Фильтр с частотным взвешиванием
weightingFilter Система object™ выполняет частотно-взвешенную фильтрацию независимо по каждому входному каналу.
Для выполнения частотно-взвешенной фильтрации:
Создать weightingFilter 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?.
weightFilt = weightingFilterweightFilt, которая выполняет взвешенную по частоте фильтрацию независимо по каждому входному каналу.
weightFilt = weightingFilter(weightType)weightType.
weightFilt = weightingFilter(weightType,Fs)Fs.
weightFilt = weightingFilter(___, задает каждое свойство Name,Value)Name к указанному Value. Неопределенные свойства имеют значения по умолчанию.
weightFilt = weightingFilter('C-weighting','SampleRate',96000) создает фильтр С-взвешиванием с частотой дискретизации 96 000 Гц.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)
Примечание
weightingFilter поддерживает дополнительные функции анализа фильтров. Дополнительные сведения см. в разделе Сравнение и анализ типов весов.
Проверьте состояние соответствия конструкций фильтров и визуализируйте их.
Создайте фильтр A-weighting с частотой дискретизации 22,5 кГц. Убедитесь, что фильтр соответствует стандартам, и визуализируйте конструкцию фильтра.
aWeight = weightingFilter('A-weighting','SampleRate',22500); complianceStatus = isStandardCompliant(aWeight,'class 1')
complianceStatus = logical
0
visualize(aWeight,'class 1')
Измените частоту дискретизации фильтра A-weighting на 44,1 кГц. Убедитесь, что фильтр соответствует стандартам, и визуализируйте конструкцию фильтра.
aWeight.SampleRate = 44100;
complianceStatus = isStandardCompliant(aWeight,'class 1')complianceStatus = logical
1
Используйте weightingFilter Система object™ разработать фильтр, взвешенный по А, а затем обработать аудиосигнал с использованием фильтра, взвешенного по частоте.
Создать dsp.AudioFileReader Системный объект.
samplesPerFrame = 1024; reader = dsp.AudioFileReader('Filename', ... 'RockGuitar-16-44p1-stereo-72secs.wav', ... 'SamplesPerFrame',samplesPerFrame, ... 'PlayCount',Inf);
Создать weightingFilter Системный объект. Используйте частоту дискретизации устройства считывания в качестве частоты дискретизации фильтра взвешивания.
Fs = reader.SampleRate;
weightFilt = weightingFilter('A-weighting',Fs);Создайте анализатор спектра для визуализации исходного звукового сигнала и звукового сигнала после частотно-взвешенной фильтрации.
scope = dsp.SpectrumAnalyzer( ... 'SampleRate',Fs, ... 'PlotAsTwoSidedSpectrum',false, ... 'FrequencyScale','Log', ... 'FrequencyResolutionMethod','WindowLength', ... 'WindowLength',samplesPerFrame, ... 'Title','A-Weighted Filtering', ... 'ShowLegend',true, ... 'ChannelNames',{'Original signal','Filtered signal'});
Обработка аудиосигнала в контуре аудиопотока. Визуализируйте отфильтрованный звук и исходный звук. Рекомендуется по завершении деблокировать системные объекты.
tic while toc < 20 x = reader(); y = weightFilt(x); scope([x(:,1),y(:,1)]) end release(weightFilt) release(reader) release(scope)
Сравните А-взвешенную, С-взвешенную и К-взвешенную фильтрацию звука двигателя.
Создайте фильтр взвешивания A, фильтр взвешивания C и фильтр взвешивания K. Сравнение и анализ фильтров с помощью FVTool.
wF{1} = weightingFilter;
wF{2} = weightingFilter('C-weighting');
wF{3} = weightingFilter('K-weighting');
fvtool(wF{1},wF{2},wF{3},'FrequencyScale','Log','Fs',wF{1}.SampleRate)
legend('A-weighting','C-weighting','K-weighting','location','best')
weightingFilter объект поддерживает несколько методов анализа фильтров. Для получения дополнительной информации используйте help в командной строке:
help weightingFilter.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 weightingFilter.helpFilterAnalysis is inherited from superclass DSP.PRIVATE.FILTERANALYSIS
Создать dsp.AudioFileReader и укажите звуковой файл. Создание audioDeviceWriter со свойствами по умолчанию. В цикле аудиопотока последовательно воспроизводите белый шум, а затем прослушивайте его, отфильтрованный через фильтры, взвешенные по шкале A, C и K.
fileReader = dsp.AudioFileReader('Engine-16-44p1-stereo-20sec.wav'); deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fileReader.SampleRate); fprintf('No filtering...')
No filtering...
for i = 1:400 x = fileReader(); if i==100 index = 1; fprintf('A-weighted filtering...') elseif i==200 index = 2; fprintf('C-weighted filtering...') elseif i==300 index = 3; fprintf('K-weighted filtering...\n') end if i>99 y = wF{index}(x); else y = x; end deviceWriter(y); end
A-weighted filtering...
C-weighted filtering...
K-weighted filtering...
Рекомендуется деблокировать объекты после их завершения.
release(deviceWriter) release(fileReader)
weightingFilter объект использует секции второго порядка (SOS) для фильтрации. Для извлечения конструкции весового фильтра используйте getFilter для возврата dsp.BiquadFilter объект с SOSMatrix и ScaleValues набор свойств.
