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粉红噪音与白噪音之对比

从声学和电子工程学的意义上讲,噪是一种随机信号。根据功率谱密度的不同,噪也会有“色彩”。你可能已经听说过白噪(能够帮助入睡),但是实际上还存在粉红噪(DNA序列统计中常见)、红噪(气象学中常用)、蓝噪声(有一些计算机科学中的用途)、紫噪(用来治耳鸣)和灰噪(用来研究听力障碍)。除此以外还有黑噪声。当然这里的颜色只是名字,我们并不能看到这些颜色。

想感受这些噪音听起来什么样,点击下面这个链接(无需翻墙):

http://www.tmsoft.com/white-noise-player/

白噪音

  所谓白噪音是指一段声音中的频率分量的功率在整个可听范围(0~20KHz)内都是均匀的。由于人耳对高频敏感一点这种声音听上去是很吵耳的沙沙声。

粉红噪音

  粉红噪音是自然界最常见的噪音,简单说来,粉红噪音的频率分量功率主要分布在中低频段。从波形角度看,粉红噪音是分形的,在一定的范围内音频数据具有相同或类似的能量。从功率(能量)的角度来看,粉红噪音的能量从低频向高频不断衰减,曲线为1/f,通常为每8度下降3分贝。粉红噪音是最常用于进行声学测试的声音。

  它是一种测试信号,类似于调频收音机没台的时候那种声音。由于噪声频谱分配不同,使得在听感上会有差异。粉红噪声在中低频频谱分配稍多。

1、在对数坐标里,白噪声的能量是以每倍频程增加3dB分布的,粉红噪声是均匀分布的;

2、在线性坐标里,白噪声的能量分布是均匀的,粉红噪声是以每倍频程下降3dB分布的;

3、白噪声和粉红噪声的转化。

在白噪声中加入一个每倍频程衰减3dB的衰减滤波器,就能得到粉红噪声。

白噪声粉红噪声的区别何在?


【左图是粉红噪声的频谱,右图是白噪声频谱】

  两个图的频率都是对数座标(X轴)。粉红噪声是-3dB/Oct的斜率,而白噪声是一条平线。

  粉红噪声相对于白噪声来说,低频能量更足,它对于扬声器的破坏力应该更大一些,所以粉红噪声相对于白噪声来说更加严格。

  另外也要考虑试样的特性,对高音单元来讲,如果严格考虑它的频率范围,情况可能有变。要更多的实测来验证。其实,扬声器的最大功率的限定来自振幅和热两个因素。对高音单元来说,热的限定在一定频率以上是主要的。

白色包含了所有的颜色,因此白噪声的特点就是包含各种噪声。白噪声定义为在无限频率范围内功率密度为常数的信号,这就意味着还存在其它“颜色”的噪声,下面是常见的色噪声及其定义:

1.粉红噪声。在给定频率范围内(不包含直流成分),随着频率的增加,其功率密度每倍频程下降3dB(密度与频率成反比)。每倍频的功率相同,但要产生每倍频程3dB的衰减非常困难,因此,没有纹波的粉红噪声在现实中很难找到。

2.红噪声(海洋学概念)。这是有关海洋环境的一种噪声,由于它是有选择地吸收较高的频率,因此称之为红噪声。

3.橙色噪声。该类噪声是准静态噪声,在整个连续频谱范围内,功率谱有限且零功率窄带信号数量也有限。这些零功率的窄带信号集中于任意相关音符系统的音符频率中心上。由于消除了所有的合音,这些剩余频谱就称为“橙色”音符。

4.蓝噪声。在有限频率范围内,功率密度随频率的增加每倍频增长3dB(密度正比于频率)。对于高频信号来说,它属于良性噪声。

5.紫噪声。在有限频率范围内,功率密度随频率的增加每倍频增长6dB(密度正比于频率的平方值)。

6.灰色噪声。该噪声在给定频率范围内,类似于心理声学上的等响度曲线(如反向的A-加权曲线),因此在所有频率点的噪声电平相同。

7.棕色噪声。在不包含直流成分的有限频率范围内,功率密度随频率的增加每倍频下降6dB(密度与频率的平方成反比)。该噪声实际上是布朗运动产生的噪声,它也称为随机飘移噪声或醉鬼噪声。

8.黑噪声(静止噪声)包括:

(1) 有源噪声控制系统在消除了一个现有噪声后的输出信号。

(2) 在20kHz以上的有限频率范围内,功率密度为常数的噪声,一定程度上它类似于超声波白噪声。这种黑噪声就象“黑光”一样,由于频率太高而使人们无法感知,但它对你和你周围的环境仍然有影响。

(3) 具有fβ谱,其中β>2。根据经验可知,该噪声的危害性很大。

白噪声粉红噪声的区别何在?


  粉红噪音可以理解为以倍频程为成分构成的讯号之和(这就是上面渐衰型)

  白噪音可以理解为是以每个频点为成分构成的讯号之各(这就是上面的直线型)

1. 粉噪每个倍频程内的能量是一致的。例如你用粉噪来驱动一个50Hz-20KHz的二分扬声器系统,假设1KHz是理想分频点,那么通过计算可以知道,进入低音扬声器回路和高音扬声器回路的能量是一样大的;(各4个倍频程多一点)

2. 如果只用来测试低音扬声器系统,那么举一个例子:粉噪在20Hz-40Hz段的能量与 500Hz-1000Hz段的能量是一样大的,然后40Hz-80Hz段又是一样的,这样的话,低频区域的能量很大,容易超出线性而打底,损坏扬声器;

3. 如果用白噪来测试高音扬声器,再来一个实例: 2000Hz-3000Hz段的能量与19800Hz-19900Hz段一样大,显然高频部分能量巨大,也会损坏扬声器;

4.粉噪人可以忍受,白噪不行,所以均衡房间的时候,大家都用粉噪,但是出结论的时候,RTA要设置反向补偿的。粉噪在人的听觉范围内的感觉在各个频点是一样的。

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