Генератор розового шума

[Payal-Nik]

Один знакомый товарищ, уже много лет занимающийся акустикой, как-то сказал , что софтовые генераторы сильно врут и надо пользоваться железным, что он и делает.

Позаимствовав из "Искусства схемотехники" идею и схему фильтра, я сварганил свой генератор. Подключил его к анализатору от Neutrick Instruments и был приятно удивлен. Действительно, спектр очень равномерный (т.к. анализатор работает только от 20гц до 20кгц, а у меня спектр шире), что нельзя сказать о спектре софтовых генераторов.
По крайне мере, я сравнивал с ноутом и компом с SB Live24.
Может кому будет интересно.

[artmaster]

(кстати, что такое мощность шумового сигнала?).

интеграл по площади испытуемого спектра.
если измерения все же на слух, то просто необходимо пользоваться взвешенным шумом

[Гоша]

интеграл по площади испытуемого спектра

Ага. Значит обычным вольтметром напряжение не измерить и мощность корректно не посчитать.
На слух я зв. давление "измеряю". А АЧХ - микрофоном на розовом шуме.

[artmaster]

да отчего же такие страсти?! корректно мерять мощность P=U^2/R, при этом напруга - среднеквадратичной должна быть. СКмВольтметр - вещь диффицитная, однако при измерении чистого синуса она равна средневыпрямленному. что проще пареной репы померять.
однако измерение мощности и давления вещи несвязанные вообще.

[Гоша]

И при чем здесь чистый синус? Вопрос стоял, как измерить мощность шумового сигнала. Ты правильно ответил про среднеквадратичный вольтметр. И про его дефицитность. Значит, мощность шума измерить можно, но дефицитно.

однако измерение мощности и давления вещи
несвязанные вообще.

Очень даже связанные. Парметром, который называется SPL. Конечно, давление получается не в паскалях, а в децибеллах, но и к абсолютному давлению перейти можно, если очень захочется.

[artmaster]

Значит обычным вольтметром напряжение не измерить и мощность корректно не посчитать.

это кто писал? вот я тебе и ответил - измерить не проблема если есть осцил.
за похвалу про среднеквадратичный вольметр - спасибо большое.
относительно СПЛ - формулу приведи плз. только не P=k*SPL

[Droog_Andrey]

однако измерение мощности и давления вещи несвязанные вообще.

Они связаны через чувствительность.

Очень даже связанные. Парметром, который называется SPL. Конечно, давление получается не в паскалях, а в децибеллах, но и к абсолютному давлению перейти можно, если очень захочется.

SPL тут ни при чём. В дБ SPL измеряется относительный уровень звукового давления.

[Гоша]

Иэхх, мОлодежь.

В дБ SPL измеряется относительный уровень звукового давления.

Ну вот, ты сам себе противоречишь.
Относительное и абсолютное давление связаны однозначно (см. ссылку в посте 26) формулой SPL=20lg(p(abs)/20e-6*Pa). Разрешив это уравнение относительно р получим абсолютное давление.
У динамика есть параметр, характеристическая чувствительность называется, показывающая, какое ОТНОСИТЕЛЬНОЕ давление разовьет динамик на расстоянии 1м по оси динамика при подведении к нему мощности 1 Вт. Не я назвал этот параметр SPL, а буржуи. Отсюда формула проста: Р(отн. давление)=SPL*P(электрическое). Воспользовавшись предыдущим уравнением можно перейти к АБСОЛЮТНОМУ значению P(abs).
Соревнования по SPL к этому отношения не имеют .
И все выше сказанное относится только к синусоидальным сигналам, поскольку для произвольного сигнала надо вводить множитель, который называется спектральная плотность, и в общем виде говорить об SPL шума или музыки смысла не имеет. Равно, как и о мощности шумового сигнала в виде P=U*U/R.

[Droog_Andrey]

Ну вот, ты сам себе противоречишь.
Относительное и абсолютное давление связаны однозначно (см. ссылку в посте 26) формулой SPL=20lg(p(abs)/20e-6*Pa).

