Основные « цвета » шумов.

Белый шум — это сигнал с равномерной спектральной плотностью на всех частотах и дисперсией, равной бесконечности. Является стационарным случайным процессом.Спектр белого шума.Другими словами, такой сигнал имеет одинаковую мощность в любой полосе частот. К примеру полоса сигнала в 20 герц между 40 и 60 герц имеет такую же мощность, что и полоса между 4000 и 4020 герц. Неограниченный по частоте белый шум возможен только в теории, так как в этом случае его мощность бесконечна. На практике сигнал может быть белым шумом только в ограниченной полосе частот.

Розовый шум.Спектральная плотность розового шума определяется формулой ~1 / f (плотность обратно пропорциональна частоте), то есть он является равномерно убывающим в логарифмической шкале частот. Например, мощность сигнала в полосе частот между 40 и 60 герц равна мощности в полосе между 4000 и 6000 герц. Спектральная плотность такого сигнала по сравнению с белым шумом затухает на 3 децибела на каждую октаву. Пример розового шума — звук пролетающего вертолёта. Розовый шум обнаруживается, например, в сердечных ритмах, в графиках электрической активности мозга, в электромагнитном излучении космических тел.Иногда розовым шумом называют любой шум, спектральная плотность которого уменьшается с увеличением частоты.

Броуновский (красный, коричневый) шум...Спектральная плотность красного шума пропорциональна 1/f², где f — частота . Это означает, что на низких частотах шум имеет больше энергии, чем на высоких. Энергия шума падает на 6 децибел на октаву. Акустический красный шум слышится как приглушённый, в сравнении с белым или розовым шумом. Может быть получен путем интегрирования белого шума, а также с помощью алгоритма, симулирующего броуновское движение. Спектр красного шума зеркально противоположен спектру фиолетового.На слух броуновский шум воспринимается более «тёплым», чем белый.Иногда (обычно в текстах, переведенных с английского языка) этот шум называют также коричневым, слепо переводя фамилию Роберта Броуна (Brown) на русский — причем с английского, хотя Броун был шотландцем. Впрочем, коричневый и красный цвета спектрально весьма близки. Однако в английской Википедии "коричневый" также указан одним из названий данного шума, наряду с броуновским и красным. Коричневый шум не назван в честь спектра мощности, что предполагает коричневый цвет , а, скорее в честь броуновского движения. Красный шум описывает форму спектра мощности, с розовым находясь между красным и белым. Также известен как шум случайных блужданий или шум пьяной ходьбы.

Синий (голубой) шум...Синий шум — вид сигнала, чья спектральная плотность увеличивается на 3 дБ на октаву. То есть его спектральная плотность увеличивается с ростом частоты , и, аналогично белому шуму, на практике он должен быть ограничен по частоте. На слух синий шум воспринимается более резким, нежели белый. Синий шум получается, если продифференцировать розовый шум; их спектры зеркальны.

Фиолетовый шум — вид сигнала, чья спектральная плотность увеличивается на 6 дБ на октаву. То есть его спектральная плотность пропорциональная квадрату частоты и, аналогично белому шуму, на практике он должен быть ограничен по частоте. Фиолетовый шум получается, если продифференцировать белый шум. Спектр фиолетового шума зеркально противоположен спектру красного.

Серый шум...Термин серый шум относится к шумовому сигналу, который имеет одинаковую субъективную громкость для человеческого слуха на всём диапазоне воспринимаемых частот . Спектр серого шума получается, если сложить спектры броуновского и фиолетового шумов. В спектре серого шума виден большой «провал» на средних частотах , однако человеческий слух субъективно воспринимает серый шум как равномерный по спектральной плотности (без преобладания каких-либо частот ).Американский глоссарий Федерального стандарта 1037C по телекоммуникациям даёт определения белому, розовому, синему и чёрному шуму.

Существуют и другие, «менее официальные» цвета :

Оранжевый шум — квазистационарный шум с конечной спектральной плотностью. Спектр такого шума имеет полоски нулевой энергии, рассеянные по всему спектру. Эти полоски располагаются на частотах музыкальных нот.

Красный шум — может быть как синонимом броуновского или розового шума, так и обозначением естественного шума, характерного для больших водоёмов — морей и океанов, поглощающих высокие частоты. Красный шум слышен с берега от отдалённых объектов, находящихся в океане.

