Исследование свойств цветного шума и области его применения
Концепция
Почти все знакомы с белым шумом — статический звук вентилятора или кондиционера, погружающий в сон, притупляющий другие фоновые звуки. Технически эти шумы являются розовыми.
Многие звуки, которые мы ассоциируем с белым шумом, на самом деле являются розовым, синим, зеленым или коричневым шумом. В аудио инженерии существует целый спектр цветного шума, каждый шум имеет свои уникальные физические свойства и по-разному воспринимается человеком. Звуки отделены друг от друга плоскостью спектра, мощностью, содержащейся в сигнале и распределяющейся на различной чистоте.
Цель данного визуального исследования — рассмотреть физику цветного шума, его использование в различных контекстах, акустических тестах, электрической инженерии, провести аналогию с восприятием этих звуков человеком.
Разделы
- Концепция - Цвет - Белый шум - Розовый шум - Коричневый шум - Синий шум - Фиолетовый шум - Серый шум - Черный шум - Оранжевый шум - Зеленый шум - Цветной шум в практиках современного саунд-арта - Заключение - Библиография - Источники изображений
Цвет
Разберем как работает цвет для того, чтобы лучше понять механику работы цветного шума.
С помощью цвета очень удобно проводить описательные аналогии. Они существуют в спектре, где красный и оранжевый цвета имеют качества противоположные фиолетовому и синему. Цвет стал мощным инструментом для описания звука и различных комбинаций звука низкой, средней, высокой тональности, которые образуют равномерный шум.
Человек воспринимает визуальную и звуковую информацию по-разному. Но в обоих случаях физические качества изменяются от высоких к низким. Мы знаем, что три основных цвета — красный, синий и желтый — соединяясь создают 3 вторичных цвета — зеленый, фиолетовый и оранжевый. Соединяя эти цвета в форме красок в реальном мире, можно заметить, что их комбинация не дает чисто белый или черный цвет. Краска — это пигмент, а пигмент исключает из света все цвета, отражая при этом только один. Красный, желтый и синий — просто удобные пигменты, которые при смешении могут исключать разнообразные комбинации оттенков.
CMYK / RGB
Цветные принтеры идут другим путем. Они используют голубые пигментные чернила, маджента, желтый и черный. Используя белый фон бумаги, они могут создавать больше оттенков, чем первичные цвета. Это хорошо видно на CMYK цветовом круге. Фотопринтеры используют около 12 пигментов, а некоторые и 20 или больше.
CMYK
Электронный экран тоже работает иначе, он не использует пигменты. В основе его технологии лежит не вычитание, а сложение цветов. С помощью красного, зеленого и синего он может создать все оттенки. В сумме они создают белый и после проекции на черный экран получается все реальные цвета.
LMS (цветовая модель)
Это работает, ведь мы воспринимает все эти диапазоны света используя так называемые «колбочки» в наших глазах. Колбочки S — видят короткие синие волны света, M — средние зеленые, а L — воспринимают длинные красные волны. Сигналы в колбочках накладываются, чтобы мозг мог смог воспринимать все различные комбинации.
Так, желтый — это отдельный цвет, который улавливается как M, так и L колбочками. Желтый также может быть комбинацией красного и зеленого — наш мозг не увидит разницы, это по-прежнему будет желтый. Точно также мы воспринимаем такие цвета, как розовый, маджента или любой коричневый.
Маджента / Розовый
Если сравнить маджента и розовый, то можно выявить, что первый образован за счет восприятия S и L колбочек (синего и красного). В восприятии второго же цвета уже начинает чувствовать и M-колбочка, добавляя зеленого цвета, за счет чего маджента становится белее.
Белый шум
Спектр белого шума
Люди могут различать звуки, диапазон которых варьируется от очень низких (20 Гц) до очень высоких (20 000 Гц), хотя большинство из нас могут слышать немного более узкий диапазон звука. Как и белый свет, который образован всеми полосами спектра, которые светятся одинаково, белый шум расположен на всех слышимых частотах. Белый шум имеет одинаковую энергию за цикл. Это означает, что его спектр абсолютно плоский. Мощность полосы сигнала равна как между 20 и 40 Гц, так и между 2000 и 2020 Гц.
Способность белого шума скрывать фоновый шум означает, что источник белого шума достаточно легко обнаружить. Именно поэтому белый шум часто используется как часть звука сирены на автомобилях экстренной помощи. В звуковом синтезе используется для создания перкуссионных инструментов, таких как тарелка.
Белый шум также используется как база для рандомных генераторов. Так, сайт-рандомайзер random.org использует атмосферные антенны для генерации случайных чисел, опираясь на паттерн белого шума.
Розовый шум
Спектр розового шума
Если белый шум имеет одинаковую мощность в полосах частот одинаковой ширины, спектр розового шума логарифмически падает со временем. При этом розовый шум имеет равную мощность в пропорционально широких полосах. В результате области частот между 20 и 40 Гц имеет ту же мощность, что и области между 2000 и 4000 Гц (см. график). По аналогии с визуальным спектром, розовый шум представляет собой менее энергичный синий цвет, но именно отсутствие зеленого света создает розовый цвет. Интенсивность звука уменьшается на три децибела на каждую октаву увеличения высоты звука.
Это достаточно полезно поскольку это отображает человеческий слух. Каждая октава в западной музыке имеет ту же энергию, что и октава, идущая перед ней, несмотря на то, что находится в более высоком диапазоне. Розовый шум имитирует это явление, за счет чего становится полезен в качестве сигнала для тестирования и настройки усилителей и колонок. Сфера применения розового шума также распространяется и на метеорологические исследования, измерения уровня радиации астрономических тел. Этот спектр шума также востребован для изучения ДНК.
