En ingeniería de audio , electrónica , física y muchos otros campos, el color del ruido o espectro de 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 de manera diferente para los oídos humanos , y como imágenes tendrán una textura visiblemente diferente . Por lo tanto, cada aplicación normalmente requiere ruido de un color específico. Este sentido de 'color' para las señales de ruido es similar al concepto de timbre en la música (que también se llama "color de tono"; sin embargo, este último casi siempre se usa para el sonido y puede considerar características detalladas del espectro ).
La práctica de nombrar tipos de ruido con el nombre de colores comenzó con el 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 suponía (incorrectamente) que tenía un espectro de potencia tan plano en el rango visible. [ cita necesaria ] Luego se dieron otros nombres de colores, como rosa , rojo y azul , 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 determinadas disciplinas, mientras que otros son informales y están mal definidos. Muchas de estas definiciones suponen 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 tanto, son ejemplos de ruido de ley potencial . 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. El ruido azul tiene β = -1.
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 uno de esos modelos y genera ejemplos simples de los tipos de ruido anteriores y más. El Glosario de Telecomunicaciones de la Norma Federal 1037C [1] [2] define el ruido blanco, rosa, azul y negro.
Los nombres de los colores para estos diferentes tipos de sonidos se derivan de una analogía vaga 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 de luz. 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 necesaria ]
El ruido blanco es una señal (o proceso), denominada así 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 igual potencia en cualquier banda de un ancho de banda determinado ( 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 sonora que el rango entre 400 Hz y 420 Hz, ya que ambos intervalos tienen 20 Hz de ancho. 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 en frecuencias más altas que en frecuencias más bajas. En este caso, un espectro de ruido blanco que esté igualmente muestreado en el logaritmo de frecuencia (es decir, igualmente muestreado en el eje X) tendrá una pendiente ascendente en frecuencias más altas en lugar de ser plano. Sin embargo, en la práctica no es inusual que los espectros se calculen utilizando muestras de frecuencia linealmente espaciadas pero 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 equiespaciadas y muestras de frecuencia logarítmica equiespaciadas. en mente. [3]
El espectro de frecuencias del ruido rosa es lineal en escala logarítmica ; tiene igual poder en bandas que son proporcionalmente amplias. [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 escuchamos 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 escucha como el mismo intervalo y distancia que 4000-6000 Hz), cada octava contiene el La misma cantidad de energía y, por tanto, el ruido rosa se utiliza a menudo como señal de referencia en ingeniería de audio . La densidad de potencia espectral , en comparación con el ruido blanco, disminuye 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 tanto en el extremo de baja frecuencia (DC) como en el de alta frecuencia del espectro, cualquier espectro de energía finito 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 en el extremo de alta frecuencia, y todos los espectros de ley de potencia más planos son finitos si se integran en el extremo de baja frecuencia de CC. límite. [ cita necesaria ]
El ruido browniano , también llamado ruido marrón, es un 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 el cero ( DC ). También se le llama "ruido rojo", siendo el rosa entre el rojo y el blanco.
El ruido browniano se puede generar con la integración temporal del ruido blanco . El ruido "marrón" no lleva el nombre de un espectro de potencia que sugiere el color marrón; más bien, el nombre deriva del movimiento browniano , también conocido como "caminata aleatoria" o "caminata del borracho".
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 a f ) 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. Este puede ser un buen ruido para el tramado . [6] Las células de la retina están dispuestas en un patrón similar al ruido azul que produce una buena resolución visual. [7]
La radiación de Cherenkov es un ejemplo natural de ruido azul casi perfecto, en el que la densidad de potencia crece linealmente con la frecuencia en 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 en el que 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.
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] "El análisis espectral muestra que los errores de aceleración del GPS parecen ser procesos de ruido violeta. Están dominados por el ruido de alta frecuencia". (densidad proporcional a f 2 ) en un rango de frecuencia finito. También se le conoce como ruido blanco diferenciado , debido a que es el resultado de la diferenciación de una señal de ruido blanco.
Debido a la menor sensibilidad del oído humano al silbido de alta frecuencia y la facilidad con la que el ruido blanco se puede diferenciar electrónicamente (filtrado de paso alto en primer orden), muchas de las primeras adaptaciones del dither al audio digital utilizaron ruido violeta como señal de dither. . [ cita necesaria ]
El ruido térmico acústico del agua tiene un espectro violeta, lo que hace que domine las mediciones de hidrófonos a altas frecuencias. [10] "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 ruido térmico aumenta a un ritmo de 20 dB por década −1 " [11]
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 determinado de frecuencias, lo que le da al oyente la percepción de que es igualmente fuerte en todas las frecuencias. [ cita necesaria ] Esto contrasta con el ruido blanco estándar que tiene la misma fuerza en una escala lineal de frecuencias pero no se percibe como igual de fuerte debido a sesgos en el contorno humano de igual volumen .
El ruido de terciopelo es una secuencia escasa de impulsos aleatorios positivos y negativos. El ruido aterciopelado se caracteriza típicamente por su densidad en pulsaciones por segundo. En densidades altas, suena similar al ruido blanco, sin embargo, es perceptualmente "más suave". [12] La naturaleza escasa del ruido de terciopelo permite una convolución eficiente en el dominio del tiempo, lo que hace que el ruido de terciopelo sea particularmente útil para aplicaciones donde los recursos computacionales son limitados, como los algoritmos de reverberación en tiempo real . [13] [14] El ruido aterciopelado también se utiliza con frecuencia en filtros de descorrelación. [15]
También hay muchos colores que se utilizan sin definiciones precisas (o como sinónimos de colores formalmente definidos), a veces con múltiples definiciones.
En telecomunicaciones , el término blanco ruidoso tiene los siguientes significados: [24]
En telecomunicaciones , el término negro ruidoso tiene los siguientes significados: [25]
El ruido de color se puede generar por computadora generando primero una señal de ruido blanco, transformándola con Fourier y luego multiplicando las amplitudes de los diferentes componentes de frecuencia con una función dependiente de la frecuencia. [26] Hay programas Matlab disponibles para generar ruido coloreado según la ley potencial en una o varias dimensiones.
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Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C. Administración de Servicios Generales . Archivado desde el original el 22 de enero de 2022.