Что такое белый шум и почему его не используют в системах маскировки звука

Сегодня в офисах по всему миру борются с шумом с помощью шумовых завес (систем маскировки звука). Часто эти комплексы путают с генераторами белого или розового шума, которые можно встретить в частных домах и отелях. Инженеры-акустики компании Soft dB максимально просто поясняют разницу между ними.

Вы наверняка слышали термин «белый шум». Эту фразу часто употребляют в переносном смысле, когда хотят сказать о потоке бесполезной информации, скрывающей истинную суть происходящего. Возможно, вы также читали о том, что белый шум помогает быстрее уснуть или лучше сосредоточиться, поскольку скрывает громкие звуки в помещении – «маскирует» их. В статьях, посвященных акустике, понятие «белый шум» часто соседствует с терминами «розовый шум» и «маскировка звука». Многие считают их равнозначными и называют системы маскировки звука генераторами белого/розового/красного шума. Это большая ошибка, цена которой — неправильный выбор оборудования для устранения нежелательных шумов в офисе. Почему? Мы попытаемся как можно проще объяснить разницу между разными шумами.

Что такое «белый шум» и почему он «белый»?

Для начала разберемся с белым шумом. Почему его называют «белым»? Разве звук может иметь цвет? Нет, конечно. Тут дело в аналогии. Любой школьник знает, что белый свет – это сочетание всех цветов спектра. По аналогии со светом, белый шум – это «смесь» звуков, воспроизводимых одновременно на всех частотах, которые воспринимает наше ухо. Конечно, инженер бы сказал иначе: белый шум – это шум, спектральные составляющие которого равномерно распределены по всему диапазону используемых частот, т.е. спектральная плотность мощности которых одинакова либо слабо отличается в каком-либо рассматриваемом диапазоне. Но мы ведь договорились объяснять тему максимально просто, поэтому для простоты скажем, что пример белого шума в природе – характерный звук водопада.

Белый шум  напоминает звук телевизора, не настроенного на прием ТВ-каналов.

Розовый и красный шумы — это тоже сочетание звуков с определенными характеристиками. Пример розового шума — звук пролетающего вертолета. А в системах маскировки звука (шумовых завесах) используются специально «сконструированные» шумы. Их применяют, чтобы  выровнять акустический фон в офисах и повысить конфиденциальность разговоров — сделать неразборчивыми слова, произнесенные на отдалении от невольного слушателя, и не предназначенные для его ушей.

Все «цветные» шумы называют широкополосными: их энергия распределена по всему диапазону звуковых частот. Иначе говоря, это непрерывные беспорядочные шумы, которые звучат одновременно на низких, средних и высоких частотах. Цвет шума определяется тем, в каких пропорциях  энергия шума распределяется по диапазону его частот. На цветные шумы похожи звуки, которые мы встречаем в жизни: звук ливня, водопада или ветра, гудение вентиляционной системы или шум большого стадиона. На белый шум больше всего похож звук, который издает телевизор, когда не настроен на прием ТВ-сигнала, и на его экране мы видим «снег».

В чем разница между широкополосными шумами

Белый и розовый шумы, а также маскирующий звук системы саундмаскинга (шумовой завесы, системы маскировки звука) — широкополосные. Но, по большому счету, это единственное, что объединяет эти шумы. Причем если розовый шум в каком-то смысле можно считать производным от белого шума, то звук системы саундмаскинга (иногда его называют «маскер») им не является. Неправильно также считать его сочетанием белого и розового шумов. Как мы уже говорили, это специально «сконструированный» шум. Причем созданный с единственной целью: эффективно маскировать нежелательные шумы (звук посторонних разговоров, громкие и резкие звуки в тихом помещении), которые отвлекают офисных сотрудников от работы. 

К числу самых сильных отвлекающих шумов, особенно в шумных помещениях с открытой планировкой («опенспейс»), относят в первую очередь разговоры сотрудников, которые ведутся на отдалении от невольных слушателей — коллег, сидящих за соседними столами. Человек непроизвольно отвлекается на обрывки фраз, произнесенных сослуживцами, причем делает это неосознанно. В зависимости от задачи, которую выполняет работник, ему требуется от одной до десяти минут, чтобы вновь сосредоточиться.

Шумный офис — не лучшее место для работы. Но и слишком тихий офис — тоже плохо: в полной тишине сотрудникам может отвлечь даже звуку упавшего на пол карандаша.  Задача системы маскировки звука — выровнять акустический фон в помещении, а также сделать посторонние разговоры неразборчивыми. И делает она это с помощью специально рассчитанного инженерами шума.

Бороться с шумом с помощью другого шума? Казалось бы, странная идея. Но именно так и работает хорошая система маскировки звука.

