W akustyce technicznej szum biały i szum różowy odgrywają bardzo ważną rolę. Wykorzystuje się je do testowania jako kontrolowane sygnały pobudzające. Kluczowe jest ich widmo częstotliwościowe — które gwarantuje równomierną energię w określonym paśmie częstotliwości.
Szum jest przydatny przy pomiarach pomieszczeń, głośników i przegród budowlanych, w szczególności wtedy kiedy rejestrowany dźwięk jest efektem oddziaływania źródła dźwięku z innym badanym układem. Znając charakterystykę źródła możemy w precyzyjny sposób określić jak badany układ zmienia rozkład energii akustycznej.
W przypadku badań akustycznych, kiedy znamy sygnał testowy, możemy ocenić w jakim stopniu konkretne częstotliwości są tłumione lub wzmacniane przez dane pomieszczenie. Co więcej, kompletne pasmo częstotliwościowe szumu pozwala na badanie wszystkich częstotliwości w trakcie jednej emisji sygnału testowego.
Szum biały ma tę samą moc w każdym przedziale o jednakowej szerokości, a szum różowy w każdej oktawie — w szumie różowym pasmo 125–250 Hz niesie tyle mocy co 1000–2000 Hz.
Szum różowy daje płaską charakterystykę w pasmach oktawowych i tercjowych, a szum biały poziomy rosnące z każdą oktawą — przy korekcji A pasma szumu różowego mają już różne poziomy.
Znając widmo szumu na wejściu, z poziomów na wyjściu wyznacza się charakterystykę badanego układu — po uwzględnieniu głośnika i toru pomiarowego, które zmieniają generowany szum.
W pomiarach czasu pogłosu szum różowy pobudza wiele pasm naraz z odpowiednim poziomem — w pomiarach izolacyjności stosuje się szum biały lub różowy, a w laboratorium norma PN-EN ISO 10140-5 zaleca szum biały.
Pomiar STI wymaga szumu z modulacjami amplitudy, jakie ma naturalna mowa — sygnał może powstać z szumu różowego ukształtowanego pod widmo mowy, a miernik sprawdza, jak modulacje przechodzą przez tor transmisji.
Do najpopularniejszych sygnałów testowych należy szum biały, szum różowy, sygnał sinusoidalny, sweep i MLS. W akustyce technicznej w zależności od celu pomiaru wykorzystuje się różne sygnały testowe. Wybór pobudzenia zależy od tego czy badamy charakterystykę częstotliwościową, odpowiedź impulsową, izolacyjność czy jeszcze inne parametry.
Sygnał sinusoidalny to sygnał o jednej częstotliwości. Świetnie sprawdza się do określenia przesunięć fazowych między dwoma układami i zniekształceń harmonicznych.
Sweep to sygnał sinusoidalny o zmiennej częstotliwości, wykorzystywany podczas pomiarów odpowiedzi impulsowej pomieszczeń, charakterystyk głośników i torów akustycznych.
MLS (ang. maximum length sequence) to z kolei sekwencja pseudolosowa zbliżona do białego szumu. W odróżnieniu od szumu białego MLS jest sygnałem powtarzalnym, co ma znaczący wpływ w sytuacji, kiedy zależy nam na synchronizacji i łatwości uśredniania wyników.
Szum biały jest szczególnym rodzajem sygnału, w którym każdy przedział częstotliwości o jednakowej szerokości ma taką samą moc sygnału. Jest to szum losowy o stałej gęstości widmowej mocy.
Idealny szum biały będzie miał taką samą średnią moc w zakresie od 100 do 200 Hz jak i w zakresie na przykład 1000–1100 Hz. Każdy z tych przedziałów ma szerokość 100 Hz, a zatem średnia moc także będzie identyczna. Sam przebieg czasowy szumu białego jest nieregularny, jednak oczekiwane wartości średnie są precyzyjnie określone.
Szum różowy jest sygnałem losowym, którego gęstość widmowa mocy maleje odwrotnie proporcjonalnie do częstotliwości. Wraz ze wzrostem częstotliwości na każdy przedział o stałej szerokości przypada coraz mniejsza moc.
To co jest najważniejszym aspektem dla tego szumu to fakt, że moc zawarta w pasmach oktawowych pozostaje stała. Dzięki temu średnia moc w zakresach 125–250 Hz i 1000–2000 Hz będzie identyczna.
Szum różowy świetnie nadaje się do analizy oktawowej i tercjowej, ponieważ jego charakterystyka w tych pasmach jest płaska. Dla jednakowo szerokich przedziałów częstotliwości w przypadku szumu różowego będziemy widzieć większy udział niskich częstotliwości niż wysokich, w przypadku szumu białego ten udział jest jednakowy.
Szum różowy jest szczególnie użyteczny w przypadku pomiarów akustycznych opartych o analizę pasm oktawowych i tercjowych. Jeżeli źródło dźwięku generuje szum różowy, badany układ ma płaską charakterystykę przenoszenia to na wyjściu powinniśmy uzyskać podobne poziomy w kolejnych pasmach oktawowych.
Jeżeli charakterystyka wyjściowa nie jest płaska to wskazuje na charakterystykę badanego układu (po uwzględnieniu charakterystyki źródła i toru pomiarowego). W przypadku kiedy znamy sygnał wejściowy i mierzymy wyjściowy, możemy wyznaczyć charakterystykę badanego układu.
