Τα "χρώματα" του θορύβου!

Ενισχυτές, προενισχυτές, φίλτρα, όργανα μέτρησης ήχου.
Άβαταρ μέλους
GeorgeVita
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 434
Εγγραφή: 04 Σεπ 2013, 21:51
Ονομα: Γιώργος
Επικοινωνία:

Τα "χρώματα" του θορύβου!

Δημοσίευσηαπό GeorgeVita » 15 Σεπ 2013, 19:46

Τα "χρώματα" του θορύβου!
(Βασικές πληροφορίες από: Colors of noise (wikipedia)

Αρκετές φορές χρησιμοποιούμε πηγές θορύβου για να κάνουμε μετρήσεις σε ηλεκτρονικά κυκλώματα και συσκευές όταν ελέγχουμε την ποιότητα ή τα χαρακτηριστικά τους σε σχέση με ένα φάσμα συχνοτήτων. Οι πηγές θορύβου χαρακτηρίζονται από την συχνότητα λειτουργίας και την κατανομή ισχύος σε αυτό το φάσμα. Ανάλογα με τη μέτρηση που κάνουμε (δυναμική περιοχή, απόκριση συχνότητας, ποιότητα φίλτρου, κλπ.) χρειαζόμαστε ίση κατανομή ισχύος σε κάθε συχνότητα, ίση κατανομή ισχύος σε κάθε οκτάβα, ή συγκεκριμένη κλίση (αύξηση ή μείωση) της ισχύος σε κάθε συχνότητα ή οκτάβα. Σε άλλες περιπτώσεις χρειαζόμαστε μια ειδική καμπύλη θορύβου με "κεντρική συχνότητα" και πλευρικές με κλίση ή κάποια εντελώς προσδιορισμένη καμπύλη για να καλύψει ειδική ανάγκη (λ.χ. ίση ακουστότητα σύμφωνα με την απόκριση του ανθρώπινου αυτιού).

Λευκός, ροζ, γκρι, καφέ, μπλε, ...

Η ονομασία του "χρώματος" του θορύβου έρχεται από το "τι χρώμα θα βλέπαμε αν είχαμε την ίδια καμπύλη στο ορατό φάσμα συχνοτήτων"! Δηλαδή "όλα πάνω"=λευκό, "όλα κάτω"=μαύρο. Δεδομένου ότι στο οπτικό φάσμα το μπλε έχει μεγαλύτερη συχνότητα από το κόκκινο, ο ροζ θόρυβος έχει μεγαλύτερη στάθμη σε μια χαμηλή συχνότητα απ' ότι σε μια υψηλή.

Ο "ροζ θόρυβος" (pink noise) περιέχει ίδια ενέργεια σε όλες τις οκτάβες. Οκτάβα είναι το φάσμα συχνοτήτων μεταξύ μιας συχνότητας και της διπλάσιάς της (λ.χ. 1KHz-2KHz). Επειδή όσο ανεβαίνει η συχνότητα έχουμε μεγαλύτερο φάσμα (λ.χ. BW=1KHz για την οκτάβα 1KHz-2KHz και BW=16KHz για την οκτάβα 16KHz-32KHz) η μορφή του σε φασματικό αναλυτή είναι όπως το παρακάτω σχήμα:

Εικόνα μεγαλύτερη εικόνα, δείγμα ροζ θορύβου

Παρατηρούμε ότι όσο αυξάνει η συχνότητα μειώνεται το πλάτος του σήματος.
Ο "ροζ θόρυβος" χρησιμοποιείται για να μετρήσουμε/ρυθμίσουμε συσκευές και συστήματα ήχου.

Ο "λευκός θόρυβος" (white noise) περιέχει ίδια ενέργεια σε κάθε συχνότητα για το ίδιο φάσμα (BW). Δηλαδή αν μετρήσεις την ενέργεια στους 2KHz ±1KHz (περιοχές συχνοτήτων 1KHz-3KHz, BW=2KHz) θα είναι ίση με την ενέργεια στους 32KHz ±1KHz (περιοχές συχνοτήτων 31KHz-33KHz, BW=2KHz) και η μορφή του σε φασματικό αναλυτή είναι:

Εικόνα μεγαλύτερη εικόνα, δείγμα λευκού θορύβου

Το πλάτος του σήματος παραμένει σταθερό σε όλες τις συχνότητες.
Ο θόρυβος ενός δέκτη με αποδιαμόρφωση FM σε κενή συχνότητα είναι "λευκός θόρυβος".

O "γκρι θόρυβος" (gray noise) περιέχει ενέργεια κατανεμημένη για ίση ακουστότητα από το ανθρώπινο αυτί:

Εικόνα μεγαλύτερη εικόνα, δείγμα γκρι θορύβου

Σχετικό θέμα για ηχητικές εφαρμογές: "Equal-loudness contour" (καμπύλη ίσης ακουστικότητας "ζυγισμένη" για το ανθρώπινο αυτί).