Почему нужен специально рассчитанный шум маскера? Разве белого или розового шума недостаточно, чтобы замаскировать нежелательные шумы? Действительно, в какой-то мере резкие звуки можно нивелировать с помощью любого широкополосного шума. Именно поэтому считается, что белый шум помогает быстрее уснуть. Но в отличие от других широкополосных шумов, маскер шумовой завесы рассчитан устранять именно распространенные офисные шумы, особенно в офисах «опенспейс». Разница будет особенно очевидна, если ради эксперимента установить в офисе бытовой генератор белого шума. Тогда вы сразу поймете, что белый шум в офисе абсолютно бесполезен.

Чем белый шум отличается от розового

Если попросить инженера-акустика пояснить разницу между белым и розовым шумом, его рассказ будет коротким, но малопонятным: белый шум имеет примерно одинаковую спектральную плотность мощности на всех частотах, а розовый — примерно одинаковую спектральную плотность мощности во всех октавных полосах частот. Если попытаться объяснить проще, то и белый и розовый шумы включают звуки одновременно всех частот, различимых человеческим ухом, т.е. от 20 Гц до 20 000 Гц. Но энергия этих звуков распределяется по частотам совершенно по-разному.

Розовый шум напоминает шум дождя, не правда ли?

Спектр белого шума

Главная причина путаницы при сравнении белого и розового шума — их спектры. Путаница в основном связана с тем, что графические представления этих шумов полностью различается в зависимости от типа используемого спектроанализатора.

Например, спектрограмма белого шума, представленная в узких полосах частот, выглядит, как на рисунке ниже. Видите, насколько равномерен спектр? Он таков, что энергия шума во всех полосах частот (на графике частоты возрастают слева направо по оси Х) распределена примерно равномерно.

Спектр белого шума в узких полосах частот

Рис. 1. Спектр белого шума, показанный на графике в узких полосах частот. Энергия шума распределена примерно одинаково по всем полосам. Похоже на стену, не правда ли? Поэтому иногда белый шум сравнивают с непроницаемой стеной.

А теперь посмотрите, как выглядит тот же самый спектр белого шума не в узких, а в третьоктавных полосах частот (рис. 2). Совершенно другая картина по сравнению с рисунком 1. Спектрограмма уже не плоская: энергия растет с повышением частоты.

Спектр белого шума в третьоктавных полосах частот

Рис. 2 Белый шум. Его энергия равномерно распределена по всем частотам, но чем дальше вправо по оси частот мы движемся, тем более высокие частоты группируются в октавные полосы, и тем интенсивнее шум.

Если проанализировать белый шум в третьоктавных полосах, то чем выше частоты, тем мощнее шум. Но ведь мы уже говорили, что на каждой отдельной частоте (100 Гц, 200 Гц, 1000 Гц, 5000 Гц и т.п.) энергия шума должна быть примерно одинаковой. Почему же мы видим ее повышение? Действительно, компоненты белого шума имеют одинаковую энергию на каждой отдельной частоте, но не в каждой октавной полосе. И чтобы понять, почему так происходит, давайте разберемся, что такое октавы.

Что такое октавы?

Упрощенно говоря, октавы — это группы частот, которые помогают количественно оценить то, как мы воспринимаем разные частоты на слух. Каждая октава представляет общий уровень энергии шума в определенном диапазоне частот. Важный факт: чем выше частоты, тем более широкий их диапазон собирается в октавные полосы. Это поясняется тем, что человеческий слух легче улавливает разницу между отдельными низкими частотами, но с повышением частот мы все хуже распознаем каждую частоту по отдельности, даже если они разнесены достаточно далеко друг от друга.

Поэтому в низкочастотных диапазонах октавные полосы более узкие, чем в высокочастотных. В таблице ниже указаны октавные полосы и входящие в них частоты. Цифры говорят сами за себя: в октавную полосу 8000 Гц объединено намного больше частот, чем в октавную полосу 63 Гц.

Октавные полосы и входящие в них частоты

Говоря математическим языком, октава — это интервал, в котором соотношение частот звука составляет один к двум. Например, как показано в таблице выше, между частотами 88 Гц и 177 Гц расположена одна октавная полоса, а именно полоса 125 Гц. Между частотами 177 Гц and 355 Гц — октавная полоса 250 Гц. Эта полоса содержит 178 отдельных частот, а полоса 125 Гц — только 89. Т.е. октавная полоса 250 Гц шире, чем полоса 125 Гц.

Октавы – логарифмическая мера частот

Давайте вернемся к рис. 2. Почему октавные полосы указаны на нем как имеющие одинаковую ширину, хотя выше мы объясняли, что это не так? В действительности ширина полос разная, но для упрощения их часто изображают на спектрограмме равными по ширине, как на рис. 2. Мы называем этот формат «отображением октавных полос в  логарифмическом масштабе».

