Взвешенный по частоте фильтр
The weightingFilter Система object™ выполняет взвешенную по частоте фильтрацию независимо по каждому входному каналу.
Для выполнения взвешенной по частоте фильтрации:
Создайте weightingFilter Объекту 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?».
weightFilt = weightingFilterweightFilt, который выполняет частотно-взвешенную фильтрацию независимо по каждому входному каналу.
weightFilt = weightingFilter(weightType)weightType.
weightFilt = weightingFilter(weightType,Fs)Fs.
weightFilt = weightingFilter(___, устанавливает каждое свойство Name,Value)Name к заданной Value. Неопределенные свойства имеют значения по умолчанию.
weightFilt = weightingFilter('C-weighting','SampleRate',96000) создает фильтр С-взвешиванием со скоростью дискретизации 96 000 Гц.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)
Примечание
weightingFilter поддерживает дополнительные функции анализа фильтра. Для получения дополнительной информации см. раздел Сравнение и анализ типов взвешивания.
Проверьте состояние податливости созданий фильтра и визуализируйте их.
Создайте фильтр для взвешивания А с частотой дискретизации 22,5 кГц. Проверьте соответствие фильтра стандарту и визуализируйте создание фильтра.
aWeight = weightingFilter('A-weighting','SampleRate',22500); complianceStatus = isStandardCompliant(aWeight,'class 1')
complianceStatus = logical
0
visualize(aWeight,'class 1')
Измените частоту дискретизации А-взвешивающего фильтра на 44,1 кГц. Проверьте соответствие фильтра стандарту и визуализируйте создание фильтра.
aWeight.SampleRate = 44100;
complianceStatus = isStandardCompliant(aWeight,'class 1')complianceStatus = logical
1
Используйте weightingFilter Система object™, чтобы спроектировать взвешенный по А фильтр, а затем обработать аудиосигнал, используя взвешенный по частоте создание фильтра.
Создайте dsp.AudioFileReader Системный объект.
samplesPerFrame = 1024; reader = dsp.AudioFileReader('Filename', ... 'RockGuitar-16-44p1-stereo-72secs.wav', ... 'SamplesPerFrame',samplesPerFrame, ... 'PlayCount',Inf);
Создайте weightingFilter Системный объект. Используйте частоту дискретизации считывающего устройства в качестве скорости дискретизации взвешивающего фильтра.
Fs = reader.SampleRate;
weightFilt = weightingFilter('A-weighting',Fs);Создайте анализатор спектра, чтобы визуализировать исходный аудиосигнал и аудиосигнал 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'});
Обработайте аудиосигнал в цикле аудиопотока. Визуализация отфильтрованного аудио и исходного аудио. В качестве наилучшей практики отпустите системные объекты по завершении.
tic while toc < 20 x = reader(); y = weightFilt(x); scope([x(:,1),y(:,1)]) end release(weightFilt) release(reader) release(scope)
Сравните A-взвешенную, C-взвешенную и K-взвешенную фильтрацию звука двигателя.
Создайте фильтр для взвешивания А, фильтр для взвешивания С и фильтр для взвешивания К. Сравните и проанализируйте фильтры 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')
The weightingFilter объект поддерживает несколько методов анализа фильтра. 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
Создайте dsp.AudioFileReader и задайте звуковой файл. Создайте audioDeviceWriter со свойствами по умолчанию. В цикле аудиопотока проигрывайте белый шум, а затем слушайте его, фильтрованный через A-взвешенный, C-взвешенный и K-взвешенный фильтры, последовательно.
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...
Как лучшая практика, отпустите объекты после выполнения.
release(deviceWriter) release(fileReader)
The weightingFilter объект использует для фильтрации секции второго порядка (SOS). Чтобы извлечь взвешивающее создание фильтра, используйте getFilter для возврата dsp.BiquadFilter объект со SOSMatrix и ScaleValues набор свойств.
