crossoverFilter
Фильтр аудио-кроссовера
Описание
The crossoverFilter Система object™ реализует фильтр аудио-кроссовера, который используется для разделения аудиосигнала на два или более диапазона частот. Перекрестные фильтры являются многополосными фильтрами, общая величина частотной характеристики которых плоская.
Для реализации фильтра аудио-кроссовера:
Создайте
crossoverFilterОбъекту и установите его свойства.Вызывайте объект с аргументами, как будто это функция.
Дополнительные сведения о работе системных объектов см. в разделе «Что такое системные объекты?».
Создание
Синтаксис
Описание
crossFilt = crossoverFilter создает Системный объект, crossFilt, который реализует фильтр аудио-кроссовера.
crossFilt = crossoverFilter( устанавливает свойство NumCrossovers на nCrossovers)nCrossovers.
crossFilt = crossoverFilter( устанавливает свойство CrossoverFrequencies в nCrossovers,xFrequencies)xFrequencies.
crossFilt = crossoverFilter( устанавливает свойство CrossoverSlopes на nCrossovers,xFrequencies,xSlopes)xSlopes.
crossFilt = crossoverFilter( устанавливает свойство SampleRate на nCrossovers,xFrequencies,xSlopes,Fs)Fs.
crossFilt = crossoverFilter(___, устанавливает каждое свойство Name,Value)Name к заданной Value. Неопределенные свойства имеют значения по умолчанию.
crossFilt = crossoverFilter(2,'CrossoverFrequencies',[100,800],'CrossoverSlopes',[6,48]) создает Системный объект, crossFilt, с двумя кроссоверами, расположенными на частотах 100 Гц и 800 Гц, и наклонами кроссоверов 6 дБ/октава и 48 дБ/октава соответственно.Свойства
Использование
Описание
[band1,...,bandN] =
crossFilt(audioIn)audioIn, и возвращает отфильтрованные выходные полосы, [band1,...,bandN], где N = .NumCrossovers + 1
Входные параметры
Выходные аргументы
Функции объекта
Чтобы использовать функцию объекта, задайте системный объект в качестве первого входного параметра. Например, чтобы освободить системные ресурсы системного объекта с именем obj, используйте следующий синтаксис:
release(obj)
createAudioPluginClass и configureMIDI функции сопоставляют настраиваемые свойства crossoverFilter Системный объект по пользовательским параметрам:
| Свойство | Область значений | Отображение | Модуль |
|---|---|---|---|
CrossoverFrequencies | [20, 20000] | линейный | Hz |
CrossoverSlopes | [6, 48] | линейный | дБ/октава |
Примеры
Пропустите сигнал шума через перекрестный фильтр
Используйте crossoverFilter объект, чтобы разделить Гауссов шум на три отдельные полосы частот.
Создайте 5-секундный сигнал шума, который принимает частоту дискретизации 24 кГц.
fs = 24e3; noise = randn(fs*5,1);
Создайте crossoverFilter объект с 2 кроссоверами (3 полосы), частотами среза на 4 кГц и 8 кГц, наклоном 48 дБ/октава и частотой дискретизации 24 кГц.
crossFilt = crossoverFilter( ... 'NumCrossovers',2, ... 'CrossoverFrequencies',[4000,8000], ... 'CrossoverSlopes',48, ... 'SampleRate',fs);
Визуализируйте величину ответ объекта перекрестного фильтра.
visualize(crossFilt)
Вызовите перекрестный фильтр как функцию с сигналом шума 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')
Разделение аудиосигнала на три полосы
Используйте crossoverFilter объект для разделения аудиосигнала на три полосы частот.
