Фильтр перекрещивания звука
crossoverFilter Система object™ реализует фильтр перекрещивания звука, который используется для разделения звукового сигнала на две или более полос частот. Перекрестные фильтры представляют собой многополосные фильтры, общая частотная характеристика которых является плоской.
Для реализации фильтра перекрещивания звука:
Создать crossoverFilter и задайте его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как если бы это была функция.
Дополнительные сведения о работе системных объектов см. в разделе Что такое системные объекты?.
crossFilt = crossoverFilter создает объект System, crossFilt, который реализует фильтр перекрещивания звука.
crossFilt = crossoverFilter( устанавливает для свойства NumCrossovers значение nCrossovers)nCrossovers.
crossFilt = crossoverFilter( устанавливает для свойства CrossureFrequences значение nCrossovers,xFrequencies)xFrequencies.
crossFilt = crossoverFilter( устанавливает для свойства «Поперечные откосы» значение nCrossovers,xFrequencies,xSlopes)xSlopes.
crossFilt = crossoverFilter( устанавливает для свойства SampleRate значение nCrossovers,xFrequencies,xSlopes,Fs)Fs.
crossFilt = crossoverFilter(___, задает каждое свойство Name,Value)Name к указанному Value. Неопределенные свойства имеют значения по умолчанию.
crossFilt = crossoverFilter(2,'CrossoverFrequencies',[100,800],'CrossoverSlopes',[6,48]) создает объект System, crossFilt, с двумя кроссоверами, расположенными на частоте 100 Гц и 800 Гц, и поперечными уклонами 6 дБ/октава и 48 дБ/октава соответственно.[band1,...,bandN] = crossFilt(audioIn)audioInи возвращает отфильтрованные выходные полосы, [band1,...,bandN], где N = .NumCrossovers + 1
Чтобы использовать функцию объекта, укажите объект System в качестве первого входного аргумента. Например, для освобождения системных ресурсов объекта System с именем obj, используйте следующий синтаксис:
release(obj)
createAudioPluginClass и configureMIDI функции отображают настраиваемые свойства crossoverFilter Системный объект для пользовательских параметров:
| Собственность | Диапазон | Отображение | Единица |
|---|---|---|---|
CrossoverFrequencies | [20, 20000] | линейный | Hz |
CrossoverSlopes | [6, 48] | линейный | дБ/октава |
Используйте crossoverFilter объект для разделения гауссова шума на три отдельные полосы частот.
Создайте 5-секундный шумовой сигнал, предполагающий частоту дискретизации 24 кГц.
fs = 24e3; noise = randn(fs*5,1);
Создать crossoverFilter объект с 2 пересечениями (3 полосы), частотами пересечений на 4 кГц и 8 кГц, наклоном 48 дБ/октава, частотой дискретизации 24 кГц.
crossFilt = crossoverFilter( ... 'NumCrossovers',2, ... 'CrossoverFrequencies',[4000,8000], ... 'CrossoverSlopes',48, ... 'SampleRate',fs);
Визуализируйте амплитудную характеристику объекта перекрестного фильтра.
visualize(crossFilt)
Вызовите перекрестный фильтр, как функцию с шумовым сигналом в качестве аргумента.
[y1,y2,y3] = crossFilt(noise);
Визуализируйте результаты с помощью спектрограммы.
figure('Position',[100,100,800,700]) subplot(4,1,1) spectrogram(noise,120,100,6000,fs,'yaxis') title('Noise') subplot(4,1,2) spectrogram(y1,120,100,6000,fs,'yaxis') title('y1') subplot(4,1,3) spectrogram(y2,120,100,6000,fs,'yaxis') title('y2') subplot(4,1,4) spectrogram(y3,120,100,6000,fs,'yaxis') title('y3')
Используйте crossoverFilter объект для разделения звукового сигнала на три полосы частот.
