Python实现所有算法-音频过滤器.上

原创 云深之无迹 2022-07-16 17:33


昨天忙一天没有时间写东西,在傍晚的时候发了一篇关于龙族的篡改版结局。


什么是死去?是终点,是诀别,是不可挽留, 是再也握不到的手,感觉不到的温度, 再也说不出口的“对不起”。


反正看懂的算看懂,看不懂的也无所谓,只是一个小说而已。


我的算法专栏已经鸽了两天了,可千万不能鸽了。


Python实现所有算法-二分法


Python实现所有算法-力系统是否静态平衡


Python实现所有算法-力系统是否静态平衡(补篇)


Python实现所有算法-高斯消除法


Python实现所有算法-牛顿-拉夫逊(拉弗森)方法


Python实现所有算法-雅可比方法(Jacobian)


Python实现所有算法-矩阵的LU分解


Python实现所有算法-牛顿前向插值


Python实现所有算法-正割法(Secant)


Python实现所有算法-牛顿优化法


截至上面的文章其实已经简单的对数值算法有了一个入门与认识。


今天来一点不一样的东西(属于数字信号处理):



  1. 是巴特沃斯的滤波器

  2. 无限长脉冲响应数字滤波器


主要是这两个。


我不是学这个的,之前就是了解过一些(好像我还有录音师的证),所以这篇文章有大量基础内容的编排。


聊起这个过滤器,我们又可以称为EQ均衡器,个人认为就好像一个过滤器一样,其实写到这里有点心虚,在英文里面确实是filter,就是过滤器一样。一个完整的数据流过来以后,在一组公式的处理下输出了新的内容,事实上不仅仅是声音,对于任何一个可以使用数字编码的信号都可以这样处理。


任何过滤器的想法都是控制什么通过,什么仍然被阻止,以及这种情况发生的程度。大道至简了嗷~


思来想去决定给一段更加专业的定义:在信号处理中,滤波器是一种从信号中去除一些不需要的成分或特征的设备或过程。滤波是一类信号处理,滤波器的定义特征是完全或部分抑制信号的某些方面。大多数情况下,这意味着删除一些频率或频带。然而,滤波器并不只作用于频域;特别是在图像处理领域,存在许多其他过滤目标。可以去除某些频率分量的相关性,而不必在频域中作用其他频率分量。滤波器广泛用于电子产品和电信,无线电,电视,录音,雷达,控制 系统,音乐 合成,图像 处理和计算机 图形.


这里就单独的拿出音频来说:


过滤器在音频制作中的工作方式相同。在轨道上方放置了一道屏障,这样只有特定的频率才能通过。这些可能是高频、低频或更具体的东西。除了去除某些频率之外,音频滤波器还可以放大它们。


常见的不同作用的过滤器有:


低通滤波器 ——通过低频,衰减高频。

高通滤波器 ——通过高频,衰减低频。

带通滤波器 ——仅通过频带中的频率。

带阻滤波器或带阻滤波器——仅衰减频带中的频率。

陷波滤波器 - 仅拒绝一个特定频率 - 极端带阻滤波器。

梳状滤波器 - 具有多个规则间隔的窄通带,使带形呈现梳状外观。

全通滤波器 ——所有频率都通过,但输出的相位被修改。



通滤波器是最常见的音频滤波器类型。它们有两种:高通(HPF)和低通(LPF)。顾名思义,这些滤波器允许高频或低频通过。使用任一类型的通滤波器,你首先设置一个截止频率。LPF 允许低于该截止频率的任何频率通过并衰减(或削减)任何高于该截止频率的频率。相反,HPF 允许任何高于截止频率的频率通过并衰减低于它的频率。


高通和低通滤波器可以为需要在频谱的上端或下端突出的轨道制造效果。但是,我们并不总是希望删除所有高hz或低hz信号。这是PASS过滤器派上用场的地方。在频谱上,我们加的这个过滤器看起来像水平线(有道理,对吧?)。这些线充当低端或高端的基础,也就是对比时要参考的坐标。这意味着你仍然可以使用 LPF 或 HPF,但不是完全删除不需要的频率,您只需降低它们的音量。相反,您也可以通过将PASS提高到高于频谱的其余部分来增加它们的音量。