Использовать weightingFilter для создания С-взвешенных и А-взвешенных объектов фильтра. Использовать getFilter для возврата соответствующего dsp.BiquadFilter объекты.
cFilt = weightingFilter('C-weighting'); aFilt = weightingFilter('A-weighting'); cSOSFilter = getFilter(cFilt); aSOSFilter = getFilter(aFilt);
Создайте устройство чтения аудиофайлов и устройство записи аудиосигналов для ввода/вывода аудиосигналов. Используйте частоту выборки устройства чтения в качестве частоты выборки устройства записи.
fileReader = dsp.AudioFileReader('JetAirplane-16-11p025-mono-16secs.wav'); deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fileReader.SampleRate);
В цикле аудиопотока воспроизводите нефильтрованный сигнал. Отпустите средство чтения файлов, чтобы при следующем вызове оно считывало данные с начала файла.
tic while toc<8 x = fileReader(); deviceWriter(x); end release(fileReader)
Воспроизведение сигнала, обработанного фильтром со взвешиванием A. Затем воспроизведите сигнал, обработанный С-взвешенным фильтром. Кэшировать мощность в каждом кадре исходных и отфильтрованных сигналов для анализа. Рекомендуется по завершении выпустить модуль чтения файлов и устройство записи.
y = []; count = 1; tic while ~isDone(fileReader) x = fileReader(); aFiltered = aSOSFilter(x); cFiltered = cSOSFilter(x); if toc>8 deviceWriter(cFiltered); else deviceWriter(aFiltered); end xPower(count) = var(x); aPower(count) = var(aFiltered); cPower(count) = var(cFiltered); y = [y;x]; count = count+1; end release(fileReader) release(deviceWriter)
Постройте график мощности исходного сигнала, А-взвешенного сигнала и С-взвешенного сигнала во времени.
subplot(2,1,1) spectrogram(y,512,256,4096,fileReader.SampleRate,'yaxis') title('Original Signal') subplot(2,1,2) t = linspace(0,16.3468,count-1); plot(t,xPower,'r',t,aPower,'b',t,cPower,'g') legend('Original Signal','A-Weighted','C-Weighted') xlabel('Time (s)') ylabel('Power')
Кривая А представляет собой широкий полосовой фильтр, центрированный на частоте 2,5 кГц, с затуханием приблизительно 20 дБ на частоте 100 Гц. Взвешенные по шкале SPL измерения уровня шума все чаще встречаются в литературе по продажам бытовой техники. В большинстве стран использование А-взвешивания предписано для защиты работников от шумовой глухоты. Стандарты ISO и ICOA предписывают взвешивание A для всех измерений шума гражданских воздушных судов.
ANSI S1.42.2001 [1] определяет эту весовую кривую. Стандарт IEC 61672-1: 2002 [2] определяет минимальные и максимальные пределы ослабления для фильтра A-weighting.
ANSI S1.42.2001 определяет весовую кривую путем задания аналоговых полюсов и нулей. Аудио Toolbox™ преобразует указанные полюса и нули в цифровую область с помощью билинейного преобразования:
C-кривая является «плоской», но с ограниченной полосой пропускания: она имеет углы -3 дБ при 31,5 Гц и 8 кГц. C-кривые используются в измерителях уровня звука для звуков, которые громче, чем те, которые предназначены для фильтров A-weighting.
ANSI S1.42-2001 [1] определяет кривую весового коэффициента C. Стандарт IEC 61672-1: 2002 [2] определяет минимальные и максимальные пределы ослабления для фильтров С-весов.
ANSI S1.42.2001 определяет весовую кривую путем задания аналоговых полюсов и нулей. Audio Toolbox преобразует указанные полюса и нули в цифровую область с помощью билинейного преобразования:
Фильтр K-взвешивания используется для нормализации громкости при широковещании. Он состоит из двух ступеней фильтрации: полочного фильтра первой ступени и фильтра верхних частот второй ступени.
Эта кривая определяется стандартом ITU-R BS.1770-4 [3].
Предположим, фильтр второго порядка.
|
|
В таблице приведены коэффициенты для фильтров.
| Коэффициенты полки первой ступени | Коэффициенты верхних частот второй ступени |
|---|---|
Коэффициенты, представленные ITU-R BS.1770-4, определены для 48 кГц. Эти коэффициенты повторно вычисляются для нестандартных скоростей дискретизации с использованием алгоритма, описанного в [4].
[1] Акустичное общество Америки. Расчетный отклик весовых сетей для акустических измерений. ANSI S1.42-2001. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Американский национальный институт стандартов, 2001 год.
[2] Международная электротехническая комиссия. Электроакустичные измерители уровня звука Часть 1: Технические характеристики. Первое издание. МЭК 61672-1. 2002–2005.
[3] Международный союз электросвязи. Алгоритмы измерения громкости аудиопрограмм и уровня звука истинного пика. BS.1770-4 ITU-R. 2015.
[4] Мэнсбридж, Стюарт, Соирс Финн и Джошуа Д. Рейсс. «Реализация и оценка автономного многопутевого управления Fader». Доклад, представленный на 132-й конференции Общества аудиотехники, Будапешт, Венгрия, 2012 год.
dsp.BiquadFilter | multibandParametricEQ | octaveFilter | Весовой фильтр