Зелёный шум — шум естественной среды. Подобен розовому шуму с усиленной областью частот в районе 500 Гц.

Чёрный шум...Термин «чёрный шум» имеет несколько определений:

Тишина.Шум со спектром 1/fβ, где β > 2 (Manfred Schroeder, «Fractals, chaos, power laws»). Используется для моделирования различных природных процессов. Считается характеристикой "природных и искусственных катастроф, таких как наводнения, обвалы рынка и т. п. "Ультразвуковой белый шум (с частотой более 20 кГц), аналогичный т. н. «черному свету» (с частотами слишком высокими, чтобы его можно было воспринимать, но способному воздействовать на наблюдателя или приборы).Шум, спектр которого имеет преимущественно нулевую энергию за исключением нескольких пиков.

АЧХ в теории автоматического управления.АЧХ в теории линейных стационарных систем означает зависимость модуля передаточной функции системы от частоты. АЧХ показывает во сколько раз амплитуда сигнала на выходе системы отличается от амплитуды входного сигнала на всём диапазоне частот.На графике АЧХ по оси абсцисс откладывается частота, а по оси ординат отношение амплитуд выходного и входного сигналов системы. Обычно для частоты используется логарифмический масштаб, так как исследуемый диапазон частот может изменяться в достаточно широких пределах (от единиц до миллионов Гц или рад/с). В случае когда логарифмический масштаб используется и на оси ординат, АЧХ превращается в логарифмическую амплитудно-частотную характеристику. ЛАЧХ получила широкое распространение в теории автоматического управления в связи с простотой построения и наглядностью при исследовании систем управления.

Теория автоматического управления (ТАУ) — это дисциплина, изучающая процессы автоматического управления объектами разной физической природы. При этом при помощи математических средств выявляются свойства систем автоматического управления и разрабатываются рекомендации по их проектированию.

Впервые сведения об автоматах появились в начале нашей эры в работах Герона Александрийского «Пневматика» и «Механика», где описаны автоматы, созданные самим Героном и его учителем Ктесибием: пневмоавтомат для открытия дверей храма, водяной орган, автомат для продажи святой воды и др. Идеи Герона значительно опередили свой век и не нашли применения в его эпоху.В средние века значительное развитие получила имитационная «андроидная» механика, когда конструкторы-механики создали ряд автоматов, подражающих отдельным действиям человека, и, чтобы усилить впечатление, изобретатели придавали автоматам внешнее сходство с человеком и называли их «андроидами», то есть человекоподобными. В настоящее время подобные устройства называют роботами, в отличие от широко распространенных во всех сферах человеческой деятельности устройств автоматического управления, которые называют автоматами.В XIII в. немецкий философ-схоласт и алхимик Альберт фон Больштадт построил робота для открывания и закрывания дверей.Весьма интересные андроиды были созданы в XVII—XVIII вв. В XVIII в. швейцарские часовщики Пьер Дро и его сын Анри создали механического писца, механического художника и др. Прекрасный театр автоматов был создан в XVIII в. русским механиком-самоучкой Кулибиным. Его театр, хранящийся в Эрмитаже, помещен в «часах яичной фигуры».В зачаточном виде многие положения Теории Автоматического Управления содержатся в Общей теории (линейных)регуляторов, которая была разработана, в основном, в 1868—1876 гг. в работах Д. Максвелла и И. Вышнеградского. Основополагающими трудами Вышнеградского являются: «Об общей теории регуляторов», « О регуляторах непрямого действия». В этих работах можно найти истоки современных инженерных методов исследования устойчивости и качества регулирования.Решающее влияние на развитие отечественной методологии исследований теории автоматического управления сыграли работы выдающегося советского математика Маркова А.А., основоположника т.н. конструктивистской школы математики, автора огромного количества работ по теории алгоритмов и математической логике. Эти исследования нашли применение в научной и практической деятельности академика Лебедева С.Г. по военной тематике - автоматах управления торпедами и наведения орудий и устойчивости крупных энергосистем.К началу XX в. и в первом его десятилетии теория автоматического управления формируется как общенаучная дисциплина с рядом прикладных разделов.