Πρακτική χρήση για ανάλυση ήχου μέσω PC

Ενα καλό πρόγραμμα για "offline" ανάλυση είναι το Audacity. Μπορούμε να αναπαράγουμε το αρχείο με το δείγμα θορύβου (λ.χ. ροζ ή γκρι) μέσα από το ελεγχόμενο σύστημα. Καταγράφουμε την έξοδο στο Audacity και μετά αναλύουμε φασματικά την εγγραφή και την συγκρίνουμε με αυτή του "δείγματος". Η σύγκριση των φασμάτων μπορεί να γίνει με το Sonic Visualiser.

Στην αρχή θα μετρήσουμε την απόκριση συχνότητας της κάρτας ήχου:
- ετοιμάζουμε το Audacity για εγγραφή, επιλέγουμε δειγματοληψία ίδια με αυτή του αρχείου θορύβου που θα χρησιμοποιήσουμε
- αναπαράγουμε το αρχείο θορύβου και το ακούμε από τα ηχεία
- συνδέουμε καλώδιο "loop" (αρσενικό σε αρσενικό) 3.5mm stereo από το Line Out/Speaker (πράσινο βύσμα) προς το Line In (μπλε βύσμα)
- ρυθμίζουμε την ένταση στο μέγιστο
- αναπαράγουμε από την αρχή το αρχείο θορύβου
- πατάμε το κουμπί εγγραφής στο Audacity
- μετά από 8-9 δευτερόλεπτα σταματάμε την εγγραφή (Audacity)
- κάνουμε μια πρώτη εκτίμηση με analyze και plot spectrum (Audacity)
- αποθηκεύουμε το αρχείο σε μορφή αντίστοιχη του αρχείου θορύβου
- ελέγχουμε την φασματική απόκριση του αρχείου θορύβου με file > import > audio και μετά analyze > plot spectrum

Για σύγκριση χρησιμοποίησα το Sonic Visualiser, βλέποντας μεγάλη εξασθένηση μετά τους 19KHz.
Συνοπτικά η σύγκριση είναι όπως η παρακάτω σύνθεση εικόνων (print screen και gimp):

Εικόνα

Αρκετά δείγματα ήχων (τόνοι, θόρυβοι και σαρώσεις συχνοτήτων) υπάρχουν στο http://www.audiocheck.net

Άβαταρ μέλους
p.gabr
Δημοσιεύσεις: 44
Εγγραφή: 11 Οκτ 2013, 13:04
Ονομα: Παναγιώτης

Re: Τα "χρώματα" του θορύβου!

Δημοσίευσηαπό p.gabr » 20 Οκτ 2013, 21:54

Πολυ ενδιαφέρον το άρθρο αυτο Γιωργο
Ειναι κάτι απλό και μπορεί να το κάνουν όλοι και για να έχουν μια απλή ένδειξη

Επειδη πρόσφατα το είχα κάνει και εγώ με ένα ,υποτυπώδες υπολογιστακι θα μου επιτρέψεις να προσθέσω


Η πρώτη εγινε με τον λευκο θόρυβο που υποτίθεται έχει την ίδια στάθμη σε όλες τις συχνότητες και υποτίθεται ότι κάνει ένα γρήγορο έλεγχο του bandwith

Εικόνα

Aπο την έξοδο (πράσινο) στην είσοδο μικρόφωνου ροζ , με ενδιάμεσα ποτενσιόμετρο για την ρύθμιση της στάθμης,
Όπως βλέπετε απο 70 ηζ μεχρι τους 15 κηζ το μωράκι συμπεριφέρεται πολύ καλά ,δείχνοντας την ιδια στάθμη. Μετα τους 15 κ εχει σταδιακή πτώση που οφείλεται στις επιδόσεις του

τώρα εδώ με ροζ θόρυβο

Εικόνα

και από ότι διάβασα από οκτάβα σε οκτάβα πρέπει να πέφτει 3 db ,στο γράφημα φαίνεται οτι οι ενδείξεις μέχρι 15 κηζ φαίνεται να ακολουθούν κανονικά

Εαν δηλ αυτό το σήμα το δώσουμε στην είσοδο ενός ενισχυτή και από το φορτίο περάσουμε σήμα στο line in ,έχουμε κάποια ένδειξη σύμφωνα με τις δυνατότητες του υπολογιστή μας (και αφού πρώτα τα έχουμε τεστάρει)
Oλα αυτά όμως προϋποθέτουν ότι γνωρίζουμε την διαδικασία .,τι πρέπει να δούμε , τι στάθμες πρέπει να δώσουμε στον ενισχυτή, και κατόπιν στον υπολογιστή


ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΤΗΝ ΧΡΗΣΗ

Εικόνα

Ενα τέτοιο απλό κύκλωμα προστατεύει την είσοδο line in

το software ειναι το visualanalyzer και προσφέρεται δωρεάν
http://www.sillanumsoft.org/download.htm


Επιστροφή σε “Ηχος”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 0 επισκέπτες