Leksykon

Szum akustyczny

Szum akustyczny jest to dźwięk, którego widmo jest zrównoważone w zakresie słyszalności (albo w większości zakresu słyszalności), co oznacza że nie występują zauważalne, gwałtowne zmiany jego wysokości i głośności (tzw. peaki).

 

Rodzaje szumów akustycznych

 

Poprzez analogię do widma optycznego fali elektromagnetycznej (podobieństwo częstotliwości fali dźwiękowej i częstotliwości fali świetlnej koloru), rozróżniane są:

  • Szum biały o płaskim widmie częstotliwościowym (na światło białe składa się mieszanina wszystkich kolorów i ma całkowicie płaskie widmo w zakresie widzialnym)
  • Szum różowy z przewagą częstotliwości niskich - nazywany jest również szumem 1/f (światło różowe jest to światło z przewagą niskich częstotliwości)
  • Szum czerwony z dużą przewagą częstotliwości niskich (światło ma kolor czerwony, gdy przewaga niskich częstotliwości jest bardzo znacząca)

a także

  • Szum niebieski
  • Szum fioletowy
  • Szum szary
  • Szum zielony
  • Szum czarny

 

W akustyce budowlanej zastosowanie mają szum biały i różowy.

 

W wycofanej normie PN-EN ISO 140-4 Akustyka - Pomiar izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych - Pomiary terenowe izolacyjności od dźwięków powietrznych między pomieszczeniami zalecane było stosowanie szumu białego. W zastępującej ją i obowiązującej normie PN-EN ISO 16283-1 Akustyka - Pomiary terenowe izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych - Część 1: Izolacyjność od dźwięków powietrznych rekomenduje się jako sygnał szerokopasmowy szum biały lub różowy. W praktyce najczęściej stosowany jest szum różowy. Szum różowy jest zgodnie z PN-EN ISO 717-1 Akustyka - Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych - Część 1: Izolacyjność od dźwięków powietrznych stosowany jako źródło dźwięku podczas badań izolacyjności akustycznej od dźwięków powietrznych.

 

Szum biały jest odbierany przez ludzki narząd słuchu jako dźwięk wysoki, ponieważ zdecydowana większość postrzeganych dźwięków jest w najwyższej słyszalnej przez człowieka oktawie (pasmo od 10 do 20 kHz).

 

Szum różowy jest odbierany jako bardziej równomierny ponieważ jego moc jest równa w każdym pasmie. Dlatego w pomiarach akustycznych jako wzorzec sygnału szerokopasmowego znacznie częściej stosowany jest szum różowy.

 

Biały szum akustyczny

 

Szum biały jest szumem szerokopasmowym o stałym widmie gęstości mocy w danym zakresie częstotliwości, tzn. że poziom ciśnienia akustycznego dla każdej częstotliwości jest taki sam, co powoduje że dla kolejnych wyższych oktaw wzrasta poziomu dźwięku.

Szumem białym określa się szum monotonny, którego sygnał pozostaje stale głośny w danym zakresie częstotliwości i jest odbierany jako dźwięk wysoki. Przykładem szumu białego może być szumu w radiu, gdy żadna stacja nie jest dostrojona.

 

Biały szum akustyczny - wykres poglądowyBiały szum akustyczny - wykres poglądowy

Poza akustyką budowlaną szum biały jest szeroko wykorzystywany także w wielu innych dziedzinach nauki.

 

Określenie biały szum stosuje się również do opisania innych dźwięków, np.: niezmienne/stałe brzmienie, niezmieniony/równomierny szum tła. Przykładami takich szumów są dźwięki naturalne (np. odgłosy ptaków, szelest liści na wietrze, płynąca woda, odgłosy morza, padający deszcz, płonący ogień) oraz powstające podczas użytkowania różnych urządzeń (np. wysoko lecące samoloty, odgłosy ruchliwej ulicy, suszarka, wentylacja/klimatyzacja).

 

Biały szumu stosowany jest do tłumienia/niwelowania/rozpraszania odbioru niepożądanych dźwięków, czyli hałasu np. przy usypianiu małych dzieci, umożliwianiu spokojnego odpoczynku, ale też w sytuacjach gdy jest „za cicho”. Stosowany jest również do zwiększania koncentracji np. w biurach, jak również tłumienia niepożądanych dźwięków np. w toaletach.

 

Różowy szum akustyczny

 

Szum różowy (szum 1⁄f) jest to szum szerokopasmowy o takiej charakterystyce widmowej, która sprawia że poziom dźwięku, ciśnienia akustycznego dla każdego pasma oktawowego (i tercjowego) jest stały - dlatego jest stosowany w pomiarach akustycznych.

Szum różowy jest nazywany szumem 1⁄f ponieważ gęstość widmowa mocy (moc w określonym przedziale częstotliwości) jest proporcjonalna do 1/f (odwrotność częstotliwości sygnału) i zmniejsza się o 10 dB na każdą dekadę oraz ok. 3 dB na oktawę.

W skali logarytmicznej rozkład częstotliwości szumu różowego jest liniowy. Człowiek poprzez narządy słuchu odbiera każde podwojenie częstotliwości (oktawa) jako takie same, niezależnie od tego przy jakim poziomie częstotliwości to następuje. Wynika to z tego, że w każdym paśmie (oktawie) jest tyle samo energii, jest taka sama moc.