Основные понятия

Автоматика — отрасль науки и техники, охватывающая теорию и практику автоматического управления, а также принципы построения автоматических систем и образующих их технических средств.

Объект управления — система, в которой происходит подлежащий управлению процесс. Взаимодействие с ОУ происходит через входы (которые являются причинами появления процессов в ОУ) и выходы (которые являются процессами - следствиями)

Управление — процесс на входе объекта управления, обеспечивающий такое протекание процесов на выходе объекта управления, которое обеспечивают выполнение заданной цели управления.

Цель — причина управления, задающая воздействие на её достижение. Воздействие на объект управления предназначено для достижения цели управления.

Кратные Дольные

101 Гц декагерц даГц daHz 10−1 Гц децигерц дГц dHz

102 Гц гектогерц гГц hHz 10−2 Гц сантигерц сГц cHz

103 Гц килогерц кГц kHz 10−3 Гц миллигерц мГц mHz

106 Гц мегагерц МГц MHz 10−6 Гц микрогерц мкГц µHz

109 Гц гигагерц ГГц GHz 10−9 Гц наногерц нГц nHz

1012 Гц терагерц ТГц THz 10−12 Гц пикогерц пГц pHz

1015 Гц петагерц ПГц PHz 10−15 Гц фемтогерц фГц fHz

1018 Гц эксагерц ЭГц EHz 10−18 Гц аттогерц аГц aHz

1021 Гц зеттагерц ЗГц ZHz 10−21 Гц зептогерц зГц zHz

1024 Гц йоттагерц ИГц YHz 10−24 Гц йоктогерц иГц yHz

Примеры:

Герц (обозначение: Гц, Hz) — единица измерения частоты периодических процессов (например, колебаний).1 Гц означает одно исполнение (реализацию) такого процесса за одну секунду, другими словами — одно колебание в секунду: 1 Гц = 1/с....10 Гц — десять исполнений такого процесса, или десять колебаний за одну секунду.

Усреднённое значение частот, воспринимаемых человеческим ухом, лежит в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц.Сердце в спокойном состоянии бьётся с частотой приблизительно 1 Гц (Примечательно, что Herz в переводе с немецкого означает «сердце». Однако, фамилия великого физика пишется Hertz).

Ионосфе́ра (или термосфера) — часть верхней атмосферы Земли, сильно ионизирующаяся вследствие облучения космическими лучами, идущими, в первую очередь, от Солнца.Ионосфера состоит из смеси газа нейтральных атомов и молекул (в основном азота N2 и кислорода О2) и квазинейтральной плазмы (число отрицательно заряженных частиц лишь примерно равно числу положительно заряженных). Степень ионизации становится существенной уже на высоте 60 километров и неуклонно увеличивается с удалением от Земли.

В зависимости от плотности заряженных частиц N в ионосфере выделяются слои D, Е и F.Слой D...В области D (60—90 км) концентрация заряженных частиц составляет Nmax~ 10²—10³ см−3 — это область слабой ионизации. Основной вклад в ионизацию этой области вносит рентгеновское излучение Солнца. Также небольшую роль играют дополнительные слабые источники ионизации: метеориты, сгорающие на высотах 60—100 км, космические лучи, а также энергичные частицы магнитосферы (заносимые в этот слой во время магнитных бурь).Слой D также характеризуется резким снижением степени ионизации в ночное время суток.

Слой Е

Область Е (90—120 км) характеризуется плотностями плазмы до Nmax~ 105 см−3. В этом слое наблюдается рост концентрации электронов в дневное время, поскольку основным источником ионизации является солнечное коротковолновое излучение, к тому же рекомбинация ионов в этом слое идёт очень быстро и ночью плотность ионов может упасть до 10³ см−3. Этому процессу противодействует диффузия зарядов из области F, находящейся выше, где концентрация ионов относительно велика, и ночные источники ионизации (геокороное излучение Солнца, метеоры, космические лучи и др.).Спорадически на высотах 100—110 км возникает слой ES, очень тонкий (0,5—1 км), но плотный. Особенностью этого подслоя является высокая концентрации электронов (ne~105 см−3), которые оказывают значительное влияние на распространение средних и даже коротких радиоволн, отражающихся от этой области ионосферы.Слой E в силу относительно высокой концентрации свободных носителей тока играет важную роль в распространении средних и коротких волн.