В этом случае, что же такое «третьоктавные полосы»? Это одна рассматриваемая полоса, разделенная на три равные части. С помощью такого деления инженер-акустик может точнее анализировать составляющие шума.

Чем выше частота, тем более громким шум воспринимается на слух

Еще один интересный факт: на слух белый шум воспринимается более резким, чем можно было бы ожидать, увидев на графике относительно ровный частотный спектр. Причина в том, что система слуха человека воспринимает звук в логарифмическом масштабе — т.е. октавами, а не в линейном масштабе (т.е. узкими полосами). Иными словами, нам кажется, что высокочастотные звуки громче, чем низкочастотные той же мощности. Поэтому с точки зрения восприятия белый шум звучит громче и имеет шипящие нотки в высокочастотных октавных полосах. Если говорить точнее, мощность белого шума возрастает на 3 дБ на каждую октаву вверх по частотному диапазону.

Как создать розовый шум

Что будет, если взять спектр белого шума, отображенный в логарифмическом масштабе (см. рис. 2), и выровнять растущую кривую мощности? Вы получите октавные полосы, мощность шума в которых будет одинаковой. Помните определение розового шума? Это шум, компоненты которого имеют одинаковую спектральную мощность в каждой октаве. Иными словами, мы превратим белый шум в розовый.

Розовый шум в третьоктавных диапазонах

Рис. 3. Если говорить очень упрощенно, розовый шум - это белый шум со «срезанными» высокими частотами.  Вот почему его воспринимают как более мягкий и приятный по сравнению с белым шумом. Действительно, шум телевизора, не принимающего ТВ-сигнал (белый шум) менее приятен большинству людей, чем мягкий шум небольшого дождя (розовый шум).

Теперь вспомним, что на рис. 1 спектр белого шума выглядел плоским в линейном масштабе. Исходя из полученных знаний о розовом шуме и о том, как он отличается по распределению мощности, давайте ответим на вопрос, как выглядит его спектр в узких полосах частот, а не в третьоктавных.

Если спектральная мощность белого шума равномерна на всех частотах, а его спектр в октавных полосах демонстрирует повышение мощности (восходящая прямая на графике), то мощность розового шума равномерно распределяется по октавам. Это значит, что на узкополосной спектрограмме кривая мощности будет падать, (см. рис. 4)

Спектр розового шума в узких полосах частот

Рис 4. Энергия белого шум равномерно распределяется по частотам, а энергия розового уменьшается по мере повышения частот.

Белый шум в сравнении со звуком шумовой завесы – маскером

Мы, инженеры Soft dB, занимаемся разработкой систем маскировки звука, которые повышают конфиденциальность разговоров в офисе и помогают сотрудникам сосредоточиться, не отвлекаясь на посторонние шумы. Нас часто спрашивают: «Вы ведь продаете генератор белого (или розового) шума?». Наш ответ – нет. Достаточно просто посмотреть на спектрограмму маскирующего звука шумовой завесы в третьоктавных полосах (в логарифмическом масштабе), и сравнить этот график со спектрограммой белого шума. Вы сразу поймете, что они различаются.

Если взглянуть на спектрограмму, можно заметить что звук шумовой завесы - полная противоположность белому шуму. По мере повышения частоты мощность белого шума растет на 3 дБ на каждую октаву, а маскирующий звук шумовой завесы, наоборот, теряет в мощности 3 дБ на октаву.

Спектр маскирующего звука шумовой завесы в третьоктавных полосах частот

Рис 5. Идеальный спектр шума саундмаскинга в третьоктавных полосах частот, рассчитанный Национальным исследовательским советом Канады (NRC). В отличие от белого шума типичный звук маскера теряет мощность по мере повышения частоты. Меньшая мощность на высоких частотах делает звук системы саундмаскинга намного более приятным на слух.

Какая система маскировки звука лучше

Цель любого производителя систем маскировки звука – выровнять акустический фон в офисе, повысить конфиденциальность бесед и устранить отвлекающий фактор в виде посторонних разговоров сотрудников. По большому счету, все поставщики борются за единственный «магический» параметр: спектр маскирующего шума. И все заявляют, что по этому параметру они лучшие на рынке. Мы, инженеры Soft dB, не исключение.

Но рабочие настройки шумовой завесы выполняет не производитель, а системный интегратор или инсталлятор оборудования, который устанавливает шумовую завесу у конечного заказчика. И здесь вступает в игру не только спектр, но и гибкость настроек системы под нужды конкретного клиента.

