Полоса октавы и дробный ленточный фильтр октавы
octaveFilter Система object™ выполняет полосу октавы или дробную полосу октавы, фильтрующую независимо через каждый входной канал. Полоса октавы является диапазоном частот, где самая высокая частота является дважды самой низкой частотой. Полоса октавы и дробные ленточные фильтры октавы обычно используются, чтобы подражать, как люди чувствуют громкость. Фильтры октавы лучше всего изучены, когда просматривается на логарифмическом масштабе, который модели, как человеческое ухо взвешивает спектр.
Выполнять полосу октавы или дробную фильтрацию полосы октавы на вашем входе:
Создайте octaveFilter объект и набор его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.
Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты? MATLAB.
octFilt = octaveFilter создает Системный объект, octFilt, это выполняет полосу октавы, фильтрующую независимо через каждый входной канал.
octFilt = octaveFilter( устанавливает свойство CenterFrequency на centerFreq)centerFreq.
octFilt = octaveFilter( устанавливает свойство Bandwidth на centerFreq,bw)bw.
octFilt = octaveFilter(___, наборы каждое свойство Name,Value)Name к заданному Value. Незаданные свойства имеют значения по умолчанию.
octFilt = octaveFilter(1000,'1/3 octave','SampleRate',96000) создает Системный объект, octFilt, с центральной частотой 1 000 Гц, 1/3 пропускной способностью фильтра октавы и частотой дискретизации 96 000 Гц.Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:
release(obj)
octaveFilter поддерживает дополнительные аналитические функции фильтра. Смотрите Анализируют Создание фильтра Октавы для деталей.
Используйте octaveFilter спроектировать 1/3 ленточный фильтр октавы, сосредоточенный на уровне 1 000 Гц. Обработайте звуковой сигнал с помощью создания фильтра октавы.
Создайте dsp.AudioFileReader объект.
samplesPerFrame = 1024; reader = dsp.AudioFileReader('RockGuitar-16-44p1-stereo-72secs.wav','SamplesPerFrame',samplesPerFrame);
Создайте octaveFilter объект. Используйте частоту дискретизации читателя как частота дискретизации фильтра октавы.
centerFreq = 1000; bw = '1/3 octave'; Fs = reader.SampleRate; octFilt = octaveFilter(centerFreq,bw,'SampleRate',Fs);
Визуализируйте ответ фильтра и проверьте, что он соответствует в маске класса 0 стандарта ANSI S1.11-2004.
visualize(octFilt,'class 0')Создайте спектр анализатор, чтобы визуализировать исходный звуковой сигнал и звуковой сигнал после фильтрации полосы октавы.
scope = dsp.SpectrumAnalyzer( ... 'SampleRate',Fs, ... 'PlotAsTwoSidedSpectrum',false, ... 'FrequencyScale','Log', ... 'FrequencyResolutionMethod','WindowLength', ... 'WindowLength',samplesPerFrame, ... 'Title','Octave-Band Filtering', ... 'ShowLegend',true, ... 'ChannelNames',{'Original signal','Filtered signal'});
Обработайте звуковой сигнал в цикле аудиопотока. Визуализируйте отфильтрованное аудио и исходное аудио. Как лучшая практика, выпустите Системные объекты, когда завершенный.
while ~isDone(reader) x = reader(); y = octFilt(x); scope([x(:,1),y(:,1)]) end release(octFilt) release(reader) release(scope)
Создайте фильтр октавы. Визуализируйте ответ фильтра и подтвердите это, это - совместимый класс 2.
octFilt = octaveFilter('CenterFrequency',1000); visualize(octFilt,'class 2')
Анализируйте фильтр с помощью fvtool.