Слой F...Областью F называют теперь всю ионосферу выше 130—140 км. Максимум ионобразования достигается на высотах 150—200 км. Однако вследствие диффузии и относительно долгой длительности жизни ионов образовавшаяся плазма распространяются вверх и вниз от области максимума. Из-за этого максимальная концентрация электронов и ионов в области F находится на высотах 250—400 км.В дневное время также наблюдается образование «ступеньки» в распределении электронной концентрации, вызванной мощным солнечным ультрафиолетовым излучением. Область этой ступеньки называют областью F1 (150—200 км). Она заметно влияет на распространение коротких радиоволн.Выше лежащую часть cлоя F называют слоем F2. Здесь плотность заряженных частиц достигает своего максимума — N ~ 105—106 см−3.На больших высотах преобладают более лёгкие ионы кислорода (до высот 400—1000 км), а ещё выше — ионы водорода (протоны) и в небольших количествах — ионы гелия.

Одним из эффективных методов моделирования ионосферы, является так называемая техника ассимиляции данных. Суть этой методики состоит в корректировке физической модели ионосферы с помощью оперативно получаемых экспериментальных данных. Обычная модель ионосферы, основанная на физике исследуемых процессов, не может охватить всего диапазона факторов, влияющих на состоянии плазмы. Это связано с тем, что некоторые необходимые для этого величины сложно измерить экспериментально (скорости ветра на высотах термосферы, прохождение сквозь атмосферу космических лучей и др.). Кроме того, даже влияние хорошо изученных факторов, таких, например, как солнечная активность, трудно предсказать.

Частотная модуляция (ЧМ) — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.

При частотной манипуляции (ЧМн, англ. Frequency Shift Keying (FSK)) значениям «0» и «1» информационной последовательности соответствуют определённые частоты синусоидального сигнала при неизменной амплитуде. Частотная манипуляция весьма помехоустойчива, поскольку помехи телефонного канала искажают в основном амплитуду, а не частоту сигнала. Однако при частотной манипуляции неэкономно расходуется ресурс полосы частот телефонного канала. Поэтому этот вид модуляции применяется в низкоскоростных протоколах, позволяющих осуществлять связь по каналам с низким отношением сигнал/шум.

Частотная манипуляция с минимальным сдвигом представляет собой способ модуляции, при котором не происходит скачков фазы и изменение частоты происходит в моменты пересечения несущей нулевого уровня. MSK уникальна потому что значение частот соответствующих логическим «0» и «1» отличаются на величину равную половине скорости передачи данных.Например, при скорости передачи 1200 бит/с MSK-сигнал будет сформирован из колебаний с частотами 1200 Гц и 1800 Гц соответствующих логическим «0» и «1».

C глубокой древности люди понимали, что дисгармония в музыке разрушает психику человека. В Древнем Китае композитора, который писал музыку, нарушающую гармонию, казнили. В Средние века на Руси чистые квинты и кварты считались ангельскими звуками, а терции и сексты - дьявольскими. По сей день считается, что классическая музыка (например, музыка Моцарта) успокаивает и лечит, а переизбыток высоких или низких частот в музыке, что часто наблюдается в тяжелом роке и металле, может серьезно травмировать мозг. Были примеры, когда на современных рок-концертах случались контузии звуком, звуковые ожоги, потеря слуха и памяти. Например, в 1979 году во время концерта Пола Маккартни в Венеции громкость звука и частота достигли такой разрушительной силы, что рухнул деревянный мост (как видите, мы имеем дело с вполне себе боевой магией ). Объясняется действие частот на человека таким образом. Высокочастотные звуки (3000–8000 Гц и выше) вызывают в мозге резонанс, тормозя познавательные процессы. Длительный и громкий звук способен привести к полному истощению организма. Звуки среднего диапазона (750–3000 Гц ), наоборот, оказывают положительное влияние на здоровье: стимулируют сердечную деятельность, дыхание и эмоциональный фон. Низкие (125–750 Гц ) вызывают напряжение и даже спазмы в мускулатуре. Музыка с низкими вибрациями не дает возможности сконцентрироваться или успокоиться.

