风声雨声,居然都是粉色的?

作者: 咖喱

来源: 果壳少年

发布日期: 2018-10-08

本文介绍了白噪音、粉噪音、蓝噪音等声音的概念及其频率分布特性,解释了为何自然界中的风声、雨声等声音接近粉噪音,并简述了这些声音在不同领域的应用。

要回答这个问题,我们先要回答颜色是什么。什么是白、粉、蓝。光是一种电磁波,不同波长和频率的光颜色不同。在可见光范围内,频率低的光呈暖色,频率高的光呈冷色,频率由低至高,光的颜色按赤橙黄绿青蓝紫的顺序改变。如果将可见光范围内各个频率的光均匀混合在一起,得到的则是没有颜色的白光。红橙黄绿蓝靛紫,由外向内,彩虹中光的频率逐渐增大。而声音也是一种波动,不同频率的声音有不同的音调。

在人类能够听到的声音频率范围(20 Hz–20000 Hz)内。如果我们将这一频率范围内所有频率的声音均匀混合,得到的就是“白噪音”。在这里,“均匀”的意思是指各频率声音的响度都相同。白噪音听起来是这样的,是有一点刺耳的沙沙声:白光是协调、柔和的,但白噪音为什么会刺耳呢?这是因为,人耳对于不同频率声音的敏感性是不同的。

人类对于高频声音的感受力强,对于低频声音的感受力弱,所以,当不同频率声音均匀混合时,人耳听到的则会是高频更占主导的、尖锐刺耳的声音。于是人们按照声音频率分布的不同,提出了粉噪音、蓝噪音等概念。和白噪音一样,粉噪音也是各个频率声音的混合,但它的混合是不均匀的,低频声音强,高频声音弱。如果用坐标图来表示白噪音和粉噪音,是这样的:白噪音(左)与粉噪音的频率谱对比,横轴为频率,纵轴为音强。

白噪音在各个频率上的音强分布是均匀的,而粉噪音在低频时音强更高。由于人耳对低频声音的感受力弱,对高频声音的感受力强,所以在人耳中,不均匀的粉噪音听起来反而是高低频音强一致,比白噪音更加均匀的。自然界中的许多声音也都是不同频率声音的混合,它们通常比较接近粉噪音,比如风声、雨声,以及风扇转动时产生的声音等。和粉噪音相对,还有蓝噪音。蓝噪音和粉噪音相反,在低频强度弱、高频强度高。

蓝噪音并不好听,但在计算机领域多有应用。白噪音、粉噪音、蓝噪音是有确切定义的三种声音,其音强在频率上的分布是符合特定数学表达式的(対数曲线)。而在这三种声音之外,还有绿噪音、灰噪音等没有明确数学定义的声音概念。绿噪音在一个特定的频率范围内声音较强,而在频率更高或更低时声音较弱。

灰噪音则是比粉噪音更加和谐的混合音,由于人对各个频率的敏感程度不同,灰噪音进行了相应的调整,虽然各频率分布不均,人听起来却感觉是均匀分布的。由于人与人的听觉存在差异,严格意义上的灰噪音可以“个人定制”。声音有颜色,而且还是五颜六色的。你,知道了吗?

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