带通滤波器的示意图


为了留下更具体的频率范围,我们使用带通滤波器。名称带通是指在频谱上选择的带宽或频率范围。要使用带通滤波器,首先要选择带宽(比如 500-700 Hz)。然后将提高该范围内的频率。超出范围的会衰减。更大的带宽意味着低Q 因子或更平缓的斜率。较窄的带宽会导致具有陡峭、陡峭斜率的高 Q 因子。


峰值滤波器和陷波滤波器:这两种滤波器类型从带通滤波器扩展而来,但将其发挥到了极致。这就是高Q因子发挥作用的地方。峰值和陷波滤波器不仅针对一系列频率,还针对一个特定频率。峰值滤波器会提升该特定频率,而陷波滤波器会衰减它。



就像这样


也许在一个音轨会在 60Hz 时发出轻微的嗡嗡声。你不想完全失去低频(这也是声音听起来有尿点的频段),但你需要减少嗡嗡声。陷波滤波器可以通过减法 EQ消除噪音,同时保持周围频率不变。同样,如果你想在不大幅改变 EQ 的情况下提升一个频率,请使用峰值滤波器。也就是我们平时音频播放器里面使用的EQ的功能,定向的来控制一个段的频率。



最终这些滤波器的曲线图就是这样


你也看到了,所有的滤波器函数都是可以使用数学函数表达:所有滤波器传递函数均源自模拟原型。


说到这里,啥又是传递函数???


把具有线性特性的对象的输入与输出间的关系,用一个函数(输出波形的拉普拉斯变换与输入波形的拉普拉斯变换之比)来表示的,称为传递函数。通俗理解就是,在电路应用中,如果我们把一个电路看作黑匣子,它有输入端,有输出端,传递函数就是输出与输入的比值。



Y是输出,下面是输入


球得麻die,Q因子是啥?品质因子听过没有?


这里就拿电容器来开刀:电容器的Q因子,也称为品质因数,或简称为Q,表示给定电容器在能量损失方面的效率。它被定义为:


其中QC是品质因数,XC是电容器的电抗,C是电容器的电容,RC是电容器的等效串联电阻(ESR),ω0是以弧度为单位进行测量的频率。


在AC系统中,Q因子表示存储在电容器中的能量与作为等效串联电阻中的热损耗消耗的能量的比率。


例如,一个能够存储2000焦耳能量而浪费仅1焦耳的电容器的Q因子为2000.由于Q是效率的衡量标准,理想的电容器将具有Q的无限值意味着没有能量损失在储存能量的过程中。这是因为理想电容器的ESR等于零。


Q因子不是常数值。由于两个原因,它随着频率而显着变化。第一个原因是上述等式中明显的ω0项。第二个原因是ESR在频率方面不是恒定值。由于趋肤效应,ESR随频率而变化,以及与介电特性相关的其他效应。


一个称为耗散因数(DF)的相关术语有时在电容器数据表中定义,而不是在Q因子中定义。在AC电路中,DF只是Q的倒数值。


在Python里面,出现init这个包,就是在把这个相对目录下的文件都算在包里面。

http://www.thermistors.cn/news/65.html
https://zhuanlan.zhihu.com/p/116414647
https://en.wikipedia.org/wiki/Signal_processing
http://www.thermistors.cn/news/65.html
https://www.masteringbox.com/audio-limiter/
https://baike.baidu.com/item/%E4%BC%A0%E9%80%92%E5%87%BD%E6%95%B0/2378887?fr=aladdin
https://www.elecfans.com/d/1648230.html
http://ethanwiner.com/book.htm