Warto pamiętać, że ten poziom jest równy tylko przy płaskiej korekcji częstotliwościowej. Dla standardowo używanej korekcji częstotliwościowej A pasma nie będą miały równych poziomów. Ponadto generowany szum nie jest idealny, wpływ na ten sygnał będzie miał głośnik i inne elementy toru.
W odróżnieniu od szumu różowego, szum biały w pomiarach będzie wykazywał rosnące poziomy dla kolejnych oktaw, ponieważ szerokość pasma będzie rosła.
Szum świetnie nadaje się do pomiarów czasu pogłosu w akustyce pomieszczeń. Podczas pomiaru czasu pogłosu metodą szumu przerywanego do pomieszczenia wprowadza się odpowiednią energię akustyczną, zaś po wyłączeniu źródła rejestruje się czas zaniku poziomu ciśnienia akustycznego. Szybkość tego zaniku określa czas pogłosu w danych pasmach częstotliwościowych.
Szum różowy przydaje się tutaj ponieważ jego energia jest równomiernie rozłożona dla kolejnych oktaw, dzięki temu możliwe jest uzyskanie odpowiednich poziomów dla wielu pasm w tym samym czasie. Ze względu na losowość pobudzenia wykonuje się wiele powtórzeń tej procedury i przeprowadza analizę statystyczną wyników.
Metoda szumu przerywanego jest, jako jedna z dwóch dostępnych, zdefiniowana w normie PN-EN ISO 3382-2 „Akustyka. Pomiar parametrów akustycznych pomieszczeń. Część 2: Czas pogłosu w zwyczajnych pomieszczeniach”.
Szum wykorzystuje się także w pomiarach izolacyjności akustycznej. Izolacyjność akustyczna przegród jest w dużym stopniu zależna od częstotliwości. Ściana czy drzwi mogą tłumić dźwięki bardziej skutecznie dla jednego pasma częstotliwości, a dla innego mniej.
Aby ocenić skuteczność w całym paśmie pomieszczenie nadawcze pobudza się odpowiednim sygnałem szumowym, a później w obu pomieszczeniach mierzy się poziomy ciśnienia akustycznego. Stosuje się szum biały lub różowy, a gdy w pomieszczeniu odbiorczym stosunek sygnał–tło jest za mały dla wysokich częstotliwości, widmo sygnału można odpowiednio kształtować. Różnica poziomów między sygnałem w pomieszczeniu nadawczym a sygnałem w pomieszczeniu odbiorczym będzie charakteryzowała skuteczność tłumienia przegrody pomiędzy pomieszczeniami.
Metodykę szeroko opisuje norma PN-EN ISO 16283 „Akustyka. Pomiar terenowy izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych” dla pomiarów terenowych i dla pomiarów laboratoryjnych norma PN-EN ISO 10140 „Akustyka. Pomiar laboratoryjny izolacyjności akustycznej elementów budowlanych”. Dla pomiarów laboratoryjnych część 5 tej normy (PN-EN ISO 10140-5) zaleca wykorzystanie szumu białego.
Ponadto sygnały szumowe stosuje się także podczas badania głośników i torów elektroakustycznych. Szum świetnie sprawdza się do badania charakterystyki częstotliwościowej. Aby odpowiednio interpretować charakterystykę samego głośnika należy ograniczyć lub uwzględnić inne wpływy na wyniki pomiaru. Szumy wykorzystuje się też przy badaniach wytrzymałości głośników.
Szum biały wykorzystuje się także jako kontrolowane tło akustyczne. Dzięki wprowadzonemu szumowi do układu możemy ocenić reakcję urządzenia lub algorytmu na zakłócenie akustyczne. Jest to jedna z metod badania systemów rozpoznawania mowy, układów redukcji hałasu czy systemów komunikacji.
W przypadku badań zrozumiałości mowy wykorzystuje się specjalistyczny sygnał oparty o składowe szumowe. Niemodulowany szum nie jest wystarczający do tych badań, dlatego że naturalna mowa zawiera modulacje amplitudy w czasie.
Na potrzeby wyznaczania wskaźnika STI (Speech Transmission Index) stosuje się szumowe sygnały nośne o odpowiednio ukształtowanym widmie i znanych modulacjach amplitudy. Sygnał bazowy można stworzyć na podstawie szumu różowego, który następnie rozdziela się na pasma oktawowe i kształtuje tak, żeby odpowiadał widmu mowy. Do tych pasm wprowadza się modulacje amplitudowe, a miernik analizuje w jaki sposób modulacje te są zachowane po przejściu przez badany tor transmisji mowy.
Dzięki ukształtowanemu widmu i modulacjom sygnał testowy odwzorowuje zarówno widmo, jak i zmiany obwiedni naturalnej mowy, a co za tym idzie — świetnie sprawdza się przy pomiarach zrozumiałości mowy.
SVAN 979 to miernik i analizator dźwięku i drgań klasy 1 z wbudowanym generatorem sygnału. Generator wytwarza szum różowy, szum biały i sygnał sinusoidalny.
Współpracuje z funkcją pomiaru czasu pogłosu RT60: w metodzie szumu przerywanego miernik podaje szum różowy na wyjście, z którego zasila się źródło dźwięku, a po wyłączeniu sygnału rejestruje zanik poziomu w pasmach tercjowych. Czas pogłosu SVAN 979 mierzy też metodą impulsową. Pomiar izolacyjności akustycznej prowadzi krok po kroku aplikacja Asystent BA.
Konsultant SVANTEK pomoże dobrać miernik, źródło dźwięku i aplikację do pomiaru czasu pogłosu i izolacyjności.