По ходу я автор той статьи по ссылке и ещё пары дюжин статей по акустике в википедии

Нет понятий "относительное давление", "абсолютное давление". Есть понятие "относительный уровень звукового давления", "звуковое давление", "атмосферное давление". Относительный уровень измеряется по относительной шкале относительно порогового значения. Само звуковое давление измеряется в паскалях. Оно составляет малую долю атмосферного (и хорошо, что так, иначе бы нелинейности повылезали).

У динамика есть параметр, характеристическая чувствительность называется, показывающая, какое ОТНОСИТЕЛЬНОЕ давление разовьет динамик на расстоянии 1м по оси динамика при подведении к нему мощности 1 Вт. Не я назвал этот параметр SPL, а буржуи.

Верно. Зависимость чувствительности от частоты синусоидального сигнала - АЧХ. SPL - это не единица измерения чувствительности буржуями, это лишь значок возле значения в дБ, показывающий, относительно чего измеряется то самое давление, создаваемое динамиком (в данном случае - относительно опорного 20 микропаскаль). Подробнее про значки - в той же статье "децибел" на википедии.

Отсюда формула проста: Р(отн. давление)=SPL*P(электрическое).

Нельзя децибелы умножать на мощность! В этом нет физического смысла. И чувствительность измеряется в дБ, а не в дБ/Вт (и тем более в дБ/Вт/м2).

И все выше сказанное относится только к синусоидальным сигналам, поскольку для произвольного сигнала надо вводить множитель, который называется спектральная плотность

Всё это без труда обобщается и на другие сигналы. И никто не мешает измерить уровень звукового давления SPL в метре или в футе от шумящего, играющего Шостаковича или Децла динамика или группы динамиков. Другое дело - какая в этом польза.

Равно, как и о мощности шумового сигнала в виде P=U*U/R.

Ничего страшного в среднеквадратичной (RMS) мощности шумового сигнала нет. Вот тот фрагмент в обезьяне имеет среднеквадратичный уровень -12 dB FS, и он имеет такую же RMS мощность, как и синус -12 dB FS, выложенный среди прочих сигналов на моём сайте. Правда, в розовом шуме дофига низких частот, - в частности, в том примере спектр простирается ажно до 0.03 Гц, поэтому значительная часть сигнала будет выброшена усилителем как постоянка.

[Гоша]

Нельзя децибелы умножать на мощность!

А я и не умножал. А всего-лишь утверждаю, что относительное давление (хоть в децибеллах, хоть в отношении к 20 микропаскалям) прямо пропорционально мощности, а коэффициент пропорциональности называется характеристическая чувствительность.
Кстати, почему нельзя умножать децибелл на мощносьт? Децибелл величина безразмерная, так что не вижу проблем.
И с размерностями все в порядке. 1 Па как раз и есть 1Н/м2.

Ничего страшного в среднеквадратичной (RMS) мощности шумового сигнала нет.

И я говорю, что нет. Просто измерить нечем. Валяется, правда, у меня где-то термоэлектрическая головка, но уж больно она тупая.

он имеет такую же RMS мощность, как и синус -12 dB FS, выложенный среди прочих сигналов на моём сайте.

И это правильно. Только заметь, что такое возможно только потому, что спектральная плотность сигнала наперед задана и известна. А вот если измерить напряжение на выходе обычным вольтметром и попытаться вычислить мощность нестационарного сигнала, то удивительный результат может получиться.

[artmaster]

так невинно начиналась ветка - розовый шум .... а со стороны кажется, что 2 узбека обсуждают "кибернетикэ". шутка - я сам такой.
ИМХО принимая во внимание кучу допущений и некорректности измерений и, главно - интерес к относительным а не абсолютным результатам, я бы предпочел пользоваться софтверными генераторами. хардверные анализаторы стоят нереальных денег.

[Droog_Andrey]

А я и не умножал. А всего-лишь утверждаю, что относительное давление (хоть в децибеллах, хоть в отношении к 20 микропаскалям) прямо пропорционально мощности, а коэффициент пропорциональности называется характеристическая чувствительность.