Создать dsp.AudioFileReader и audioDeviceWriter объекты. Используйте частоту выборки устройства чтения в качестве частоты выборки устройства записи.
samplesPerFrame = 256; fileReader = dsp.AudioFileReader( ... 'RockGuitar-16-44p1-stereo-72secs.wav', ... 'SamplesPerFrame',samplesPerFrame); deviceWriter = audioDeviceWriter( ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate);
Создать crossoverFilter объект с 2 пересечениями (3 полосы), частотами пересечений на 500 Гц и 1 кГц, наклоном 18 дБ/октава. Используйте частоту дискретизации считывателя в качестве частоты дискретизации перекрестного фильтра.
crossFilt = crossoverFilter( ... 'NumCrossovers',2, ... 'CrossoverFrequencies',[500,1000], ... 'CrossoverSlopes',18, ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate);
Визуализируйте полосы перекрестного фильтра.
visualize(crossFilt)
Получите стоимость фильтра кроссовера.
cost(crossFilt)
ans = struct with fields:
NumCoefficients: 48
NumStates: 18
MultiplicationsPerInputSample: 48
AdditionsPerInputSample: 37
Создайте анализатор спектра для визуализации эффекта перекрестного фильтра.
scope = dsp.SpectrumAnalyzer( ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate, ... 'PlotAsTwoSidedSpectrum',false, ... 'FrequencyScale','Log', ... 'FrequencyResolutionMethod','WindowLength', ... 'WindowLength',samplesPerFrame, ... 'Title','Crossover Bands and Reconstructed Signal', ... 'ShowLegend',true, ... 'ChannelNames',{'Original Signal','Band 1','Band 2','Band 3','Sum'});
Воспроизведение 10 секунд звукового сигнала. Визуализация спектра исходного звука, перекрестных полос и восстановленного сигнала (сумма полос).
setup(scope,ones(samplesPerFrame,5)) count = 0; while count < (fileReader.SampleRate/samplesPerFrame)*10 originalSignal = fileReader(); [band1,band2,band3] = crossFilt(originalSignal); sumOfBands = band1 + band2 + band3; scope([originalSignal(:,1), ... band1(:,1), ... band2(:,1), ... band3(:,1), ... sumOfBands(:,1)]) deviceWriter(sumOfBands); count = count + 1; end release(fileReader) release(crossFilt) release(deviceWriter) release(scope)
Деэссенция - это процесс уменьшения звуков сибилянта в звуковом сигнале. Сибиланс относится к звукам s, z и sh в речи, которые могут быть непропорционально подчеркнуты во время записи. эс звуки подпадают под категорию невокализированной речи со всеми согласными и имеют более высокую частоту, чем звонкая речь. В этом примере к речевому сигналу применяется деэссенция в разделенном диапазоне путем разделения сигнала на высокие и низкие частоты, применения расширителя для уменьшения частот sibilant и последующего повторного смешивания каналов.
Создать dsp.AudioFileReader объект и audioDeviceWriter объект для чтения из звукового файла и записи в звуковое устройство. Прослушайте необработанный сигнал. Затем отпустите средство чтения файлов и устройство записи.
fileReader = dsp.AudioFileReader( ... 'Sibilance.wav'); deviceWriter = audioDeviceWriter; while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); deviceWriter(audioIn); end release(deviceWriter) release(fileReader)
Создание expander Системный объект отменяет звуковой сигнал. Установите частоту дискретизации расширителя на частоту дискретизации аудиофайла. Создайте двухполосный перекрестный фильтр с частотой перехода 3000 Гц. В этом диапазоне обычно встречается сибиланс. Задайте уклон пересечения равным 12. Постройте график частотной характеристики перекрестного фильтра, чтобы визуально подтвердить свой дизайн.
dRExpander = expander( ... 'Threshold',-50, ... 'AttackTime',0.05, ... 'ReleaseTime',0.05, ... 'HoldTime',0.005, ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate); crossFilt = crossoverFilter( ... 'NumCrossovers',1, ... 'CrossoverFrequencies',3000, ... 'CrossoverSlopes',12); visualize(crossFilt)
Создать timescope объект для визуализации исходных и обработанных аудиосигналов.