fvtool(octFilt,'Fs',octFilt.SampleRate)
octaveFilter поддержка объектов несколько методов анализа фильтра. Для получения дополнительной информации используйте help в командной строке:
help octaveFilter.helpFilterAnalysis The following analysis methods are available for discrete-time filter System objects:
fvtool - Filter visualization tool
info - Filter information
freqz - Frequency response
phasez - Phase response
zerophase - Zero-phase response
grpdelay - Group delay response
phasedelay - Phase delay response
impz - Impulse response
impzlength - Length of impulse response
stepz - Step response
zplane - Pole/zero plot
cost - Cost estimate for implementation of the filter System object
measure - Measure characteristics of the frequency response
order - Filter order
coeffs - Filter coefficients in a structure
firtype - Determine the type (1-4) of a linear phase FIR filter System object
tf - Convert to transfer function
zpk - Convert to zero-pole-gain
ss - Convert to state space representation
isallpass - Verify if filter System object is allpass
isfir - Verify if filter System object is FIR
islinphase - Verify if filter System object is linear phase
ismaxphase - Verify if filter System object is maximum phase
isminphase - Verify if filter System object is minimum phase
isreal - Verify if filter System object is minimum real
issos - Verify if filter System object is in second-order sections form
isstable - Verify if filter System object is stable
realizemdl - Filter realization (Simulink diagram)
specifyall - Fully specify fixed-point filter System object settings
cascade - Create a FilterCascade System object
Second-order sections:
scale - Scale second-order sections of BiquadFilter System object
scalecheck - Check scaling of BiquadFilter System object
reorder - Reorder second-order sections of BiquadFilter System object
cumsec - Cumulative second-order section of BiquadFilter System object
scaleopts - Create an options object for second-order section scaling
sos - Convert to second-order-sections (for IIRFilter System objects only)
Fixed-Point (Fixed-Point Designer Required):
freqrespest - Frequency response estimate via filtering
freqrespopts - Create an options object for frequency response estimate
noisepsd - Power spectral density of filter output due to roundoff noise
noisepsdopts - Create an options object for output noise PSD computation
Multirate Analysis:
polyphase - Polyphase decomposition of multirate filter System object
gain (CIC decimator) - Gain of CIC decimator filter System object
gain (CIC interpolator) - Gain of CIC interpolator filter System object
For decimator, interpolator, or rate change filter System objects
the analysis tools perform computations relative to the rate at
which the filter is running. If a sampling frequency is specified,
it is assumed that the filter is running at that rate.
Help for octaveFilter.helpFilterAnalysis is inherited from superclass DSP.PRIVATE.FILTERANALYSIS
Создайте банк ленточного фильтра октавы, который соответствует ANSI S1.11-2004. Передайте белый шум через набор фильтров и смотрите получившуюся степень в каждой полосе.
Создайте фильтр октавы с настройками по умолчанию.
octFilt = octaveFilter;
Получите вектор допустимых центральных частот, учитывая центральную частоту octFilt. Создайте набор фильтров октавы с помощью допустимых центральных частот.
centerFrequencies = getANSICenterFrequencies(octFilt); for i = 1:11 octaveFilterBank{i} = octaveFilter(centerFrequencies(i),'FilterOrder',12); end
Используйте getFilter чтобы возвратить biquad объекты фильтра для каждого просачиваются ваш набор фильтров октавы. Визуализируйте набор фильтров октавы с линейной шкалой частоты. Визуализируйте набор фильтров октавы с логарифмической шкалой частоты. Логарифмическая шкала частоты заставляет центральные частоты казаться равномерно распределенными.
fvtool(octaveFilterBank{1}, ...
octaveFilterBank{2}, ...
octaveFilterBank{3}, ...
octaveFilterBank{4}, ...
octaveFilterBank{5}, ...
octaveFilterBank{6}, ...
octaveFilterBank{7}, ...
octaveFilterBank{8}, ...
octaveFilterBank{9}, ...
octaveFilterBank{10}, ...
octaveFilterBank{11}, ...
'Fs',octaveFilterBank{1}.SampleRate, ...