 

Różowy szum akustyczny - wykres poglądowy

Różowy szum akustyczny - wykres poglądowy

 

Czerwony szum akustyczny

 

Szum czerwony (szum Browna) jest to szum, którego widmo maleje w miarę wzrostu częstotliwości odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu tej częstotliwości (jego widmowa gęstość mocy jest proporcjonalna jest do 1/f2) co powoduje jej zmniejszenie o 20 dB na każdą dekadę oraz ok. 6 dB na oktawę. Powoduje to, w porównaniu do szumu różowego jeszcze większe skupienie energii w zakresie niskich częstotliwości

 

Szum ten jest błędnie nazywany szumem brązowym, ponieważ jego nazwa nie pochodzi od nazwy koloru, lecz od nazwiska Roberta Browna, odkrywcy chaotycznych ruchów cząstek w płynie (cieczy, gazie) nazywanych rucham Browna.

Nazwa „szum czerwony” stosowana jest również do określenia szumu otoczenia wewnątrz bardzo dużych akwenów (mórz, oceanów) w których dźwięki o wysokich częstotliwościach są szybko tłumione, a dźwięki niskie docierają stosunkowo łatwo z dużych odległości. Podczas prowadzenia nasłuchu hydrofonami szum czerwony jest tłem.

 

Czerwony szum akustyczny - wykres poglądowy

Czerwony szum akustyczny - wykres poglądowy

 

Niebieski szum akustyczny

 

Szum niebieski (szum lazurowy) jest to szum, którego gęstość mocy wzrasta o ok 3 dB na oktawę wraz ze wzrostem częstotliwości (gęstość mocy jest proporcjonalna do f ).

 

Niebieski szum akustyczny - wykres poglądowy

Niebieski szum akustyczny - wykres poglądowy

Szum niebieski jest wykorzystywany do ditheringu, czyli dodaniu do odtwarzanego strumienia dźwiękowego niskopoziomowego, neutralnego dla naszych uszu szumu, co prowadzi do redukcji zakłóceń.

Komórki siatkówki są ułożone we wzór przypominający niebieski szum, który zapewnia dobrą rozdzielczość wizualną.

 

Promieniowanie Czerenkowa (obserwowane np. w reaktorach jądrowych jako jasnoniebieska poświata) jest naturalnie występującym przykładem prawie idealnego szumu niebieskiego, z gęstością mocy rosnącą liniowo wraz z częstotliwością w obszarach widmowych, w których przepuszczalność współczynnika załamania ośrodka jest w przybliżeniu stała.

W grafice komputerowej termin „niebieski szum” jest czasami stosowany do określenia każdego szumu o minimalnych składowych niskich częstotliwości i bez skoncentrowanych skoków energii.

 

Fioletowy szum akustyczny

 

Szum fioletowy (zróżnicowany szum biały) jest to szum, którego gęstość mocy wzrasta o ok 6 dB na oktawę wraz ze wzrostem częstotliwości (gęstość mocy jest proporcjonalna do f2).

 

Fioletowy szum akustyczny - wykres poglądowy

Fioletowy szum akustyczny - wykres poglądowy

 

Szum fioletowy nazywany jest również zróżnicowanym szumem białym, ponieważ jest wynikiem zróżnicowania sygnału białego szumu. Ze względu na zmniejszoną wrażliwość ludzkiego ucha na dźwięki o wysokiej częstotliwości i łatwość, z jaką biały szum może być elektronicznie różnicowany, wykorzystuje się szum fioletowy do ditheringu przy obróbce dźwięku cyfrowego.

Akustyczny szum ciepłej wody ma widmo fioletowe.

 

Szary szum akustyczny

 

Szum szary jest to szum, którego widmo częstotliwości daje słuchającemu wrażenie jednakowego poziomu głośności wszystkich częstotliwości zawartych w szumie (psychoakustyczna krzywa jednakowego poziomu głośności - izofona). Jest często mylony z szumem białym, którego widmo częstotliwościowe jest płaskie, lecz sam szum nie jest odbierany przez człowieka jako równomiernie głośny.

 

Szary szum zawiera wszystkie częstotliwości o jednakowej głośności, w przeciwieństwie do białego szumu, który zawiera wszystkie częstotliwości o jednakowej energii. Organ słuchu człowieka ma różną wrażliwość na różne częstotliwości, różne osoby w różny sposób odbierają dźwięki, dlatego nie ma jednego prawdziwego szarego szumu.

 

Przy pomocy szarych dźwięków zapisanych w postaci izofon (Fletchera i Munsona) można oceniać w jaki sposób i jak są odbierane dźwięki przez poszczególne osoby i w ten sposób oceniać potencjalne ubytki lub wady słuchu.

Pod względem matematycznym prostszym i jasno zdefiniowanym przybliżeniem szumu o jednakowej głośności jest szum różowy, który wytwarza taką samą ilość energii na oktawę w skali logarytmicznej, a nie na jednostkę częstotliwości (Hz) w skali liniowej.

 

Szary szum akustyczny - wykres poglądowy

Szary szum akustyczny - wykres poglądowy

 

Zielony szum akustyczny

 

Szum zielony jest średnioczęstotliwościowym składnikiem szumu białego. Symuluje widma naturalnych warunków, bez odgłosów człowieka i dlatego nazywany jest „szumem tła świata”. Podobny jest szum różowy, ale ma większą energię w obszarze 500 Hz. Jest wykorzystywany do testowania obwodów audio.

 

Czarny szum akustyczny

 

Szum czarny o widmie 1/fβ, gdzie β > 2. Są to te wszystkie szumy, których widmo częstotliwości jest przeważnie zerowe na wszystkich częstotliwościach z wyjątkiem kilku wąskich pasm lub skoków, czyli pojawia się kilka losowych impulsów.

 


 

Normy i przepisy budowlane