En ingeniería de audio , electrónica , física y muchos otros campos, el color del ruido se refiere al espectro de potencia de una señal de ruido (una señal producida por un proceso estocástico ). Los diferentes colores de ruido tienen propiedades significativamente diferentes. Por ejemplo, como señales de audio , sonarán diferentes para los oídos humanos y, como imágenes , tendrán una textura visiblemente diferente . Por lo tanto, cada aplicación generalmente requiere ruido de un color específico. Este sentido de 'color' para las señales de ruido es similar al concepto de timbre enmúsica (que también se llama "color de tono" [ cita requerida ] ); sin embargo, este último se usa casi siempre para el sonido y puede considerar características muy detalladas del espectro .
Colores de ruido |
---|
blanco |
Rosa |
Rojo (browniano) |
Púrpura |
Gris |
La práctica de nombrar tipos de ruido después de colores comenzó con ruido blanco , una señal cuyo espectro tiene la misma potencia dentro de cualquier intervalo igual de frecuencias. Ese nombre se le dio por analogía con la luz blanca, que se asumió (incorrectamente) que tenía un espectro de potencia tan plano en el rango visible. [ cita requerida ] Otros nombres de colores, como rosa , rojo y azul, se le dieron al ruido con otros perfiles espectrales, a menudo (pero no siempre) en referencia al color de la luz con espectros similares. Algunos de esos nombres tienen definiciones estándar en ciertas disciplinas, mientras que otros son muy informales y están mal definidos. Muchas de estas definiciones asumen una señal con componentes en todas las frecuencias, con una densidad espectral de potencia por unidad de ancho de banda proporcional a 1 / f β y, por lo tanto, son ejemplos de ruido de ley de potencia . Por ejemplo, la densidad espectral del ruido blanco es plana ( β = 0), mientras que el parpadeo o el ruido rosa tiene β = 1 y el ruido browniano tiene β = 2.
Definiciones técnicas
En el análisis se emplean varios modelos de ruido, muchos de los cuales se incluyen en las categorías anteriores. El ruido AR o "ruido autorregresivo" es un modelo de este tipo y genera ejemplos simples de los tipos de ruido anteriores y más. El glosario de telecomunicaciones estándar federal 1037C [1] [2] define blanco, rosa, azul y negro.
Los nombres de los colores para estos diferentes tipos de sonidos se derivan de una analogía imprecisa entre el espectro de frecuencias de ondas sonoras presentes en el sonido (como se muestra en los diagramas azules) y el espectro equivalente de frecuencias de ondas luminosas. Es decir, si el patrón de ondas sonoras del "ruido azul" se tradujera en ondas de luz, la luz resultante sería azul, y así sucesivamente. [ cita requerida ]
ruido blanco
El ruido blanco es una señal (o proceso), nombrada por analogía con la luz blanca , con un espectro de frecuencia plano cuando se representa como una función lineal de la frecuencia (por ejemplo, en Hz). En otras palabras, la señal tiene la misma potencia en cualquier banda de un ancho de banda dado ( densidad espectral de potencia ) cuando el ancho de banda se mide en Hz . Por ejemplo, con una señal de audio de ruido blanco, el rango de frecuencias entre 40 Hz y 60 Hz contiene la misma cantidad de potencia de sonido que el rango entre 400 Hz y 420 Hz, ya que ambos intervalos tienen un ancho de 20 Hz. Tenga en cuenta que los espectros a menudo se trazan con un eje de frecuencia logarítmico en lugar de uno lineal, en cuyo caso los anchos físicos iguales en el gráfico impreso o mostrado no tienen todos el mismo ancho de banda, con el mismo ancho físico cubriendo más Hz a frecuencias más altas que en frecuencias más bajas. En este caso, un espectro de ruido blanco que se muestrea igualmente en el logaritmo de frecuencia (es decir, se muestrea igualmente en el eje X) se inclinará hacia arriba a frecuencias más altas en lugar de ser plano. Sin embargo, no es inusual en la práctica que los espectros se calculen utilizando muestras de frecuencia espaciadas linealmente pero que se representen en un eje de frecuencia logarítmica, lo que podría generar malentendidos y confusión si no se mantiene la distinción entre muestras de frecuencia lineal igualmente espaciadas y muestras de frecuencia logarítmica igualmente espaciadas. en mente. [3]
Ruido rosa
El espectro de frecuencia del ruido rosa es lineal en escala logarítmica ; tiene el mismo poder en bandas que son proporcionalmente anchas. [4] Esto significa que el ruido rosa tendría la misma potencia en el rango de frecuencia de 40 a 60 Hz que en la banda de 4000 a 6000 Hz. Dado que los humanos escuchan en un espacio tan proporcional, donde una duplicación de la frecuencia (una octava) se percibe igual independientemente de la frecuencia real (40-60 Hz se escuchan como el mismo intervalo y distancia que 4000-6000 Hz), cada octava contiene la La misma cantidad de energía y, por lo tanto, el ruido rosa se utiliza a menudo como señal de referencia en la ingeniería de audio . La densidad de potencia espectral , en comparación con el ruido blanco, disminuye en 3,01 dB por octava (densidad proporcional a 1 / f ). Por esta razón, el ruido rosa a menudo se denomina " ruido 1 / f ".
Dado que hay un número infinito de bandas logarítmicas en los extremos de baja frecuencia (CC) y alta frecuencia del espectro, cualquier espectro de energía finita debe tener menos energía que el ruido rosa en ambos extremos. El ruido rosa es la única densidad espectral de ley de potencia que tiene esta propiedad: todos los espectros de ley de potencia más pronunciados son finitos si se integran al extremo de alta frecuencia, y todos los espectros de ley de potencia más planos son finitos si se integran a CC, baja frecuencia límite. [ cita requerida ]
Ruido browniano
El ruido browniano , también llamado ruido marrón, es ruido con una densidad de potencia que disminuye 6,02 dB por octava al aumentar la frecuencia (densidad de frecuencia proporcional a 1 / f 2 ) en un rango de frecuencia que excluye cero ( CC ).
El ruido browniano se puede generar con la integración temporal del ruido blanco . El ruido "marrón" no recibe el nombre de un espectro de potencia que sugiere el color marrón; más bien, el nombre deriva del movimiento browniano . También conocido como "paseo al azar" o "paseo del borracho". El "ruido rojo" describe la forma del espectro de potencia, con el rosa entre el rojo y el blanco.
Ruido azul
El ruido azul también se llama ruido azul. La densidad de potencia del ruido azul aumenta 3,01 dB por octava al aumentar la frecuencia (densidad proporcional af ) en un rango de frecuencia finito. [5] En gráficos por computadora, el término "ruido azul" a veces se usa de manera más vaga como cualquier ruido con componentes mínimos de baja frecuencia y sin picos concentrados de energía. Esto puede ser un buen ruido para difuminar . [6] Las células de la retina están dispuestas en un patrón similar al ruido azul que produce una buena resolución visual. [6] [7]
La radiación de Cherenkov es un ejemplo natural de ruido azul casi perfecto, con la densidad de potencia creciendo linealmente con la frecuencia en las regiones del espectro donde la permeabilidad del índice de refracción del medio es aproximadamente constante. El espectro de densidad exacto viene dado por la fórmula de Frank-Tamm . En este caso, la finitud del rango de frecuencia proviene de la finitud del rango sobre el cual un material puede tener un índice de refracción mayor que la unidad. La radiación de Cherenkov también aparece como un color azul brillante, por estas razones.
Ruido violeta
El ruido violeta también se llama ruido violeta. La densidad de potencia del ruido violeta aumenta 6,02 dB por octava al aumentar la frecuencia [8] [9] (densidad proporcional af 2 ) en un rango de frecuencia finito. También se le conoce como ruido blanco diferenciado , por ser el resultado de la diferenciación de una señal de ruido blanco.
Debido a la disminución de la sensibilidad del oído humano al silbido de alta frecuencia y a la facilidad con la que el ruido blanco se puede diferenciar electrónicamente (filtrado de paso alto en el primer orden), muchas de las primeras adaptaciones del dither al audio digital utilizaron ruido violeta como señal de dither. . [ cita requerida ]
El ruido térmico acústico del agua tiene un espectro violeta, lo que hace que domine las mediciones de hidrófonos a altas frecuencias. [10] [11]
Ruido gris
El ruido gris es ruido blanco aleatorio sujeto a una curva psicoacústica de igual volumen (como una curva de ponderación A invertida ) en un rango dado de frecuencias, lo que le da al oyente la percepción de que es igualmente fuerte en todas las frecuencias. [ cita requerida ] Esto contrasta con el ruido blanco estándar que tiene la misma fuerza sobre una escala lineal de frecuencias, pero no se percibe como igualmente fuerte debido a sesgos en el contorno humano de igual volumen .
Definiciones informales
También se utilizan muchos colores sin definiciones precisas (o como sinónimos de colores definidos formalmente), a veces con múltiples definiciones.
Ruido rojo
- Un sinónimo de ruido browniano, como arriba [12] [13]
- Similar al ruido rosa, pero con contenido espectral diferente y relaciones diferentes (es decir, 1 / f para ruido rosa , mientras que 1 / f 2 para ruido rojo).
- En áreas donde la terminología se usa de manera poco estricta, "ruido rojo" puede referirse a cualquier sistema donde la densidad de potencia disminuye al aumentar la frecuencia. [14]
Ruido verde
- El componente de frecuencia media del ruido blanco, utilizado en el tramado de semitonos [15]
- Ruido browniano acotado
- Ruido del espectro vocal utilizado para probar circuitos de audio [16]
- Joseph S. Wisniewski escribe que los productores de grabaciones de efectos de sonido ambiental comercializan el "ruido verde" como "el ruido de fondo del mundo". Simula los espectros de entornos naturales, sin ruidos provocados por el hombre. El ruido rosa es similar, pero tiene más energía en el área de 500 Hz. [dieciséis]
Ruido negro
- Silencio
- Ruido con un espectro β 1 / f , donde β > 2 . Esta fórmula se utiliza para modelar la frecuencia de los desastres naturales. [17] [ aclaración necesaria ]
- Ruido que tiene un espectro de frecuencia de nivel de potencia predominantemente cero en todas las frecuencias excepto en algunas bandas estrechas o picos. Nota: Un ejemplo de ruido negro en un sistema de transmisión por fax es el espectro que se puede obtener al escanear un área negra en la que hay algunos puntos blancos aleatorios. Por tanto, en el dominio del tiempo, se producen algunos pulsos aleatorios durante la exploración. [18]
- Ruido con un espectro correspondiente a la radiación del cuerpo negro (ruido térmico). Para temperaturas superiores a aproximadamente3 × 10 −7 K el pico del espectro del cuerpo negro está por encima del límite superior del rango de audición humana . En esas situaciones, a los efectos de lo que se escucha, el ruido negro se aproxima bien al ruido violeta . Al mismo tiempo, la radiación de Hawking de los agujeros negros puede tener un pico en el rango de audición, por lo que la radiación de un agujero negro estelar típico con una masa igual a 6 masas solares tendrá un máximo a una frecuencia de 604,5 Hz; este ruido es similar. al ruido verde. Una fórmula es: Hz. Aquí se pueden encontrar varios ejemplos de archivos de audio con este espectro .
Blanco ruidoso
En telecomunicaciones , el término blanco ruidoso tiene los siguientes significados: [19]
- En los sistemas de fax o de visualización, como la televisión , una falta de uniformidad en el área blanca de la imagen, es decir , un documento o una imagen, provocada por la presencia de ruido en la señal recibida .
- Una señal o nivel de señal que se supone que representa un área blanca en el objeto, pero que tiene un contenido de ruido suficiente para causar la creación de puntos negros notables en la superficie de la pantalla o en el medio de grabación .
Ruidoso negro
En telecomunicaciones , el término negro ruidoso tiene los siguientes significados: [20]
- En los sistemas de fax o de visualización, como la televisión , una falta de uniformidad en el área negra de la imagen, es decir , un documento o una imagen, provocada por la presencia de ruido en la señal recibida .
- Una señal o nivel de señal que se supone que representa un área negra en el objeto, pero que tiene un contenido de ruido suficiente para causar la creación de puntos no negros perceptibles en la superficie de la pantalla o en el medio de grabación .
Ver también
- Zumbido de red (también conocido como zumbido de alimentación de CA )
- Probabilidad pequeña
Referencias
- ^ "Glosario de ATIS Telecom" . atis.org . Alliance for Telecommunications Industry Solutions . Consultado el 16 de enero de 2018 .