'FrequencyScale','Log');
Создайте белый шумовой сигнал. По определению белый шум имеет плоскую силу спектральная плотность.
whiteNoiseGenerator = dsp.ColoredNoise(0,1024); whiteNoise = whiteNoiseGenerator();
Передайте белый шумовой сигнал через банк ленточного фильтра октавы.
for i = 1:11 filteredWhiteNoise(:,i) = octaveFilterBank{i}(whiteNoise); end
Вычислите и постройте степень в каждой октаве.
for i = 1:11 powerPerBand(i) = bandpower(filteredWhiteNoise(:,i)); end bar(powerPerBand) title('Power Distribution of Octave-Band Filter Bank') set(gca,'XTickLabel',{round(centerFrequencies)}) xlabel('Center Frequency of Octave-Band Filter (Hz)') ylabel('Normalized Power')
Мощность полосы увеличивается фактором приблизительно двух, потому что пропускная способность октавы увеличивается фактором два. Распределение электроэнергии набора фильтров октавы подражает, как более высокие частоты восприняты громче в белом шуме. Можно использовать наборы фильтров октавы, чтобы взвесить спектр для воспринятой громкости.
Обработайте речевой сигнал использование различных полос октавы от банка ленточного фильтра октавы.
Спроектируйте 1/2 фильтр октавы с предполагаемой центральной частотой 800 Гц. Используйте isStandardCompliant найти самую близкую совместимую центральную частоту.
octFilt = octaveFilter(800,'1/2 octave'); [complianceStatus,suggestedCenterFrequency] = isStandardCompliant(octFilt,'class 0')
complianceStatus = logical 0 suggestedCenterFrequency = 841.3951
Измените центральную частоту octFilt возразите против предложенной центральной частоты, возвращенной isStandardCompliant. Получите список допустимых частот центра ANSI S1.11-2004, учитывая ваш заданный octFilt центральная частота.
octFilt.CenterFrequency = suggestedCenterFrequency; Fo = getANSICenterFrequencies(octFilt);
Создайте считывающее устройство звукового файла и средство записи аудио устройства.
fileReader = dsp.AudioFileReader('Counting-16-44p1-mono-15secs.wav'); deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fileReader.SampleRate);
Создайте осциллограф, чтобы визуализировать отфильтрованные и неотфильтрованные сигналы.
scope = dsp.SpectrumAnalyzer(... 'PlotAsTwoSidedSpectrum',false,... 'FrequencyScale','Log',... 'Title','Octave-Band Filtering',... 'ShowLegend',true,... 'ChannelNames',{'Original signal','Filtered signal'});
В цикле аудиопотока обработайте звуковой сигнал с помощью ленточного фильтра октавы. Варьируйтесь центральная частота, чтобы услышать эффект. Как лучшая практика, выпустите свои объекты после обработки.
index = 12; octFilt.CenterFrequency = Fo(index); count = 1; while ~isDone(fileReader) x = fileReader(); y = octFilt(x); scope([x,y]) deviceWriter(y); if mod(count,100)==0 octFilt.CenterFrequency = Fo(index); index = index+1; end count = count+1; end release(scope) release(deviceWriter) release(fileReader)
Удалите аддитивный шум из аудио тональной шкалы с помощью octaveFilter.
Создайте audioOscillator и audioDeviceWriter объекты со свойствами по умолчанию. Создайте octaveFilter объект с центральным набором частоты к 100 Гц.
osc = audioOscillator; deviceWriter = audioDeviceWriter; octFilt = octaveFilter(100);
В цикле аудиопотока слушайте тон, созданный вашим аудио генератором. Тон содержит аддитивный Гауссов шум.
for i = 1:400 x = osc(); x1 = x + 0.1*randn(512,1); deviceWriter(x1); if rem(i,100)==0 osc.Frequency = osc.Frequency*2; end end
Создайте спектр анализатор, чтобы просмотреть ваши отфильтрованные и неотфильтрованные сигналы.