Красный / коричневый шум
Спектр красного шума
За розовым шумом следует красный шум (он же коричневый), который уменьшается на 6 децибел на каждую октаву и имеет преимущественно низкие звуки. Его также называют Броуновским «brown (ian)» шумом не из-за коричневого цвета, а из-за Броуновского движения, которое представляет собой случайное движение частиц, импульс которых падает со временем с постоянной скоростью. Поскольку он сильно смещен в нижнюю часть спектра, он звучит как низкий рев.
Этот шум часто используется для описания изменений климатического режима, однако в научном сообществе есть большие разногласия по поводу его ценности в этой сфере применения.
Синий шум
Спектр синего шума
Синий шум аналогичен розовому, но работает наоборот. Низкие звуки приглушаются, а высокие звуки становятся громче. У синего шума плотность энергии увеличивается по 3 децибел на октаву с повышением частоты. Это напонимает пищание. На слух синий шум воспринимается более резким, нежели белый. Синий шум получается, если продифференцировать розовый шум, их спектры зеркальны.
Применяется в медицине для лечения шума в ушах. Лучшее применение для синего шума — это дизеринг — процесс аудиотехники, который сглаживает звук, уменьшая слышимость искажений. Если расположить клетки сетчатки в виде синего шума, то можно получить хорошее визуальное разрешение.
Фиолетовый шум
Спектр фиолетового шума
Фиолетовый шум соотносится с коричневым шумом так же, как и синий шум соотносится с розовым шумом. Его мощность повышается с каждой октавой с увеличением частоты в конечном диапазоне частот. Его также можно использовать при лечении шума в ушах, поскольку его высокие частоты имеют тенденцию маскировать высокие частоты, которые слышат многие люди, страдающие шумом в ушах.
Серый шум
Спектр серого шума
Мы уже встретились с шумами, стремящимися к высоким или низким частотам. Серый шум имеет большую мощность в верхней и нижней части спектра, но очень мало сосредоточен в диапазоне нормального человеческого слуха. Точнее, он представлен таким образом, что обычное человеческое ухо воспринимает каждую частоту одинаково громко. Это белый шум, но настроенный специально на психоакустику среднего человеческого уха.
Сфера применения — изучение проблем со слухом. Позволяет оценить, насколько слух конкретного человека отличается от среднестатистического.
Черный шум
Есть несколько объяснений. Кто-то описывает его как чистую тишину. Другие расценивают его как систему подавления шума, отрицательный шум. Производители антипаразитных отпугивателей часто используют этот термин, однако используют белый шум, который не слышен ниже 20 000 Гц
Оранжевый шум
Спектр, в котором полностью исключено несколько полос, которые находятся на частотах точных музыкальный нот. Это означает, что шум показывает все, что неправильно настроено. Эти «кислые» звуки и дают название шуму — оранжевый шум. Используется для настройки музыкальных инструментов.
Зеленый шум
Средние частоты белого спектра или фоновый шум мира. Усредненный спектр мощности. Это похоже на розовый шум, но с возрастанием в районе 500 Гц. Мало исследован, однако набирает популярность в социальных медиа, как гейм-чейнджер в области сна.
Цветной шум в практиках современного саунд-арта
В современном саунд-арте цветной шум выступает в качестве вдохновляющего художественного материала, помогая создавать уникальные звуковые ландшафты и визуальные перформансы. Этот феномен становится не просто объектом исследования, но и ключевым инструментом для художников, стремящихся выразить сложные звуковые эмоции и визуальные впечатления.
Использование различных типов цветного шума, таких как розовый, синий или белый, позволяет художникам создавать уникальные звуковые текстуры, которые могут трансформировать пространство и взаимодействие с аудиторией. Эта техника становится средством исследования восприятия звука и его влияния на эмоциональный опыт слушателя.
Современные саунд-художники используют цветной шум для создания амбиентных композиций, аудиовизуальных инсталляций и интерактивных произведений искусства. Этот подход позволяет не только расширить границы звукового искусства, но и вносит свежий взгляд на то, как звук может взаимодействовать с визуальными идеями, создавая уникальные сенсорные впечатления для зрителя. Таким образом, цветной шум становится мощным инструментом в руках художников, подчеркивая синергию звука и искусства в современной аудиовизуальной практике.
«Music For Museums» — Mark Fell Mark Fell, известный своими экспериментальными звуковыми исследованиями, включил в свою работу «Music For Museums» элементы шума как базовый строительный блок для создания звуковых коллажей. Эта инсталляция исследует воздействие звука на пространство и восприятие слушателя, предоставляя уникальный опыт взаимодействия с аудиовизуальным искусством.
«Anatomy of an Artist» — Ryoji Ikeda Японский художник Ryoji Ikeda часто использует цветной шум в своих инсталляциях. «Anatomy of an Artist» — это работа, которая экспериментирует с белым шумом, создавая аудиовизуальные композиции, где шум становится основой для абстрактных звуковых и визуальных пейзажей.
«Microtonal Wall» — Tristan Perich Художник Tristan Perich создал инсталляцию, где звуковые чипы запрограммированы создавать разноцветные микротональные звуковые волны. 1500 динамиков, каждый из которых воспроизводит одну микротональную частоту, в совокупности охватывающую 4 октавы.
Заключение
Физические свойства цветного шума дают потенциал для инноваций в различных областях. Рассмотрение различных типов цветного шума, его спектральной плотности и статистических свойств позволяет лучше понять основы этого феномена. В целом, использование шума для здоровья, будь то для улучшения концентрации, сна, настроения или мотивации, является перспективным направлением, которое набирает популярность. Но шум также часто используется в его технических, научных приложениях и для создания эмоционального воздействия на человека через практики саунд-арта.