Система маскировки звука SoftdB

Как инженеры-акустики мы утверждаем, что спектр шума системы маскировки звука Soft dB точнее, чем у конкурирующих систем, соответствует идеальной спектрограмме, рассчитанной Национальным исследовательским советом Канады (NRC). Но еще одно неоспоримое преимущество нашей системы в том, что она в реальном времени адаптирует спектр к постоянно меняющейся шумовой обстановке в офисе и даже в каждой его зоне по отдельности. Причем делает это очень точно.

Звук шумовой завесы Soft dB не тревожит сотрудников, получается мягким, приятным и едва различимым на слух. А главное — он эффективно маскирует разговоры, которые ведутся на удалении от невольного слушателя. И все это благодаря тонкой подстройке спектра маскирующего звука в реальном времени, с учетом постоянно меняющейся шумовой обстановки. На то, чтобы добиться максимальной эффективности, у нас ушли годы научных исследований и полевых испытаний. Их итог – несколько патентов и уникальная по своей действенности система маскировки звука.

Шумовая завеса – это целая система, а не одна машина

С хорошей системой маскировки звука сотрудники сразу отметят, что в офисе стало тише и спокойнее. Более того, в отличие от генераторов белого и розового шума, звук маскера  практически не слышен, и сложно понять, откуда он доносится. Отчасти это происходит потому, что шумовая завеса – это целый комплекс оборудования, а не одиночный генератор белого шума, стоящий, например, у прикроватного столика в отеле.

Генератор белого шума бесполезен в офисах

Система маскировки звука включает множество специализированных динамиков разной формы и размера для установки небольшими группами, которые охватывают определенные зоны офиса. Неважно, сколько выделено таких зон: управление отдельными группами динамиков (большинство из которых спрятаны за фальш-потолком, а часть - открыто), выполняется через единый пользовательский интерфейс. И это очень удобно. Представьте, сколько времени вы потратили бы, перемещаясь по офису и настраивая параметры каждого динамика. Поэтому одно из главных преимуществ маскировки звука Soft dB — это сетевое управление всей системой.

Как работает шумовая завеса Soft dВ

А другое преимущество, как мы уже сказали, — это автоматическая подстройка (адаптация) звука маскера под меняющуюся шумовую обстановку в офисе. С помощью акустических сенсоров система определяет уровень шумового фона и меняет параметры маскера, чтобы эффективность маскировки звука всегда была самой высокой.

Плюс, динамики саундмаскинга Soft dB можно использовать как систему голосового оповещения в офисе.

Можно ли использовать белый и розовый шум вместо звукомаскировки?

Как мы уже говорили, в системах маскировки звука используется не белый и не розовый, а специально подобранный широкополосный шум. Означает ли это, что генераторы белого и розового шума совершенно бесполезны? Не совсем так. Согласно нескольким исследованиям (например, работа Pink noise: Effect on complexity synchronization of brain activity and sleep consolidation, опубликованная 2012 году в журнале the Journal of  Theoretical Biology), белый и розовый шумы помогают уснуть, поскольку до некоторой степени маскируют резкие звуки вроде шума автомобилей, лая собак, звука сирен и т.п.

Более того, в присутствии белого и розового шумов качество сна повышалось даже по сравнению с условиями, когда испытуемых помещали в абсолютно тихое помещение. По мнению ученых, это происходит потому, что наш мозг считает абсолютную тишину чем-то неестественным, нетипичным для нашей среды обитания. Поэтому в полной тишине многие люди ощущают тревогу, хуже засыпают и более чутко спят. 

Бытовые генераторы белого и розового шума часто используют дома у прикроватных столиков и в гостиницах. Пожалуй, этим их применение ограничивается. Для офисов с их особой акустической обстановкой такие устройства не подходят.

Выводы

Системы маскировки звука, как и генераторы белого и розового шумов, используют в своей работе широкополосные шумы. Но как мы уже выяснили, шум шуму рознь. Производители шумовых завес стараются рассчитать звук маскера так, чтобы он эффективно скрывал именно офисные шумы.  Самые эффективные шумовые завесы (например, Soft dB) делают свои системы адаптивными – способными в реальном времени отслеживать акустическую обстановку и менять под нее шум маскера. С такой системой все офисные сотрудники почувствуют, что в офисе стало намного комфортнее работать.

См. также: 

• На российский рынок вышел мировой лидер в сегменте систем маскировки звука — компания Soft dB
• Biamp поглощает производителя шумовых завес Cambridge Sound Management
• Секреты маскировки звука: как сделать рабочее место оператора контакт-центра более эффективным
• Зачем защищать программистов от oфисного шума и как это сделать: цифры и кейс!

Если вы хотите получить дополнительную информацию о системах маскировки звука, узнать стоимость проекта для вашего офиса или ознакомиться с работой системы вживую, заполните форму и наши специалисты свяжуться с вами: