我們經常聽說白噪聲與粉紅噪聲，有的時候也要用到它們，如用猝發隨機進行模態測試時，則是使用白噪聲；對PP型聲強探頭進行相位校準時，則是使用粉紅噪聲。它們到底有什么區別呢？

關于白噪聲與粉紅噪聲的定義，相關標準均給出了明確的定義，如標準《JJG 1034 聲學計量名詞術語及定義》和《JB/T 8429 機械噪聲詞匯》等均給出了同樣的定義。

標準中對白噪聲定義為：用固定頻帶寬度測量時，頻譜連續并且均勻的噪聲。白噪聲的功率譜密度不隨頻率改變。或者說，如果在某個頻率范圍內單位頻帶寬度噪聲成分的強度與頻率無關，也就是具有均勻而連續的頻譜，則此噪聲稱為“白噪聲”。注：白噪聲不一定是無規噪聲。

在這個定義中，前提條件是用固定頻帶寬度或單位頻帶寬度測量，如頻率分辨率固定的窄帶譜，則屬于這種情況。頻譜連續均勻是表示白噪聲的頻率成分分布在整個頻帶上，且在每條譜線上的幅值大小均勻（等強度），即幅值相差不大，如圖1中綠色曲線所示的10kHz以內的白噪聲的頻譜的幅值就很均勻，具有隨機信號的特征。后一句是從能量的角度來考慮的，即功率譜密度不隨頻率變化，在所有的頻率上幅值大小相同，如圖1中紅色曲線所示為這個白噪聲的功率譜密度PSD。

圖1 10kHz以內的白噪聲頻譜圖

無規噪聲是指噪聲的幅值對時間的分布滿足正態（高斯）分布的噪聲。那么白噪聲的幅值不一定滿足正態分布，因此，白噪聲不一定是無規噪聲。描述信號的頻譜除了用固定頻帶帶寬測量之外，還可以用等比帶寬來測量，如倍頻程。如果用倍頻程來描述白噪聲，則每增加一個倍頻程帶，倍頻程中心頻率處的幅值增加3dB。

粉紅噪聲：用正比于頻率的頻帶寬度測量時，頻譜連續并且均勻的噪聲。粉紅噪聲的功率譜密度與頻率成反比。對于粉紅噪聲而言，滿足單位頻帶寬度的噪聲強度以每升高一個倍頻程下降3dB的變化，在等比帶寬內能量分布相等的連續譜噪聲。因此，粉紅噪聲的能量主要分布在中低頻段。

從以上定義可以看出，如果采用固定的頻帶寬度，那么粉紅噪聲的幅值強度將是下降的；如果采用正比于頻率的頻帶帶寬，如等比帶寬，那么能量分布是均勻的。對于固定頻率分辨率的窄帶譜而言，粉紅噪聲是隨頻率的增大反而降低的，如圖2所示，每增加一個倍頻程，PSD幅值降低3dB（對數顯示）。而對于等比的倍頻程而言，粉紅噪聲能量是分布均勻的，如圖3所示。

圖2 粉紅噪聲的PSD

圖3 粉紅噪聲的倍頻程

對于固定頻帶寬度的頻譜而言，白噪聲是等強度的，而粉紅噪聲隨頻率的增大反而降低，如圖4所示。對于1/1倍頻程而言，每個頻譜程是按2倍的關系來劃分的，因此，倍頻程屬于等比頻帶，那么，在這種顯示方式下，粉紅噪聲是連續均勻的，而白噪聲是隨著中心頻率的增加而增大，如圖5所示。

圖4 固定頻帶帶寬下的粉紅噪聲和白噪聲的PSD

圖5 倍頻程下的粉紅噪聲和白噪聲

對于常規的頻譜分析而言，頻率分辨率是固定不變的，此時白噪聲的幅值是連續均勻的，而粉紅噪聲是隨頻率的增加反而降低（如圖4所示）。這就是說，隨著頻率的增加，粉紅噪聲在每條譜線上的幅值是逐漸降低的。對于倍頻程而言，中心頻率越高，則這個倍頻程帶對應的頻率范圍越寬，包含的譜線數越多，而倍頻程每個中心頻率處對應的幅值是這個頻帶內所有譜線能量的疊加。由于白噪聲在每條譜線上的能量是相等的，因此，隨著中心頻率的增加，每個倍頻程帶包含的譜線越來越多，白噪聲的倍頻程幅值是遞增的。每增加一個倍頻程，譜線數加倍，因此，白噪聲的能量加倍，那么對應的能量幅值增量為3dB；對于粉紅噪聲而言，雖然每個倍頻程帶包含的譜線越來越多，但是頻率越高，譜線的幅值是遞減的，剛好，幅值遞減的速度與譜線增加的速率相當，使得粉紅噪聲在每個倍頻程帶上保持能量等強度。如果將每個倍頻程帶的白噪聲衰減3dB，那么可以將白噪聲轉化為粉紅噪聲。

通過上述分析，我們可以得出以下結論：

• 在線性頻帶寬度中，白噪聲的能量分布是均勻分布的，粉紅噪聲按每個倍頻程下降3dB分布；

• 在等比頻帶寬度中，白噪聲的能量是以每個倍頻程增加3dB分布的，粉紅噪聲是均勻分布的；

• 如果在白噪聲中加入一個每倍頻程衰減3dB的濾波器，則白噪聲可轉換得到粉紅噪聲。

由于白噪聲在單位頻帶上的能量分布是等強度的，那么，通常對結構進行激振器模態分析時，需要激起整個感興趣頻率范圍內的模態，那么應該用白噪聲激勵，激勵信號如猝發隨機、偽隨機、周期隨機等。在利用體積聲源進行NTF測量時，由于也要求在整個頻帶上相干系數接近1，那么，也經常用白噪聲。

在《什么是聲場？》一文中我們講到，在自由場的遠場中，距離每增加一倍，聲壓級降低6dB，如圖6所示。這個6dB是從線性幅值關系來考慮的，如果從能量角度來考慮，則是距離每增加一倍，聲能降低3dB，這符號粉紅噪聲的特點。因此，背景噪聲、擴音系統房間平衡等采用噪聲源的音頻應用很有可能會用到粉紅噪聲。室內混響時間測量也可以用粉紅噪聲。

圖6 距離增加一倍，聲壓級降低6dB

在對PP型聲強探頭進行相位校準、測量聲壓殘余聲強指數PRII時都是使用粉紅噪聲。

在進行聲腔模態測試時，由于主要關心的是低頻的聲腔模態，根據經驗公式，通常乘員艙的第一階聲腔模態頻率為聲速除以2倍的聲腔空間長度，因此，大多數車輛第一階聲腔模態頻率在50-100Hz之間，所以，此時可以用粉紅噪聲進行激勵。

總之，如果關心低頻，那么可以用粉紅噪聲；如果同時也關心中高頻，應該用白噪聲。