这里推荐这本书


评论
  • 随着全球向绿色能源转型的加速,对高效、可靠和环保元件的需求从未如此强烈。在这种背景下,国产固态继电器(SSR)在实现太阳能逆变器、风力涡轮机和储能系统等关键技术方面发挥着关键作用。本文探讨了绿色能源系统背景下中国固态继电器行业的前景,并强调了2025年的前景。 1.对绿色能源解决方案日益增长的需求绿色能源系统依靠先进的电源管理技术来最大限度地提高效率并最大限度地减少损失。固态继电器以其耐用性、快速开关速度和抗机械磨损而闻名,正日益成为传统机电继电器的首选。可再生能源(尤其是太阳能和风能
    克里雅半导体科技 2025-01-10 16:18 333浏览
  • 新年伊始,又到了对去年做总结,对今年做展望的时刻 不知道你在2024年初立的Flag都实现了吗? 2025年对自己又有什么新的期待呢? 2024年注定是不平凡的一年, 一年里我测评了50余块开发板, 写出了很多科普文章, 从一个小小的工作室成长为科工公司。 展望2025年, 中国香河英茂科工, 会继续深耕于,具身机器人、飞行器、物联网等方面的研发, 我觉得,要向未来学习未来, 未来是什么? 是掌握在孩子们生活中的发现,和精历, 把最好的技术带给孩子,
    丙丁先生 2025-01-11 11:35 466浏览
  • 01. 什么是过程能力分析?过程能力研究利用生产过程中初始一批产品的数据,预测制造过程是否能够稳定地生产符合规格的产品。可以把它想象成一种预测。通过历史数据的分析,推断未来是否可以依赖该工艺持续生产高质量产品。客户可能会要求将过程能力研究作为生产件批准程序 (PPAP) 的一部分。这是为了确保制造过程能够持续稳定地生产合格的产品。02. 基本概念在定义制造过程时,目标是确保生产的零件符合上下规格限 (USL 和 LSL)。过程能力衡量制造过程能多大程度上稳定地生产符合规格的产品。核心概念很简单:
    优思学院 2025-01-12 15:43 535浏览
  • 食物浪费已成为全球亟待解决的严峻挑战,并对环境和经济造成了重大影响。最新统计数据显示,全球高达三分之一的粮食在生产过程中损失或被无谓浪费,这不仅导致了资源消耗,还加剧了温室气体排放,并带来了巨大经济损失。全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗(SIX:AMS)近日宣布,艾迈斯欧司朗基于AS7341多光谱传感器开发的创新应用来解决食物浪费这一全球性难题。其多光谱传感解决方案为农业与食品行业带来深远变革,该技术通过精确判定最佳收获时机,提升质量控制水平,并在整个供应链中有效减少浪费。 在2024
    艾迈斯欧司朗 2025-01-14 18:45 71浏览
  • ARMv8-A是ARM公司为满足新需求而重新设计的一个架构,是近20年来ARM架构变动最大的一次。以下是对ARMv8-A的详细介绍: 1. 背景介绍    ARM公司最初并未涉足PC市场,其产品主要针对功耗敏感的移动设备。     随着技术的发展和市场需求的变化,ARM开始扩展到企业设备、服务器等领域,这要求其架构能够支持更大的内存和更复杂的计算任务。 2. 架构特点    ARMv8-A引入了Execution State(执行状
    丙丁先生 2025-01-12 10:30 478浏览
  • 数字隔离芯片是现代电气工程师在进行电路设计时所必须考虑的一种电子元件,主要用于保护低压控制电路中敏感电子设备的稳定运行与操作人员的人身安全。其不仅能隔离两个或多个高低压回路之间的电气联系,还能防止漏电流、共模噪声与浪涌等干扰信号的传播,有效增强电路间信号传输的抗干扰能力,同时提升电子系统的电磁兼容性与通信稳定性。容耦隔离芯片的典型应用原理图值得一提的是,在电子电路中引入隔离措施会带来传输延迟、功耗增加、成本增加与尺寸增加等问题,而数字隔离芯片的目标就是尽可能消除这些不利影响,同时满足安全法规的要
    华普微HOPERF 2025-01-15 09:48 92浏览