scope = dsp.SpectrumAnalyzer( ... 'PlotAsTwoSidedSpectrum',false, ... 'FrequencyScale','Log', ... 'FrequencyResolutionMethod','WindowLength', ... 'Title','Octave-Band Filtering', ... 'ShowLegend',true, ... 'SpectralAverages',10, ... 'ChannelNames',{'Original signal','Filtered signal'});
Сбросьте частоту своего аудио генератора к его значению по умолчанию, 100 Гц.
osc.Frequency = 100;
В цикле аудиопотока отфильтруйте поврежденный тон с помощью ленточного фильтра октавы. Когда тональная частота изменений в цикле, измените центральную частоту своего фильтра октавы, чтобы соответствовать. Как лучшая практика, выпустите свое аудио устройство, однажды сделанное.
for i = 1:400 x = osc(); x1 = x + 0.1*randn(512,1); x2 = octFilt(x1); deviceWriter(x2); if rem(i,100)==0 osc.Frequency = osc.Frequency*2; octFilt.CenterFrequency = octFilt.CenterFrequency*2; end scope([x1,x2]) end release(deviceWriter) release(scope)
Спроектируйте фильтр октавы шестого порядка 1/3 с частотой дискретизации 96 кГц.
octFilt = octaveFilter('FilterOrder',6, ... 'Bandwidth','1/3 octave', ... 'SampleRate',96e3);
Задайте центральные частоты по стандарту ANSI S1.11-2004. Центральные частоты, заданные стандартом, зависят от Bandwidth и SampleRate свойства.
centerFrequencies = getANSICenterFrequencies(octFilt)
centerFrequencies = 1×41
104 ×
0.0004 0.0005 0.0006 0.0008 0.0010 0.0013 0.0016 0.0020 0.0025 0.0032 0.0040 0.0050 0.0063 0.0079 0.0100 0.0126 0.0158 0.0200 0.0251 0.0316 0.0398 0.0501 0.0631 0.0794 0.1000 0.1259 0.1585 0.1995 0.2512 0.3162 0.3981 0.5012 0.6310 0.7943 1.0000 1.2589 1.5849 1.9953 2.5119 3.1623 3.9811
Установите центральную частоту фильтра октавы к 19,953 кГц и визуализируйте ответ с маской податливости 'класса 0'.
octFilt.CenterFrequency = centerFrequencies(38);
visualize(octFilt,'class 0')
Красная маска на графике задает границы для ответа величины фильтра. Ответ величины этого фильтра выходит за предел верхней границы маски податливости приблизительно 6,6 кГц. Один способ противостоять этому состоит в том, чтобы увеличить порядка фильтра так, чтобы спад фильтра был более крутым.
Чтобы принести создание фильтра октавы в податливость, установите порядка фильтра октавы на 8.
octFilt.FilterOrder = 8;
Другая опция, чтобы принести создание фильтра октавы в податливость должна установить Oversample свойство к true. Это проектирует и запускает фильтр в дважды заданном SampleRate уменьшать эффекты билинейного преобразования во время стадии проектирования.
octFilt.FilterOrder = 6; octFilt.Oversample = true;
Спроектируйте фильтр октавы шестого порядка 2/3 с частотой дискретизации на 96 кГц.
octFilt = octaveFilter('FilterOrder',6, ... 'Bandwidth','2/3 octave', ... 'SampleRate',96e3);
Задайте центральные частоты по стандарту ANSI S1.11-2004. Центральные частоты, заданные стандартом, зависят от Bandwidth и SampleRate свойства.
centerFrequencies = getANSICenterFrequencies(octFilt)
centerFrequencies = 1×20
104 ×
0.0004 0.0006 0.0010 0.0016 0.0025 0.0040 0.0063 0.0100 0.0158 0.0251 0.0398 0.0631 0.1000 0.1585 0.2512 0.3981 0.6310 1.0000 1.5849 2.5119
Установите центральную частоту фильтра октавы к ~6 Гц и визуализируйте ответ с маской податливости 'класса 0'.
octFilt.CenterFrequency = centerFrequencies(2);
visualize(octFilt,'class 0')
Красная маска на графике задает границы для ответа величины фильтра. Ответ величины этого фильтра понижается нижняя граница маски податливости между 5.5 и 7,5 Гц.