Создайте dsp.AudioFileReader и audioDeviceWriter объекты. Используйте частоту дискретизации считывающего устройства в качестве частоты дискретизации средства записи.
samplesPerFrame = 256; fileReader = dsp.AudioFileReader( ... 'RockGuitar-16-44p1-stereo-72secs.wav', ... 'SamplesPerFrame',samplesPerFrame); deviceWriter = audioDeviceWriter( ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate);
Создайте crossoverFilter объект с 2 кроссоверами (3 полосы), частотами среза на 500 Гц и 1 кГц и наклоном 18 дБ/октава. Используйте частоту дискретизации считывателя как частоту дискретизации перекрестного фильтра.
crossFilt = crossoverFilter( ... 'NumCrossovers',2, ... 'CrossoverFrequencies',[500,1000], ... 'CrossoverSlopes',18, ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate);
Визуализация полос перекрестного фильтра.
visualize(crossFilt)
Получите стоимость перекрестного фильтра.
cost(crossFilt)
ans = struct with fields:
NumCoefficients: 48
NumStates: 18
MultiplicationsPerInputSample: 48
AdditionsPerInputSample: 37
Создайте анализатор спектра, чтобы визуализировать эффект 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'});
Воспроизведите 10 секунд аудиосигнала. Визуализируйте спектр исходного аудио, 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)
Применение деэссинга разделенного диапазона
Деэссинг - это процесс уменьшения одноуровневых звуков в аудиосигнале. Sibilance относится к звукам s, z и sh в речи, которые могут быть непропорционально подчеркнуты во время записи. es звуки попадают под категорию негласной речи со всеми согласными и имеют более высокую частоту, чем звонкая речь. В этом примере вы применяете деэссинг разделенного диапазона к речевому сигналу путем разделения сигнала на высокие и низкие частоты, применения расширителя для уменьшения одноуровневых частот и последующего ремиксирования каналов.
Создайте dsp.AudioFileReader объект и audioDeviceWriter объект для чтения из звукового файла и записи в аудио устройство. Прослушайте необработанный сигнал. Затем отпустите средство чтения файлов и средство записи.
fileReader = dsp.AudioFileReader( ... 'Sibilance.wav'); deviceWriter = audioDeviceWriter; while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); deviceWriter(audioIn); end release(deviceWriter) release(fileReader)
Создайте expander Системный объект для деэскалации аудиосигнала. Установите частоту дискретизации расширителя равную частоте дискретизации аудио файл. Создайте двухдиапазонный перекрестный фильтр с кроссовером 3000 Гц. Sibilance обычно встречается в этой области значений. Установите уклон кроссовера равным 12. Постройте график частотной характеристики перекрестного фильтра, чтобы подтвердить ваш проект визуально.
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)
Создайте 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 систему координат аудио файла.
Разделите аудиосигнал на две полосы.
Примените динамическое расширение области значений к верхней полосе.
Ремикшируйте каналы.
Запишите обработанный аудиосигнал в аудио устройство для прослушивания.
Визуализируйте обработанные и необработанные сигналы во временных возможностях.
Как лучшая практика, отпустите объекты после выполнения.
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)
Уменьшите Plosives от речевого сигнала
Плозивы являются созвучными звуками, возникающими в результате внезапного релиза воздушного потока. Они наиболее выражены в словах, начинающихся со звуков p, d и g. Плозивы могут быть подчеркнуты процессом записи и часто неприятно слышны. В этом примере вы минимизируете plosives речевого сигнала, применяя высокочастотную фильтрацию и низкополосное сжатие.
Создайте dsp.AudioFileReader объект и audioDeviceWriter объект для считывания аудиосигнала из файла и записи аудиосигнала в устройство. Воспроизведите необработанный сигнал. Затем отпустите средство чтения файлов и средство записи.
fileReader = dsp.AudioFileReader('audioPlosives.wav'); deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fileReader.SampleRate); while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); deviceWriter(audioIn); end release(deviceWriter) release(fileReader)
Проектируйте высокочастотный фильтр с крутым сгибом всех частот ниже 120 Гц. Использование dsp.BiquadFilter объект для реализации создания фильтра highpass. Создайте перекрестный фильтр с одним кроссовером на частоте 250 Гц. Перекрестный фильтр позволяет вам разделить интересующие полосы для обработки. Создайте динамический компрессор области значений для сжатия динамической области значений взрывных звуков. Чтобы не применять усиление подпитки, установите MakeUpGainMode в "Property" и используйте 0 дБ по умолчанию MakeUpGain значение свойства. Создайте временные возможности, чтобы визуализировать обработанный и необработанный аудиосигнал.
