噪音也有顏色,白噪音與粉紅噪音你了解多少?

2021-01-15 艾維音響網

  或許你會覺得奇怪,噪音還有顏色?有的。比如我們今天要講解的自然界常見的"白噪聲"和"粉紅噪聲"。之所以叫白噪聲,粉紅噪聲,是由光波的譜線圖就是光譜圖類比而來。白噪聲各頻段的能量均勻(頻譜類似太陽光譜即白光光譜),在人耳可聽的頻率範圍內,具有相同能量的噪聲稱為白噪聲。白噪聲廣泛用於環境聲學測量中。粉紅噪聲是在低頻段強在高頻段弱的噪聲(頻譜圖類似偏紅的光譜即粉紅光譜)。 


  所謂白噪音是指一段聲音中的頻率分量功率在整個人耳可聽的頻率範圍(0~20KHz)內都是均勻的,具有相同能量的噪聲。由於人耳對高頻敏感一點這種聲音聽上去是很吵耳的沙沙聲。


  電視機無信號時的背景噪聲和調頻收音機無臺時的背景噪聲均是白噪聲。白噪聲廣泛用於環境聲學測量中,可用來測量揚聲器和耳機的諧振和靈敏度等。

  簡單說來,粉紅噪音的頻率分量功率主要分布在中低頻段。粉紅噪音從人耳中聽到的是平直的頻率響應——"非常悅耳的一種噪聲"。



  粉紅噪音最常用於進行聲學測試的聲音,可以測試出音域是否平坦或過多或不足。


圖一

圖二


【圖一是粉紅噪聲的頻譜,圖二是白噪聲頻譜,

兩個圖的頻率都是對數座標(X軸)】


我們知道,由於噪聲頻譜分配不同,使得在聽感上會有差異。由上圖可知:


1、從頻譜儀的圖形上看,白噪聲在全頻譜內是一條平直的線,在一定的範圍內音頻數據具有相同或類似的能量。粉紅噪聲, 從波形角度看,粉紅噪音是分形的,是-3dB/Oct的斜率,以其倍數頻率向下衰減。即1倍頻,2倍頻……頻率越高譜線高度越低。


  粉紅噪聲與白噪聲一樣都是無規噪聲,都具有連續的噪聲譜,不同之處在於,粉紅噪聲的功率譜密度與頻率成反比。


2、在對數坐標中,起輸出為一水平線,白噪聲的能量是以每倍頻程增加3dB分布的,粉紅噪聲是均勻分布的;


3、在線性坐標中,白噪聲的能量分布是均勻的,粉紅噪聲是以每倍頻程下降3dB分布的;噪聲能量在每倍頻程內是相等的。


4、白噪聲和粉紅噪聲的轉化。在白噪聲中加入一個每倍頻程衰減3dB的衰減濾波器,就能得到粉紅噪聲。


5、粉紅噪聲相對於白噪聲來說,低頻能量更足,對揚聲器的破壞力更大一些,所以粉紅噪聲相對於白噪聲來說更加嚴格。另外也要考慮試樣的特性,對高音單元來講,如果嚴格考慮它的頻率範圍,情況可能有變,要更多的實測來驗證。其實,揚聲器的最大功率的限定來自振幅和熱兩個因素。對高音單元來說,熱的限定在一定頻率以上是主要的。



粉紅噪音可以理解為以倍頻程為成分構成的訊號之和(這就是上面漸衰型)

●白噪音可以理解為是以每個頻點為成分構成的訊號之各(這就是上面的直線型)


1.  噪每個倍頻程內的能量是一致的例如你用粉噪來驅動一個50Hz-20KHz的二分揚聲器系統,假設1KHz是理想分頻點,那麼通過計算可以知道,進入低音揚聲器迴路和高音揚聲器迴路的能量是一樣大的;(各4個倍頻程多一點)


2. 如果只用來測試低音揚聲器系統,那麼舉一個例子:粉噪在20Hz-40Hz段的能量與 500Hz-1000Hz段的能量是一樣大的,然後40Hz-80Hz段又是一樣的,這樣的話,低頻區域的能量很大,容易超出線性而打底,損壞揚聲器;


3. 如果用白噪來測試高音揚聲器,再來一個實例: 2000Hz-3000Hz段的能量與19800Hz-19900Hz段一樣大,顯然高頻部分能量巨大,也會損壞揚聲器;


4. 噪人可以忍受,白噪不行,所以均衡房間的時候,大家都用粉噪,但是出結論的時候,RTA要設置反向補償的。粉噪在人的聽覺範圍內的感覺在各個頻點是一樣的。

5. 特定情況下,白噪音可以抵消外界噪音。其原理是:白噪音製造了一個遮蔽效應 (masking effect),相當於屏蔽了很多細小的外界聲音變化,也就達到了一定的噪音消除的作用。當兩個聲音相差15dB或更大時,聲音大者會掩蔽聲音小者,也就是說你只能感受到較大那個聲音的存在。


  如果外界某個噪聲過高而令你幹擾時,就可人為的增加白噪去除幹擾,但這畢竟是針對聲音較小的場合。目前市面上有很多產品利用白噪音這一原理,幫助我們來調節睡眠。但如果外部噪音的聲壓級有發動機工作時那麼大,那麼增加白噪就沒意義了,相當於再引入一個新噪音。



  白色包含了所有的顏色,因此白噪聲的特點就是包含各種噪聲。白噪聲定義為在無限頻率範圍內功率密度為常數的信號,這就意味著還存在其它「顏色」的噪聲,下面是其他常見的色噪聲及其定義:



這是有關海洋環境的一種噪音,由於它是有選擇地吸收較高的頻率,因此稱之為紅噪音。



該類噪音是準靜態噪音,在整個連續頻譜範圍內,功率譜有限,且零功率窄帶信號,數量也有限。這些零功率的窄帶信號集中在任意相關音符系統的音符頻率中心上。由於消除了所有的合音,這些剩餘頻譜就稱為「橙色」音符。


在有限頻率範圍內,功率密度隨頻率的增加每倍頻增長3dB(密度正比於頻率)。對於高頻信號來說,它屬於良性噪音


在有限頻率範圍內,功率密度隨頻率的增加每倍頻增長6dB(密度正比於頻率的平方值)。


該噪聲在給定頻率範圍內,類似於心理聲學上的等響度曲線(如反向的A-加權曲線),因此在所有頻率點的噪聲電平相同。




在不包含直流成分的有限頻率範圍內,功率密度隨頻率的增加每倍頻下降6dB(密度與頻率的平方成反比)。該噪聲實際上是布朗運動產生的噪聲,它也稱為隨機飄移噪聲或醉鬼噪聲。




(1) 有源噪聲控制系統在消除了一個現有噪聲後的輸出信號。

(2) 在20kHz以上的有限頻率範圍內,功率密度為常數的噪聲,一定程度上它類似於超聲波白噪聲。這種黑噪聲就象「黑光」一樣,由於頻率太高而使人們無法感知,但它對你和你周圍的環境仍然有影響。

(3) 具有fβ譜,其中β>2。根據經驗可知,該噪聲的危害性很大。


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