scope = timescope( ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate, ... 'TimeSpanOverrunAction','Scroll', ... 'TimeSpanSource','Property','TimeSpan',4, ... 'BufferLength',fileReader.SampleRate*8, ... 'YLimits',[-1 1], ... 'ShowGrid',true, ... 'ShowLegend',true, ... 'ChannelNames',{'Original','Processed'});
В цикле аудиопотока:
Чтение в кадре аудиофайла.
Разделение звукового сигнала на две полосы.
Примените динамическое расширение диапазона к верхней полосе.
Переделать каналы.
Запишите обработанный аудиосигнал на аудиоустройство для прослушивания.
Визуализация обработанных и необработанных сигналов во временном диапазоне.
Рекомендуется деблокировать объекты после их завершения.
while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); [band1,band2] = crossFilt(audioIn); band2processed = dRExpander(band2); procAudio = band1 + band2processed; deviceWriter(procAudio); scope([audioIn procAudio]); end release(deviceWriter) release(fileReader) release(scope)
release(crossFilt) release(dRExpander)
Плозивы - созвучные звуки, возникающие в результате внезапного высвобождения воздушного потока. Они наиболее выражены в словах, начинающихся со звуков p, d и g. Плосивы могут быть подчеркнуты в процессе записи и часто неудивительны, чтобы услышать. В этом примере сведение к минимуму спозивов речевого сигнала осуществляется с помощью фильтрации верхних частот и низкополосного сжатия.
Создать dsp.AudioFileReader объект и audioDeviceWriter объект для считывания звукового сигнала из файла и записи звукового сигнала в устройство. Воспроизведение необработанного сигнала. Затем отпустите средство чтения файлов и устройство записи.
fileReader = dsp.AudioFileReader('audioPlosives.wav'); deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fileReader.SampleRate); while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); deviceWriter(audioIn); end release(deviceWriter) release(fileReader)
Проектирование фильтра верхних частот с крутым накатом всех частот ниже 120 Гц. Использовать dsp.BiquadFilter изобретение позволяет реализовать конструкцию фильтра верхних частот. Создайте перекрестный фильтр с одним перекрестным фильтром на частоте 250 Гц. Перекрестный фильтр позволяет разделить интересующую полосу для обработки. Создайте компрессор динамического диапазона, чтобы сжать динамический диапазон плозивных звуков. Чтобы не применять прирост подпитки, установите MakeUpGainMode комуProperty" и используйте 0 дБ по умолчанию MakeUpGain значение свойства. Создайте область времени для визуализации обработанного и необработанного аудиосигнала.
[B,A] = designVarSlopeFilter(48,120/(fileReader.SampleRate/2),"hi"); biquadFilter = dsp.BiquadFilter( ... "SOSMatrixSource","Input port", ... "ScaleValuesInputPort",false); crossFilt = crossoverFilter( ... "SampleRate",fileReader.SampleRate, ... "NumCrossovers",1, ... "CrossoverFrequencies",250, ... "CrossoverSlopes",48); dRCompressor = compressor( ... "Threshold",-35, ... "Ratio",10, ... "KneeWidth",20, ... "AttackTime",1e-4, ... "ReleaseTime",3e-1, ... "MakeUpGainMode","Property", ... "SampleRate",fileReader.SampleRate); scope = timescope( ... "SampleRate",fileReader.SampleRate, ... "TimeSpanSource","property","TimeSpan",3, ... "BufferLength",fileReader.SampleRate*3*2, ... "YLimits",[-1 1], ... "ShowGrid",true, ... "ShowLegend",true, ... "ChannelNames",{'Original','Processed'});
В цикле аудиопотока:
Чтение в кадре аудиофайла.