Кельтские барды применяли в своей магии «песенные заклинания», способные исцелять или, напротив, причинять вред. На Руси существовала любопытнейшая практика: больного человека располагали внутри круга поющих людей и водили вокруг него хороводы. Песни при этом пели чистые и ритмичные. А можно обратить свои взоры совсем далеко, к Новой Зеландии. Там при родах пели специальные хоровые песни, чтобы облегчить боль роженице. Кстати, и сама будущая мама поет вместе с остальными, пока не родит.

Кроме того, пение – это работа с ритмом, звуком и с вибрациями. Известно, что только около 20% воспроизводимого человеком звука направляется на слушателя, во внешнее пространство. 80% направляется вовнутрь. Что же при этом происходит? А вот что. В тембре голоса содержатся определенные частоты и колебания, и когда мы поем, внутренние органы вибрируют. Мы можем спеть добрую лечебную песнь своей печени или селезенке. Очень полезно. Это своеобразный «внутренний» массаж, улучшающий кровообращение. Американские ученые выяснили, что правильное пение укрепляет сердечную мышцу. Вибрации, которые возникают при правильном обращении с голосом, снимают внутреннее напряжение, поэтому пение – прекрасное успокоительное средство, и с его помощью лечат неврозы, психические расстройства и депрессии. Подобный «звуковой внутренний массаж» очень полезен будущим мамам во время беременности. Звуковые частоты, возникающие при пении, активизируют рост и развитие ребенка, его головной мозг. К примеру, во Франции знаменитый акушер Мишель Оден по этой причине создает целые хоры беременных женщин, чтобы у них родились здоровые детишки. Определенным образом подобранный музыкальный ритм способен нормализовать биологические ритмы организма. Если ритм музыки реже ритма пульса, она оказывает успокаивающее воздействие на организм, а если ритм музыки чаще пульса, возникает возбуждающий эффект.Наконец, есть еще один путь воздействия пения на человека - эмоциональный. Образное и эмоциональное наполнение песни может влиять как на того, кто поет, так и на того, кто слушает. Причем, если слово в песне адресуется сознанию человека, то тембр голоса , его эмоциональная окраска и всё музыкальное сопровождение — непосредственно к подсознанию. В пении человек может выразить множество различных своих эмоциональных состояний и тем самым снять стресс, выплеснуть ненужный негатив и возбуждение. В результате пение способно помочь в лечении депрессий, неврозов и других психических и нервных болезней. А если болезней нет, то послужить хорошей профилактикой, обеспечить гармоничное эмоциональное состояние тому, кто пользуется магией голоса .

Переизбыток высоких или низких частот может серьезно травмировать мозг. Были примеры, когда на современных рок-концертах случались контузии звуком, звуковые ожоги, потеря слуха и памяти. Например, в 1979 году во время концерта Пола Маккартни в Венеции громкость звука и частота достигли такой разрушительной силы, что рухнул деревянный мост. Подобным образом группа "Пинк Флойд” сумела разрушить мост в Шотландии. Объясняется действие частот на человека таким образом. Высокочастотные звуки (3000–8000 Гц и выше) вызывают в мозге резонанс, тормозя познавательные процессы. Длительный и громкий звук способен привести к полному истощению организма. Звуки среднего диапазона (750–3000 Гц ), наоборот, оказывают положительное влияние на здоровье: стимулируют сердечную деятельность, дыхание и эмоциональный фон. Низкие (125–750 Гц ) вызывают напряжение и даже спазмы в мускулатуре. Музыка с низкими вибрациями не дает возможности сконцентрироваться или успокоиться. 

Существует ряд опасностей, возникающих при обращении с голосом неопытных и неумелых певцов. Во-первых, неумелое обращение с певческим аппаратом может оказывать нежелательный эффект на организм поющего. Во-вторых, слушатели неосознанно подстраивают свой голос к голосу певца, и если поющий что-то делает неправильно, у слушателей могут возникнуть неприятные ощущения в их собственном организме. Посему певцу (причем, как новичку, так и профессионалу) следует очень ответственно и внимательно относиться к тому, что он делает, чтобы не навредить ни себе, ни окружающим. 

Так что с голосом и с музыкой, как с любым лекарством, нужно обращаться очень осторожно и внимательно.Это относится и проклятиям,которые привыкли разбрасывать на влево и право свои слова.