Звуковое давление пропорционально мощности, и коэффициент пропорциональности связан с чувствительностью. А уровень звукового давления не пропорционален мощности, он линеен логарифму мощности.

Кстати, почему нельзя умножать децибелл на мощносьт? Децибелл величина безразмерная, так что не вижу проблем.

ОК, дали на динамик 1 Вт, он спел 87 дБ. Дали 2 Вт - он спел 90 дБ. Перемножили децибелы на мощность, получили 87 Вт в одном случае, 180 в другом. И какой смысл?

И с размерностями все в порядке. 1 Па как раз и есть 1Н/м2.

Ну и что?

А вот если измерить напряжение на выходе обычным вольтметром и попытаться вычислить мощность нестационарного сигнала, то удивительный результат может получиться.

Если импеданс от частоты не зависит, а RMS вольтметр не врёт, то результат получится правильный.

Droog_Andrey добавил 13.09.2006 в 22:15

Только заметь, что такое возможно только потому, что спектральная плотность сигнала наперед задана и известна.

З.Ы. Нам вовсе не обязательно знать спектральную плотность наперёд.

Среднеквадратичный уровень сигнала в дБ при любом спектре равен умноженному на 10 десятичному логарифму отношения среднего арифметического квадратов значений семплов к числу 536870912 (для 16-битной интерпретации семплов).

[Гоша]

Четвертый раз пишу это сообщение. Три раза форум его не принял. Что за глюки? Нервы не выдерживают. Оставлю до лучших времен.

[Droog_Andrey]

В общем, как и обещал, розовый шум, 96 кГц, 32 бита:
Полный спектр
Спектр от 3 Гц
Спектр от 20 Гц

И отдельные его полосы:
"Постоянный ток"
Суббас
Нижний бас
Верхний бас
Нижняя середина
Верхняя середина
Нижние ВЧ
Верхние ВЧ
Ультразвук

ВНИМАНИЕ! Последние 3 трека опасны для пищалок, будьте осторожны.

Всё записано под RMS уровень -12 dB FS.

Если 30 секунд недостаточно - пускайте циклом, щелчков и прочих погрешностей не будет.

З.Ы. И покажите мне железный генератор с более ровным спектром.

Droog_Andrey добавил 17.09.2006 в 17:18

Спектр от 20 Гц

Ни фига себе. Синтезировал абсолютно случайный шум, а получилось, будто в момент 0:06.6 - 0:07.8 кто-то говорит что-то вроде "им он о чинь"

Вот на такие штучки наш мозг способен...

[Гоша]

Ни фига себе. Синтезировал абсолютно случайный шум, а получилось, будто в момент 0:06.6 - 0:07.8 кто-то говорит что-то вроде "им он о чинь"

Это не мозг "говорит", это как раз результат "псевдослучайности" последовательности. Фильтровать нужно снизу.
А вот генератор шума на обратно смещенном pn переходе такого себе не позволяет. На регистрах сдвига - позволяет, а на переходе - все чисто.
Хотя, для практического применения это значения не имеет. Так, из любви к высокому искусству .

[Droog_Andrey]

Это не мозг "говорит", это как раз результат "псевдослучайности" последовательности. Фильтровать нужно снизу.

Псевдослучайность этой последовательности настолько близка к случайной, что, я уверен, никто на этом форуме не обнаружит алгоритм, по которому она создавалась.

А что Вы предлагаете фильтровать? Низкие частоты?

А "голоса" - это именно глюки мозга, пытающегося выловить из случайного сигнала полезную информацию.

А вот генератор шума на обратно смещенном pn переходе такого себе не позволяет. На регистрах сдвига - позволяет, а на переходе - все чисто.

Чего конкретно он не позволяет?

[Эзотехник]

А "голоса" - это именно глюки мозга, пытающегося выловить из случайного сигнала полезную информацию.