Низкочастотные фильтры в наборе фильтров октавы очень низко нормировали центральные частоты, и фильтры, спроектированные для них, имеют полюса, которые находятся почти на модульном круге. Чтобы сделать этот ANSI фильтра совместимым, это должно проектироваться и работаться с более низкой частотой дискретизации.
Чтобы принести создание фильтра октавы в податливость, установите частоту дискретизации на 48 кГц.
octFilt.SampleRate = 48e3;
Создайте dsp.AudioFileReader читать в покадровом аудио. Создайте audioDeviceWriter записать аудио в вашу звуковую карту. Создайте octaveFilter обработать аудиоданные. Вызовите visualize построить частотную характеристику фильтра октавы.
frameLength = 1024; fileReader = dsp.AudioFileReader('RockDrums-44p1-stereo-11secs.mp3', ... 'SamplesPerFrame',frameLength); deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fileReader.SampleRate); octFilt = octaveFilter('SampleRate',fileReader.SampleRate); visualize(octFilt)
Вызовите parameterTuner открыть пользовательский интерфейс для настроек параметров octaveFilter при потоковой передаче.
parameterTuner(octFilt)
В цикле аудиопотока:
Читайте в системе координат аудио из файла.
Примените фильтрацию октавы.
Запишите систему координат аудио к вашему аудио устройству для слушания.
При потоковой передаче настройки параметров октавы фильтруют и слушают эффект.
while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); audioOut = octFilt(audioIn); deviceWriter(audioOut); drawnow limitrate % required to update parameter end
Как лучшая практика, выпустите свои объекты, однажды сделанные.
release(deviceWriter) release(fileReader) release(octFilt)
createAudioPluginClass и configureMIDI функции сопоставляют настраиваемые свойства octaveFilter к стоящим с пользователем параметрам:
| Свойство | Область значений | Отображение | Модули |
|---|---|---|---|
CenterFrequency | [3, 22000] | журнал | Гц |
Bandwidth | '1 octave', '2/3 octave', '1/2 octave', '1/3 octave', '1/6 octave', '1/12 octave', '1/24 octave', или '1/48 octave' | Ваша область значений MIDI-контроллера дискретизируется на семь уровней, соответствуя семи | –– |
octaveFilter Системный объект реализует цифровой метод разработки полосового фильтра высшего порядка, заданный в [1].
В этом методе разработки желаемый цифровой полосовой фильтр сопоставляет с аналоговым прототипом lowpass Баттерворта, который затем сопоставлен назад с цифровым полосовым фильтром:
Аналоговый Фильтр Баттерворта выражается как каскад секций второго порядка:
где:
N является порядком фильтра, заданным FilterOrder свойство.
Аналоговый Фильтр Баттерворта сопоставлен с цифровым фильтром с помощью полосовой версии билинейного преобразования:
где
Это отображение приводит к следующей замене:
Аналоговый прототип оценен:
Поскольку s второго порядка в z, полосовая версия билинейного преобразования является четвертым порядком в z.
[1] , Софокл Дж. Введение в обработку сигналов. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 2010.
[2] Акустическое общество Америки. Американская национальная стандартная спецификация для аналога полосы октавы и Дробной Полосы октавы и цифровых фильтров. ANSI S1.11-2004. Мелвилл, Нью-Йорк: акустическое общество Америки, 2009.
Octave Filter | dsp.BiquadFilter | multibandParametricEQ | octaveFilterBank | weightingFilter