), vagy egy olyan algoritmus használatával, amely szimulálja a Brown-mozgást . A vörös zaj spektruma tükör-ellentéte az ibolya spektrumával.

Hallás szerint a Brown-zajt "melegebbnek" érzékelik, mint a fehér zajt.

Néha (általában az angolról fordított szövegekben) ezt a zajt "barnának" is nevezik , Robert Brown (Brown) (Barna) nevét oroszra fordítva. A "barna" zajt nem a barnának megfelelő teljesítményspektrum miatt nevezték el így, hanem azért, mert a Brown (brown) mozgásra jellemző. A vörös zaj elnevezés a teljesítményspektrum alakját írja le (a rózsaszín zaj pedig a vörös és a fehér között van). Más néven véletlenszerű sétazaj vagy részeg sétazaj.

10 másodperc Brown-zaj
Lejátszási súgó

Kék (cián) zaj

A kék zaj olyan jeltípus, amelynek spektrális sűrűsége oktávonként 3 dB-lel nő. Vagyis a spektrális sűrűsége a frekvencia növekedésével növekszik, és a fehér zajhoz hasonlóan a gyakorlatban korlátozni kell a frekvenciáját. A kék zaj élesebb, mint a fehér zaj. A kék zajhoz közel áll a Cserenkov-sugárzás spektruma . A kék zajt a rózsaszín zaj megkülönböztetésével kapjuk ; spektrumaik tükörképesek.
10 másodperc kék zaj
Lejátszási súgó

Purple noise

A lila zaj olyan jeltípus, amelynek spektrális sűrűsége oktávonként 6 dB-lel nő. Vagyis a spektrális sűrűsége arányos a frekvencia négyzetével, és a gyakorlatban a fehér zajhoz hasonlóan frekvenciájában korlátozni kell. A lila zajt a fehér zaj idő függvényében történő megkülönböztetésével kapjuk [1] . A lila zajspektrum a vörös zajspektrum tükörképe. .
10 másodperc lila zaj
Lejátszási súgó

Szürke zaj

A szürke zaj kifejezés olyan zajjelre utal, amely az emberi hallásra ugyanolyan szubjektív hangerővel rendelkezik, az észlelt frekvenciák teljes tartományában. A szürke zaj spektrumát a Brown és az ibolya zaj spektrumának összeadásával kapjuk meg. A szürke zaj spektruma közepes frekvenciákon nagy „dup”-ot mutat, azonban az emberi hallás szubjektíven a szürke zajt spektrális sűrűségben egységesnek érzékeli (anélkül, hogy bármilyen frekvencia túlsúlya lenne).
10 másodperc szürke zaj
Lejátszási súgó

Az US Federal Telecommunications Standard 1037C Glossary meghatározza a fehér, rózsaszín, kék és fekete zajt [2] .

Egyéb

Vannak más, kevésbé gyakori elnevezések is a zajtípusoknak:

Narancssárga zaj

A narancssárga zaj kvázi stacionárius zaj, véges spektrális sűrűséggel. Az ilyen zaj spektrumában nulla energiájú sávok vannak szétszórva a spektrumban. Ezek a csíkok a hangjegyek frekvenciáin helyezkednek el [3] .

Vörös zaj

Vörös zaj - lehet egyrészt a Brown-zaj szinonimája, másrészt a nagy víztestekre jellemző természetes zaj megjelölése - tengerek és óceánok, amelyek elnyelik a magas frekvenciákat. Vörös zaj hallatszik a partról az óceán távoli objektumaiból.

Zöld zaj

A zöld zaj a természetes környezet zajának utánzata, mesterséges hangok nélkül. Hasonló a rózsaszín zajhoz, 500 Hz körüli fokozott frekvenciatartományban [3] .
10 másodperc zöld zaj
Lejátszási súgó

Fekete zaj

A "fekete zaj" kifejezésnek több meghatározása is van:
  • Csend
  • 1/f β spektrumú zaj , ahol β > 2 [4] . Különféle természeti folyamatok modellezésére szolgál. Jellemzőnek tartják a "természeti és ember okozta katasztrófákat, például árvizeket, piaci összeomlásokat stb.".
  • Zaj, amelynek spektrumának energiája túlnyomórészt nulla, kivéve néhány csúcsot [5]
  • A fehérzaj jellemzőivel rendelkező hangzaj az ultrahang tartományban (20 kHz-nél nagyobb frekvenciával), hasonlóan az ún. "fekete fény" (amelynek a frekvenciája túl magas ahhoz, hogy érzékelni lehessen, de képes befolyásolni a megfigyelőt vagy a műszereket).
  • A fekete test spektrumához közeli zaj . Ez lehet például egy fekete lyuk Hawking-sugárzása .
  • George Marsaglia, a kiváló minőségű véletlenszám-táblázat tervezője egy dióda áramkör lövési zajából és rap zenéből építette fel . Ha az első a fehér zaj egyik legjobb mesterséges forrása, akkor a másodikat politikailag helytelenül „fekete zajnak” nevezik.

Lásd még

Jegyzetek

  1. Watson, Downey, 2008 , p. 45.
  2. Távközlés: Távközlési kifejezések szójegyzéke . fekete zaj  (angol)  (downlink) . Általános Szolgáltatási Igazgatóság (1996. augusztus 23.) .  – 1037C szövetségi szabvány. Letöltve: 2020. augusztus 5. Az eredetiből archiválva : 1997. július 15.
  3. 1 2 Joseph S. Wisniewski. The Colors of Noise  (angol)  (a link nem érhető el) . Terméktechnológiai Partnerek (1996. október 7.). Az eredetiből archiválva : 2011. április 30.
  4. Schroeder, 2005 .
  5. ATIS Telecom Glossary . fekete zaj  (angol)  (downlink) . A Távközlési Ipari Megoldások Szövetsége . Letöltve: 2020. augusztus 5. Az eredetiből archiválva : 2013. március 13.

Irodalom

Linkek