削波噪声会使光谱着色吗

信息处理 噪音
2022-02-07 11:34:13

极端削波白噪声是否会使音频频谱着色?

我认为(并希望!)不是以此为基础来自research.net

削波在数学上等同于添加脉冲噪声(在削波点,您实际上是在原始波形上添加负脉冲);因此,对频谱的影响类似于加性脉冲噪声,具有相当均匀平坦的频谱(取决于削波程度)。如果削波以某种周期性发生,光谱显然会被着色

强调我的。

4个回答

削波是一种非线性操作,它会引入新的频率,因此会改变频谱的形状。您引用的文字对此非常清楚。

作为一个快速演示,我在 Matlab 中生成了平坦噪声,频率限制在 100 到 300 Hz 范围内。频谱是:没有剪裁

请注意,光谱在指定范围之外接近于零。而且,这种噪音不是白色的;它是平坦的(或者如果我可以模拟无限数量的样本)。白噪声,顾名思义,覆盖整个频率范围。

我将所有大于 0.75 的幅度都剪裁到 0.75,得到的频谱是:削波噪声

我认为区别很明显。

这个问题困扰了我很多,我对 MBaz 的回答不是 100% 满意(问题是关于白噪声,答案是关于平坦噪声)所以我想添加一些答案元素。

令我困扰的一件事是,如果您将噪声限制到某个阈值,您将增加样本的概率等于您的阈值。对我来说,这直观地导致了频谱变化,因为它增加了这个特定值的频率。

然而,一个随机序列的幅度重新分配,即它的分布,与它的自相关因此它的频谱无关

例如,有人可能会认为,如果您将信号缩减(量化)到极端程度,例如从 64 位到 2 位,您就完全改变了它的颜色。但这不是真的:减少信号的位会改变其分布,但相关属性(即频谱)不会改变。这是 64 位高斯白噪声频谱与 2 位均匀噪声频谱的对比(值可以是 -1、0 或 +1,概率相同): 比特减少

类似地,如果你硬削白噪声,你只会影响分布而不是相关性,这意味着光谱保持相同的颜色: 硬剪辑

但是,您确实会改变信号的方差,这会改变频谱的平均功率。

然而 :

所有前面的陈述都基于理想的白噪声,即具有无限带宽。但这并不存在,当您以数字方式生成白噪声,然后将这些样本输入 DAC 时,会对信号应用插值(低通滤波)以将其转换为连续时间。如果您在此过滤后发生硬剪辑,则 MBaz 的答案适用,您会得到他所解释的内容。这是一个过采样因子为 4 和 matlab 的interp()函数的示例: 过采样

这一切有点难以想象的一个原因可能与赌徒的谬误有关

如果我做出错误的假设,请纠正我。

有两种形式的削波:饱和(这是模拟设备所做的)和环绕(如果在中间计算中不使用多余的位或浮点,则往往会在数字域中发生)。

饱和意味着在我们削波时临时添加取反的输入信号(移除直流起始偏移)。环绕意味着在我们削波时临时添加一个大的 DC 偏移。当限幅仅限于单个样本(不太可能)并进行环绕处理时,我们会得到固定幅度非常大的脉冲。如果对单样本削波进行饱和处理,我们会得到与相应过冲相对应的幅度脉冲。

但是单样本削波将是一种异常情况,需要信号以高频噪声为主。

当然,这两种形式都与输入信号高度相关。对于任何非人工输入,它们都不像“添加白噪声”,因为输入信号的任何零转换都对应于“非削波”,并且有意义信号的零转换不会随机发生。

白噪声有几个定义。如果您采用所有样本独立的定义,则裁剪将改变单个样本的分布,但不会使它们相互依赖。结果将再次是独立样本,因此根据该定义是白噪声。