Gürültü renkleri

Gürültünün veya gürültü spektrumunun rengi, ses mühendisliği, elektronik ve fizik gibi birçok alanda bir gürültü sinyalinin güç spektrumunu ifade eder. Farklı gürültü renkleri önemli ölçüde farklı özelliklere sahiptir. Örneğin, ses sinyalleri olarak insan kulağına farklı gelirler ve görüntü olarak farklı bir dokuya sahip olurlar. Bu nedenle, her uygulamada gürültü için belirli bir renk gerekir. Gürültü sinyalleri için bu "renk" duygusu, müzikteki tını kavramına benzer ("ton rengi" olarak da adlandırılır; ancak bu, ses için kullanılır ve spektrumun ayrıntılı özelliklerini göz önünde bulundurabilir).

Gürültü türlerini renklerle adlandırma uygulaması, ilk olarak spektrumunun eşit frekans aralıklarında eşit güce sahip olduğu beyaz gürültüyle başladı. Bu isim, görünür aralıkta düz bir güç spektrumuna sahip olduğu varsayılan beyaz ışığa benzetilerek (yanlışlıkla) verilmiştir. Daha sonra pembe, kırmızı ve mavi gibi diğer renk adları, genellikle (her zaman olmamak kaydıyla) benzer spektruma sahip ışık renklerine atıfta bulunularak gürültülere verildi. Bu isimlerden bazılarının belirli disiplinlerde standart tanımları varken, bazıları ise yetersiz tanımlanmıştır. Bu tanımların çoğu, 1/f β ile orantılı bant genişliği birimi başına güç spektral yoğunluğu ile tüm frekanslarda bileşenleri olan bir sinyal varsayar ve bu nedenle bu tanımlar, güç yasası gürültüsünün örnekleridir. Örneğin, beyaz gürültünün spektral yoğunluğu düz (β = 0) iken, titreşim veya pembe gürültü (β = 1)'dir ve kahverengi gürültü (β = 2)'dir.küçükresim|right|Çeşitli gürültü renkleri (mor, mavi, beyaz, pembe, kahverengi/kırmızı) için frekansın bir fonksiyonu olarak simüle edilmiş güç spektral yoğunlukları. Güç spektral yoğunlukları, spektrumların değeri yaklaşık olarak 1 kHz'e eşdeğer olacak şekilde keyfi olarak normalleştirilir. Her spektrum için güç spektral yoğunluğunun eğiminin, ilgili elektromanyetik/renk analojisi için bağlam sağladığını unutmayın.küçükresim|right|Beyaz gürültü spektrumu. Düz güç spektrumu.(logaritmik frekans ekseni)

 Teknik tanımlar 
Analizlerde, çoğu yukarıdaki kategorilere giren çeşitli gürültü modelleri kullanılır. AR gürültüsü veya "otoregresif gürültü" bu tarz bir modeldir ve yukarıdaki gürültü türlerinin basit örneklerini ve daha fazlasını üretir. Federal Standart 1037C Telekomünikasyon Sözlüğü beyaz, pembe, mavi ve siyah gürültü tanımlarını yapmıştır.

Bu farklı tür seslerin renk adları, seste bulunan ses dalgasının frekans spektrumu(mavi diyagramda gösterilen) ve buna eş değer ışık dalgası frekansı arasındaki benzerlikten türetilmiştir.

Yani; eğer mavi gürültünün ses dalga modeli ışık dalgalarına çevrilseydi,ortaya çıkan ışık mavi renk olurdu. 

Beyaz gürültü
Beyaz gürültü, beyaz ışıkla arasındaki benzerlik sebebiyle böyle adlandırılan, frekansın doğrusal bir fonksiyonu çizildiğinde düz bir frekans spektrumuna sahip bir sinyaldir. Bir başka deyişle sinyal, bant genişliği Hz. olarak ölçüldüğünde belirli bir bant genişliğinin herhangi bir bandında eşit güce sahiptir.

Örneğin, beyaz gürültü ses sinyalinde 40 ve 60 Hz. arası frekans aralığı ile 400 ve 420 Hz. arası frekans aralığı, her iki aralık da 20 Hz genişliğinde olduğundan aynı miktarda ses gücü içerir.

Spektrumların genellikle lineer değil, logaritmik bir frekans ekseni ile çizildiğini unutmayın. Bu durumda yazdırılan veya görüntülenen çizimdeki eşit fiziksel genişliklerin tümü aynı bant genişliğine sahip değildir ve aynı fiziksel genişlik, yüksek frekanslarda düşük frekanslara kıyasla daha fazla Hz. içerir.

Bu durumda, frekansın logaritmasında eşit olarak gösterilen beyaz gürültü spektrumu düz olmak yerine daha yüksek frekanslarda yukarı doğru eğimli olacaktır.

Buna rağmen pratikte spektrumların lineer aralıklı frekans gösterimi kullanılarak hesaplanması ancak logaritmik bir frekans ekseni üzerinde çizilmesi alışılmadık bir durum değildir ancak eşit aralıklı doğrusal frekans örnekleri ile eşit aralıklı logaritmik frekans örnekleri arasındaki fark göz önüne alınmazsa yanlış anlaşılma ve karışıklığa sebep olma potansiyeli taşır.

Pembe gürültü
küçükresim|right|Pembe gürültü spektrumu. Güç yoğunluğu 10 dB/on yılda (-3,01 dB/oktav) düşer
Pembe gürültünün frekans spektrumu, logaritmik ölçekte doğrusaldır ve orantılı genişleyen bantlarda eşit güce sahiptir.

Bu, pembe gürültünün 4000 – 6000 Hz bandında olduğu gibi 40 – 60 Hz frekans aralığında da eşit güce sahip olduğu anlamına gelir.

İnsanların frekansın ikiye katlanmasının gerçek frekanstan bağımsız olarak aynı algıladığı böyle orantılı bir aralıkta duyduğundan, her oktav aynı miktarda enerji içerir ve bu sayede pembe gürültü sıklıkla ses mühendisliğinde referans sinyali olarak kullanılır.

Beyaz gürültü ile karşılaştırıldığında spektral güç yoğunluğu oktav başına 3,01 dB azalır. Bu nedenle, pembe gürültü genellikle "1/f gürültüsü" olarak adlandırılır.

Spektrumun hem düşük frekans hem de yüksek frekans uçlarında sonsuz sayıda logaritmik bant olduğundan, herhangi bir sonlu enerji spektrumunun her iki ucunun da pembe gürültüden daha az enerjiye sahip olması gerekir.Pembe gürültü, bu özelliğe sahip olan tek kuvvet kanunu spektral yoğunluğudur: Tüm dik güç yasası spektrumları, yüksek frekanslı uca entegre edilirse sonludur ve tüm düz güç yasası spektrumları, düşük frekans limitine entegre edilirse sonludur.

küçükresim|right|Kahverengi spektrum (−6.02dB/oktav)
Kahverengi gürültü
Kahverengi gürültü, sıfır hariç bir frekans aralığında artan frekansla oktav başına 6,02 dB azalan güç yoğunluğuna sahip gürültüdür.

Kahverengi gürültü, beyaz gürültünün zamansal entegrasyonu ile üretilebilir.

"Kahverengi" gürültü, kahverengiyi çağrıştıran güç spektrumlarından yola çıkılarak adlandırılmamıştır; aksine, isim kahverengi hareketten türetilmiştir. "Rastgele yürüyüş" veya "sarhoş yürüyüşü" olarak da bilinir. "Kırmızı gürültü" pembenin, kırmızı ile beyaz arasında olduğu güç spektrumunun şeklini tanımlar.

Mavi gürültü
küçükresim|right|Mavi spektrum (+3.01 dB/oktav)
Mavi gürültüye gök mavisi(en:azure) gürültü de denir. Mavi gürültünün güç yoğunluğu sonlu frekans aralığında oktav başına  3.01 dB artan frekansla artar. Bilgisayar grafiklerinde, "mavi gürültü" terimi bazen minimum düşük frekans bileşenlerine sahip ve enerjide yoğun ani yükselmeler olmayan herhangi bir gürültü olarak daha gevşek bir şekilde kullanılır. Bu, titreşim için iyi bir gürültü olabilir. Retina hücreleri, iyi görsel çözünürlük sağlayan mavi gürültü benzeri bir modelde düzenlenir.