  • PNT、GNSS、GPS均是卫星定位和导航相关领域中的常见缩写词,他们经常会被用到,且在很多情况下会被等同使用或替换使用。我们会把定位导航功能测试叫做PNT性能测试,也会叫做GNSS性能测试。我们会把定位导航终端叫做GNSS模块,也会叫做GPS模块。但是实际上他们之间是有一些重要的区别。伴随着技术发展与越发深入,我们有必要对这三个词汇做以清晰的区分。一、什么是GPS?GPS是Global Positioning System(全球定位系统)的缩写,它是美国建立的全球卫星定位导航系统,是GNSS概
    德思特测试测量 2025-01-13 15:42 506浏览
  • 流量传感器是实现对燃气、废气、生活用水、污水、冷却液、石油等各种流体流量精准计量的关键手段。但随着工业自动化、数字化、智能化与低碳化进程的不断加速,采用传统机械式检测方式的流量传感器已不能满足当代流体计量行业对于测量精度、测量范围、使用寿命与维护成本等方面的精细需求。流量传感器的应用场景(部分)超声波流量传感器,是一种利用超声波技术测量流体流量的新型传感器,其主要通过发射超声波信号并接收反射回来的信号,根据超声波在流体中传播的时间、幅度或相位变化等参数,间接计算流体的流量,具有非侵入式测量、高精
    华普微HOPERF 2025-01-13 14:18 500浏览
  • 随着数字化的不断推进,LED显示屏行业对4K、8K等超高清画质的需求日益提升。与此同时,Mini及Micro LED技术的日益成熟,推动了间距小于1.2 Pitch的Mini、Micro LED显示屏的快速发展。这类显示屏不仅画质卓越,而且尺寸适中,通常在110至1000英寸之间,非常适合应用于电影院、监控中心、大型会议、以及电影拍摄等多种室内场景。鉴于室内LED显示屏与用户距离较近,因此对于噪音控制、体积小型化、冗余备份能力及电气安全性的要求尤为严格。为满足这一市场需求,开关电源技术推出了专为
    晶台光耦 2025-01-13 10:42 516浏览
  • 随着通信技术的迅速发展,现代通信设备需要更高效、可靠且紧凑的解决方案来应对日益复杂的系统。中国自主研发和制造的国产接口芯片,正逐渐成为通信设备(从5G基站到工业通信模块)中的重要基石。这些芯片凭借卓越性能、成本效益及灵活性,满足了现代通信基础设施的多样化需求。 1. 接口芯片在通信设备中的关键作用接口芯片作为数据交互的桥梁,是通信设备中不可或缺的核心组件。它们在设备内的各种子系统之间实现无缝数据传输,支持高速数据交换、协议转换和信号调节等功能。无论是5G基站中的数据处理,还是物联网网关
    克里雅半导体科技 2025-01-10 16:20 451浏览
  • 根据Global Info Research(环洋市场咨询)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机电池和电源产值达到2834百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为10.1%。 无人机电池是为无人机提供动力并使其飞行的关键。无人机使用的电池类型因无人机的大小和型号而异。一些常见的无人机电池类型包括锂聚合物(LiPo)电池、锂离子电池和镍氢(NiMH)电池。锂聚合物电池是最常用的无人机电池类型,因为其能量密度高、设计轻巧。这些电池以输出功率大、飞行时间长而著称。不过,它们需要
    GIRtina 2025-01-13 10:49 201浏览
  •   在信号处理过程中,由于信号的时域截断会导致频谱扩展泄露现象。那么导致频谱泄露发生的根本原因是什么?又该采取什么样的改善方法。本文以ADC性能指标的测试场景为例,探讨了对ADC的输出结果进行非周期截断所带来的影响及问题总结。 两个点   为了更好的分析或处理信号,实际应用时需要从频域而非时域的角度观察原信号。但物理意义上只能直接获取信号的时域信息,为了得到信号的频域信息需要利用傅里叶变换这个工具计算出原信号的频谱函数。但对于计算机来说实现这种计算需要面对两个问题: 1.
    TIAN301 2025-01-14 14:15 118浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