- ^ "Norma Federal 1037C" . Instituto de Ciencias de las Telecomunicaciones . Instituto de Ciencias de las Telecomunicaciones, Administración Nacional de Telecomunicaciones e Información (ITS-NTIA) . Consultado el 16 de enero de 2018 .
- ^ [1] RD Peters, 2012
- ^ "Definición: ruido rosa" . www.its.bldrdoc.gov .
- ^ "Definición: ruido azul" . www.its.bldrdoc.gov .
- ^ a b Mitchell, Don P., "Generación de imágenes suavizadas en densidades de muestreo bajas". Computer Graphics, volumen 21, número 4, julio de 1987.
- ^ Yellott, John I. Jr (1983). "Consecuencias espectrales del muestreo de fotorreceptores en la retina Rhesus". Ciencia . 221 (4608): 382–85. PMID 6867716 .
- ^ Transacciones de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado 1968 [2] Cita: "Un" ruido púrpura ", en consecuencia, es un ruido cuyo nivel de espectro aumenta con la frecuencia.
- ^ Estimación de trayectos múltiples de GPS de doble diferencia en condiciones cinemáticas . Zhang, QJ y Schwarz, K.-P .. Simposio de ubicación y navegación de posiciones, págs. 285–91. Abril de 1996. 10.1109 / PLANS.1996.509090 "El análisis espectral muestra que los errores de aceleración del GPS parecen ser procesos de ruido violeta. Están dominados por ruido de alta frecuencia".
- ^ Fuentes antropogénicas y naturales de ruido ambiental en el océano doi : 10.3354 / meps08353 "Las predicciones del espectro de ruido térmico, derivadas de la mecánica estadística clásica, sugieren un aumento del ruido con la frecuencia con una pendiente positiva de 6.02 dB octava -1 " "Tenga en cuenta que el el ruido aumenta a una tasa de 20 dB por década -1 "
- ^ Mellen, RH (1952). "El límite de ruido térmico en la detección de señales acústicas subacuáticas". J. Acoust. Soc. Am . 24 : 478–80. doi : 10.1121 / 1.1906924 .
- ^ "Índice: ruido (disciplinas de estudio [DoS])" . Archivado desde el original el 22 de mayo de 2006.
- ^ Gilman, DL; Fuglister, FJ; Mitchell Jr., JM (1963). "En el espectro de potencia del" ruido rojo " " . Revista de Ciencias Atmosféricas . 20 (2): 182–84. Código bibliográfico : 1963JAtS ... 20..182G . doi : 10.1175 / 1520-0469 (1963) 020 <0182: OTPSON> 2.0.CO; 2 .
- ^ Daniel L. Rudnick, Russ E. Davis (2003). "Ruido rojo y cambios de régimen" (PDF) . Investigación de Altura Parte I . 50 (6): 691–99. Código bibliográfico : 2003DSRI ... 50..691R . doi : 10.1016 / S0967-0637 (03) 00053-0 .
- ^ Lau, Daniel Leo; Arce, Gonzalo R .; Gallagher, Neal C. (1998), "Medios tonos digitales con ruido verde", Proceedings of the IEEE , 86 (12): 2424–42, doi : 10.1109 / 5.735449
- ^ a b Joseph S. Wisniewski (7 de octubre de 1996). "Colores de ruido pseudo FAQ, versión 1.3" . Grupo de noticias : comp.dsp . Archivado desde el original el 30 de abril de 2011 . Consultado el 1 de marzo de 2011 .
- ^ Schroeder, Manfred (2009). Fractales, caos, leyes de poder: minutos de un paraíso infinito . Mensajero Dover. págs. 129-30. ISBN 978-0486472041.
- ^ "Definición de" ruido negro "- Norma federal 1037C" . Archivado desde el original el 12 de diciembre de 2008 . Consultado el 28 de abril de 2008 .
- ^ "Definición: blanco ruidoso" . www.its.bldrdoc.gov .
- ^ "Definición: negro ruidoso" . www.its.bldrdoc.gov .
Este artículo incorpora material de dominio público del documento de la Administración de Servicios Generales : "Norma Federal 1037C" .
enlaces externos
- Generador de ruido de colores en la web
- Generador web de ruidos de colores
- Algunas definiciones de ruido de colores
- Generador de ruido de colores en línea y generador de ruido gris verdadero
- Ruido negro y persistencia de la población