Çerenkov radyasyonu, kırılma indeksi geçirgenliğinin yaklaşık olarak sabit olduğu spektrum bölgelerinin üzerindeki frekansla doğrusal olarak artan güç yoğunluğu ile neredeyse mükemmel mavi gürültünün doğal olarak oluşumunun bir örneğidir. örneğidir. Yoğunluk spektrumunun kesin tanımı, Frank-Tamm formülünde açıklanmıştır.

Bu durumda; frekans aralığının sonlu olması, bir maddenin birden büyük bir kırılma indeksine sahip olabileceği aralığın sonlu olması sebebiyledir. Bu sebepten ötürü Cherenov radyasyonu, aynı zamanda parlak mavi renk görünür. Ses yürüyüşü tasarımı ve ses düzeni çalışmalarındaki sanatsal yaklaşımlar, su sesini tanımlamak için "mavi gürültü" terimini kullanır. Örneğin; Esch2022 - Avrupa Kültür Başkenti etkinlikleri kapsamında, İsviçreli Trond Maag ve ses bahçıvanı Andres Bosshard, yürüyüşçüleri/dinleyicileri kentsel çevrelerini yeni bir şekilde keşfetmeye davet etmeyi amaçlayan Esch ve Belval'in günlük akustik ortamında ses yürüyüşü rotaları tasarladılar

 Mor gürültü 
küçükresim|right|Mor spektrum (+6.02 dB/oktav)
Mor gürültünün güç yoğunluğu oktav başına 6.02 dB artan frekanslaTransactions of the American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers 1968  Quote: 'A "purple noise," accordingly, is a noise the spectrum level of which rises with frequency.' (f 2 ile orantılı yoğunluk) sınırlı bir frekans aralığında artar.

İnsan kulağının yüksek frekanslı seslere karşı düşük hassasiyete sahip olmasından ve elektronik olarak ayırt edilebilen beyaz gürültüyü kolaylıkla algılayabilmesinden dolayı, titreşimden dijital sese yapılan birçok uyarlamada titreşim sinyalı olarak mor gürültü kullanıldı. 

Suyun akustik termal gürültüsü, yüksek frekanslarda hidrofon ölçüme sahip olmasını sağlayan mor bir spektruma sahiptir. "Klasik istatistiksel mekanikten türetilen termal gürültü spektrumunun tahminleri, 6,02 dB oktav-1'lik pozitif bir eğimle frekansla birlikte gürültünün arttığını gösteriyor." "Termal gürültünün 20 dB on yıllık-1 oranında arttığına dikkat edilmelidir."

küçükresim|right|Gri spektrum

Gri gürültü
Gri gürültü, dinleyiciye tüm frekanslarda eşit derecede yüksek olduğu algısını veren, belirli bir frekans aralığında psikoakustik eşit ses yüksekliği eğrisine tabi tutulan rastgele beyaz gürültüdür.

Bu, doğrusal bir frekans ölçeğinde eşit güce sahip olan ancak sapmalar nedeniyle eşit derecede yüksek olarak algılanamayan standart beyaz gürültünün tersidir.

küçükresim|right|Kadife gürültü spektrumu

Kadife gürültü
Kadife gürültü, rastgele oluşmuş pozitif ve negatif tepkilerin seyrek bir dizisidir. Kadife gürültü, vuruş/saniye cinsinden yoğunluğuna göre karakterize edilir. Yüksek yoğunluklarda beyaz gürültüye çok benzerdir, buna rağmen, beyaz gürültüden "daha yumuşak" algılanır. Kadife gürültü, bağımsız filtrelerde de sıklıkla kullanılır.

Kaynaklar

Dış bağlantılar
 Some colored noise definitions
 Online Colored Noise Generator  and True Grey Noise Generator 
 Black Noise and Population Persistence 

Kategori:Sinyal işleme
Kategori:Kodlama