Примените фильтрацию верхних частот с помощью биквад-фильтра.
Разделение звукового сигнала на две полосы.
Примените динамическое сжатие диапазона к нижней полосе.
Переделать каналы.
Запишите обработанный аудиосигнал на аудиоустройство для прослушивания.
Визуализация обработанных и необработанных сигналов во временном диапазоне.
Рекомендуется деблокировать объекты после их завершения.
while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); audioIn = biquadFilter(audioIn,B,A); [band1,band2] = crossFilt(audioIn); band1compressed = dRCompressor(band1); audioOut = band1compressed + band2; deviceWriter(audioOut); scope([audioIn audioOut]) end
Рекомендуется деблокировать объекты после их завершения.
release(deviceWriter) release(fileReader) release(crossFilt) release(dRCompressor) release(scope)
Создать dsp.AudioFileReader для чтения в аудио покадровом режиме. Создать audioDeviceWriter для записи звука на звуковую карту. Создать crossoverFilter для обработки аудиоданных. Вызовите визуализацию для построения графика частотных характеристик фильтров.
frameLength = 1024; fileReader = dsp.AudioFileReader('RockDrums-44p1-stereo-11secs.mp3', ... 'SamplesPerFrame',frameLength); deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fileReader.SampleRate); xFilt = crossoverFilter('SampleRate',fileReader.SampleRate); visualize(xFilt)
Звонить parameterTuner открытие пользовательского интерфейса для настройки параметров перекрестного фильтра во время потоковой передачи.
parameterTuner(xFilt)
В цикле аудиопотока:
Считывание в кадре звука из файла.
Применить перекрестную фильтрацию.
Запишите кадр звука на аудиоустройство для прослушивания.
Во время потоковой передачи настройте параметры фильтра кроссовера и прислушайтесь к эффекту.
while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); [low,high] = xFilt(audioIn); deviceWriter([low(:,1),high(:,1)]); drawnow limitrate % required to update parameter end
Рекомендуется деблокировать объекты после их завершения.
release(deviceWriter) release(fileReader) release(xFilt)
Объект crossover System реализован в виде двоичного дерева пар crossover с дополнительными фазово-компенсирующими секциями [1]. Кроссоверы нечётного порядка реализуются с фильтрами Баттерворта, в то время как кроссоверы чётного порядка реализуются с каскадными фильтрами Баттерворта (фильтрами Линквица-Райли).
Двухполосные фильтры нечетного порядка (один пересечение) реализованы в виде параллельных комплементарных фильтров верхних и нижних частот.
НД и ВД являются фильтрами Баттерворта порядка N, реализуемыми в виде секций прямого вида Ⅱ транспонированными секциями второго порядка. Общая частота отсечки, используемая в их конструкции, соответствует пересечению полученных полос.
Четные двухполосные (один перекрещивающийся) фильтры реализованы как параллельные комплементарные фильтры верхних и нижних частот.
НД и ВД - фильтры типа Butterworth порядка N/2, где N - порядок всего фильтра. Фильтры выполнены в виде секций второго порядка прямой Ⅱ транспонированной формы.
Для общих фильтров порядков 2 и 6 XHI умножается на -1 внутренне, так что ветви вашей пары кроссоверов находятся в фазе.
Четные трехполосные (два кроссовера) фильтры реализуются как параллельные комплементарные фильтры верхних и нижних частот, организованные в древовидной структуре.
Секция фазовой компенсации эквивалентна фильтру allpass.
Конструкция четырёхполосных и пятиполосных фильтров (три и четыре кроссовера) является расширением шаблона, разработанного для кроссоверов четного и нечетного порядка, и древовидной структуры, заданной для трёхполосных (два кроссовера) фильтров.
[1] Д'Апполито, Джозеф А. «Активная реализация многопутевых всепроходных кроссоверных систем». Журнал Общества аудиотехники. Том 35, выпуск 4, 1987, стр. 239-245.