[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 систему координат аудио файла.
Применить фильтрацию highpass с помощью биквадного фильтра.
Разделите аудиосигнал на две полосы.
Примените динамическое сжатие области значений к нижней полосе.
Ремикшируйте каналы.
Запишите обработанный аудиосигнал в аудио устройство для прослушивания.
Визуализируйте обработанные и необработанные сигналы во временных возможностях.
Как лучшая практика, отпустите объекты после выполнения.
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
Как лучшая практика, отпустите объекты после выполнения.
release(deviceWriter) release(fileReader) release(crossFilt) release(dRCompressor) release(scope)
Настройка параметров перекрестного фильтра
Создайте dsp.AudioFileReader для чтения в аудиокадре за кадром. Создайте audioDeviceWriter чтобы записать аудио на звуковую карту. Создайте crossoverFilter для обработки аудио данных. Вызовите visualize, чтобы построить график 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)
Функции parameterTuner чтобы открыть пользовательский интерфейс для настройки параметров перекрестного фильтра во время потоковой передачи.
parameterTuner(xFilt)
В цикле аудиопотока:
Чтение в системе координат аудио из файла.
Применить перекрестную фильтрацию.
Запишите систему координат аудио в своё аудио устройство для прослушивания.
Во время потоковой передачи настраивайте параметры перекрестного фильтра и слушайте эффект.
while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); [low,high] = xFilt(audioIn); deviceWriter([low(:,1),high(:,1)]); drawnow limitrate % required to update parameter end
Как лучшая практика, отпустите объекты после выполнения.
release(deviceWriter) release(fileReader) release(xFilt)
Алгоритмы
Системный объект реализован как двоичное дерево пар crossover с дополнительными фазокомпенсирующими секциями [1]. Кроссоверы нечетного порядка реализованы с фильтрами Баттерворта, в то время как кроссоверы четного порядка реализованы с каскадными фильтрами Баттерворта (фильтрами Linkwitz-Riley).
Пара кроссовера нечетного порядка
Двухдиапазонные (один кроссовер) фильтры нечетного порядка реализованы как параллельные комплементарные фильтры highpass и lowpass.
LP и HP являются фильтрами Баттерворта порядка N, реализованными в виде прямоформных Ⅱ транспонированных секций второго порядка. Общая частота среза, используемая в их проекте, соответствует перекрестию полученных полос.
Пара кроссовера четного порядка
Четный двухдиапазонный (один перекрестный) фильтр реализован как параллельные комплементарные фильтры highpass и lowpass.
LP и HP являются фильтрами Баттерворта порядка N/2, где N - порядок всего фильтра. Фильтры выполнены в виде прямоформных Ⅱ транспонированных секций второго порядка.
Для общих фильтров порядков 2 и 6 , <reservedrangesplaceholder0> HI умножается на -1 внутри, так что ветви вашей пары кроссовера находятся в фазе.
Четный трехдиапазонный фильтр
Четный трехдиапазонный (два кроссовера) фильтр реализован как параллельные комплементарные фильтры highpass и lowpass, организованные в древовидной структуре.
Секция фазовой компенсации эквивалентна фильтру allpass.
Проект четырёхполосных и пятиполосных фильтров (три и четыре кроссовера) являются расширениями шаблона, разработанного для кроссоверов четного и нечетного порядков, и древовидной структуры, заданной для трёхполосных (два кроссовера) фильтров.
Ссылки
[1] D'Appolito, Joseph A. «Active Realization of Multivay All-Pass Crossover Systems». Журнал Общества Аудиотехники. Том 35, Выпуск 4, 1987, стр. 239-245.