Использование weightingFilter для создания объектов фильтра С-взвешенным и А-взвешенным. Использование getFilter для возврата соответствующих dsp.BiquadFilter объекты.
cFilt = weightingFilter('C-weighting'); aFilt = weightingFilter('A-weighting'); cSOSFilter = getFilter(cFilt); aSOSFilter = getFilter(aFilt);
Создайте считыватель аудио файла и аудио устройства средства записи для ввода/вывода аудио. Используйте частоту дискретизации Reader в качестве частоты дискретизации вашего средство записи.
fileReader = dsp.AudioFileReader('JetAirplane-16-11p025-mono-16secs.wav'); deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fileReader.SampleRate);
В цикле аудиопотока воспроизводите нефильтрованный сигнал. Отпустите программу чтения файлов, чтобы при следующем вызове она считывалась с начала файла.
tic while toc<8 x = fileReader(); deviceWriter(x); end release(fileReader)
Воспроизведение сигнала, обработанного A-взвешенным фильтром. Затем воспроизведите сигнал, обработанный С-взвешенным фильтром. Кэшируйте степень в каждой системе координат исходных и отфильтрованных сигналов для анализа. В качестве наилучшей практики отпустите устройство чтения файлов и средство записи после завершения.
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 степени исходного сигнала, A-взвешенного сигнала и C-взвешенного сигнала с течением 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')
A-кривая представляет собой широкий полосно-пропускающий фильтр с центром 2,5 кГц с ослаблением приблизительно 20 дБ при 100 Гц. Взвешенные SPL измерения уровня шума все чаще встречаются в литературе по продажам бытовой техники. В большинстве стран применение А-взвешивания предусмотрено для защиты трудящихся от глухоты, вызванной шумом. Стандарты ISO и ICOA предписывают А-взвешивание для всех измерений шума гражданских самолетов.
ANSI S1.42.2001 [1] задает эту весовую кривую. Стандарт IEC 61672-1: 2002 [2] определяет минимальные и максимальные пределы ослабления для А-взвешивающего фильтра.
ANSI S1.42.2001 задает кривую взвешивания путем определения аналоговых полюсов и нулей. Audio Toolbox™ преобразует указанные полюсы и нули в цифровую область с помощью билинейного преобразования:
C-кривая «плоская», но с ограниченной пропускной способностью: Она имеет углы -3 дБ с частотой 31,5 Гц и 8 кГц. C-кривые используются в шумомерах для звуков, которые громче, чем те, которые предназначены для А-утяжеляющих фильтров.
ANSI S1.42-2001 [1] задает кривую C-взвешивания. Стандарт IEC 61672-1: 2002 [2] определяет минимальные и максимальные пределы ослабления для фильтров С-взвешивания.
ANSI S1.42.2001 задает кривую взвешивания путем определения аналоговых полюсов и нулей. Audio Toolbox преобразует указанные полюсы и нули в цифровую область с помощью билинейного преобразования:
К-весовой фильтр используется для нормализации громкости в широковещательной передаче. Он состоит из двух этапов фильтрации: первой ступени стеллажного фильтра и второй ступени высокопрочного фильтра.
Стандарт ITU-R BS.1770-4 [3] задает эту кривую.
Предположим, что фильтр второго порядка.
|
|
Таблица показывает коэффициенты для фильтров.
| Коэффициенты полки первой ступени | Коэффициенты Highpass второго этапа |
|---|---|
Коэффициенты, представленные BS.1770-4 ITU-R, определены для 48 кГц. Эти коэффициенты пересчитываются для нестандартных частот дискретизации с помощью алгоритма, описанного в [4].
[1] Акустическое общество Америки. Расчетная характеристика утяжеляющих сетей для акустических измерений. ANSI S1.42-2001. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Американский национальный институт стандартов, 2001.
[2] Международная электротехническая комиссия. Электроакустика Звуковые Уровнемеры Часть 1: Спецификации. Первое издание. МЭК 61672-1. 2002–2005.
[3] Международное объединение электросвязи. Алгоритмы для измерения громкости аудиопрограммы и истинно-пикового уровня звука. Система ITU-R BS.1770-4. 2015.
[4] Мэнсбридж, Стюарт, Сирша Финн и Джошуа Д. Рейсс. «Реализация и оценка автономного многофазного управления». Документ представлен на 132-й конференции Общества аудиотехники, Будапешт, Венгрия, 2012 год.
dsp.BiquadFilter | multibandParametricEQ | octaveFilter | Weighting Filter