также это могут быть глюки железа, например статистические неоднородности дельта-сигма преобразования.
Я сейчас записал 10 секунд монофонического шума 16 бит 44 кГц с "висящего в воздухе" линейного входа карты. Фон 50+100 Гц порядка -90 дБ.
Сохранил WAV без заголовка. Полученный in_noise.pcm открыл программой
PV Picture view/convert with EGA/VGA/SVGA/8514A V2.72 (C)01/99 W.Wiedmann
старыми версиями которой когда-то смотрел gif*ы в DOS.
Показ файла будет работать только в DOS или Win9x
Поэтому нажмём лат.букву O - display/conversion mode.
выбираем файл, press Enter.
Далее отвечаем на вопросы или просто жмём Enter:

define imageparameters [Y], show as text [T] or continue ? y
(1,2), Type in the modified parameters or accept by Enter-Key :
Start of Body 0 ?
X-Size 640 ?
Y-Size 1398 ?
Bit/Pix 1..8,16,24 [8] ? 16
Pixelmap [Y] or Planemap ?
Upsidedown ? [N]
Start of Colortable 0 ?
Bit/Colorvalue 6..8 [8] ?
Color ? N
Invers ? N
Convert to fileformat [H][0..9,J,P] ? 9

После конверсии звука в 8-битный рисунок получился узорчатый шум (см. файл). Чем-то похоже на 2D картинки дефекта "sparkle codes", иногда бывающего у flash ADC.
Если для визуализации WAV есть способы проще или правильнее - расскажите.

[Droog_Andrey]

Думаю, "голоса" - скорее, результат неравномерности АЧХ НЧ головок
Я ведь совсем забыл, что прослушивание розового шума позволяет оценить резонансы динамиков, моды в помещениях и т.п.
Завтра проверю на двух парах различных АС.

После конверсии звука в 8-битный рисунок получился узорчатый шум (см. файл). Чем-то похоже на 2D картинки дефекта "sparkle codes", иногда бывающего у flash ADC.
Если для визуализации WAV есть способы проще или правильнее - расскажите.

Узор, очевидно, появляется благорадя наличию периодичности 50 Гц в шуме (сетевые наводки).

Визаулизировать WAV можно по-разному. Например, для каждого семпла n(t) нанести на плоскость точку с координатами (t mod 882; n), а затем проанализировать плотность заполнения (как в методе Монте-Карло). Главное - чётко понимать задачу.

[Гоша]

Чего конкретно он не позволяет?

"Голосов" в шуме.
Как бы ты не старался получить бесконечную псевдослучайную последовательность в цифре - она все равно будет конЕчна. А значит, периодична. Период зависит от частоты семплирования, от разрядности преобразования.
А для аналогового шума такая периодичность отсутствует принципиально. Электрон был, есть и будет всегда.
Опять-же повторюсь, обсуждать это имеет смысл только с позиций "чистой" науки".

[Droog_Andrey]

откуда взялось число 882?

44100/50, очевидно.

а готовый софт для этих действий есть?

Нет, но написать - проще простого.

"Голосов" в шуме.
Как бы ты не старался получить бесконечную псевдослучайную последовательность в цифре - она все равно будет конЕчна. А значит, периодична. Период зависит от частоты семплирования, от разрядности преобразования.

В моём случае длина куска 30 секунд, - такой и период. Но с "голосами" он никак не связан. И уж тем более нет никакой связи с разрядностью квантования и частотой дискретизации.

А для аналогового шума такая периодичность отсутствует принципиально. Электрон был, есть и будет всегда.
Опять-же повторюсь, обсуждать это имеет смысл только с позиций "чистой" науки".

С этих позиций и обсуждаем.

Вопрос: есть ли хоть один параметр (не считая ограничения в 48 кГц), по которому аналоговый шум качественнее моего цифрового?

[anli]

Droog_Andrey,
Где почитать, как программно сгенерить розовый шум (в данной полосе, понятно), но алгоритм нужен достаточно быстрый, для realtime? А ещё лучше - модуль на C