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科學(xué)音頻處理(三):如何使用 Octave 的高級數(shù)學(xué)技術(shù)處理音頻文件

系統(tǒng) Linux 系統(tǒng)運(yùn)維
我們的數(shù)字音頻處理技術(shù)第三部分涵蓋了信號調(diào)制內(nèi)容,將解釋如何進(jìn)行調(diào)幅、顫音效果和頻率變化。

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我們的數(shù)字音頻處理技術(shù)第三部分涵蓋了信號調(diào)制內(nèi)容,將解釋如何進(jìn)行調(diào)幅(Amplitude Modulation)、顫音效果(Tremolo Effect)和頻率變化(Frequency Variation)。

調(diào)制

調(diào)幅

正如它的名字暗示的那樣, 影響正弦信號的振幅變化依據(jù)傳遞的信息而不斷改變。正弦波因?yàn)槌休d著大量的信息被稱作載波(carrier)。這種調(diào)制技術(shù)被用于許多的商業(yè)廣播和市民信息傳輸波段(AM)。

為何要使用調(diào)幅技術(shù)?

調(diào)制發(fā)射

假設(shè)信道是免費(fèi)資源,有天線就可以發(fā)射和接收信號。這要求有效的電磁信號發(fā)射天線,它的大小和要被發(fā)射的信號的波長應(yīng)該是同一數(shù)量級。很多信號,包括音頻成分,通常在 100 赫茲或更低。對于這些信號,如果直接發(fā)射,我們就需要建立長達(dá) 300 公里的天線。如果通過信號調(diào)制將信息加載到 100MHz 的高頻載波中,那么天線僅僅需要 1 米(橫向長度)。

集中調(diào)制與多通道

假設(shè)多個(gè)信號占用一個(gè)通道,調(diào)制可以將不同的信號不同頻域位置,以便接收者選擇該特定信號。使用集中調(diào)制(“復(fù)用”)的應(yīng)用有遙感探測數(shù)據(jù)、立體聲調(diào)頻收音機(jī)和長途電話等。

克服設(shè)備限制的調(diào)制

信號處理設(shè)備,比如過濾器、放大器,以及可以用它們簡單組成的設(shè)備,它們的性能依賴于信號在頻域中的境況以及高頻率和低頻信號的關(guān)系。調(diào)制可以用于傳遞信號到頻域中的更容易滿足設(shè)計(jì)需求的位置。調(diào)制也可以將“寬帶信號“(高頻和低頻的比例很大的信號)轉(zhuǎn)換成”窄帶“信號。

音頻特效

許多音頻特效由于引人注目和處理信號的便捷性使用了調(diào)幅技術(shù)。我們可以說出很多,比如顫音、合唱、鑲邊等等。這種實(shí)用性就是我們關(guān)注它的原因。

顫音效果

顫音效果是調(diào)幅最簡單的應(yīng)用,為實(shí)現(xiàn)這樣的效果,我們會(huì)用周期信號改變(乘)音頻信號,使用正弦或其他。

  1. >> tremolo='tremolo.ogg'
  2. >> fs=44100; 
  3. >> t=0:1/fs:10; 
  4. >> wo=2*pi*440*t; 
  5. >> wa=2*pi*1.2*t; 
  6. >> audiowrite(tremolo, cos(wa).*cos(wo),fs); 

 Tremolo

這將創(chuàng)造一個(gè)正弦形狀的信號,它的效果就像‘顫音’。

 Tremolo Shape

在真實(shí)音頻文件中的顫音

現(xiàn)在我們將展示真實(shí)世界中的顫音效果。首先,我們使用之前記錄過男性發(fā)聲 ‘A’ 的音頻文件。這個(gè)信號圖就像下面這樣:

  1. >> [y,fs]=audioread('A.ogg'); 
  2. >> plot(y); 

 

 

 

 Vocal

現(xiàn)在我們將創(chuàng)建一個(gè)完整的正弦信號,使用如下的參數(shù):

  • 增幅 = 1
  • 頻率= 1.5Hz
  • 相位 = 0 
  1. >> t=0:1/fs:4.99999999; 
  2. >> t=t(:); 
  3. >> w=2*pi*1.5*t; 
  4. >> q=cos(w); 
  5. >> plot(q); 

注意: 當(dāng)我們創(chuàng)建一組時(shí)間值時(shí),默認(rèn)情況下,它是以列的格式呈現(xiàn),如, 1x220500 的值。為了乘以這樣的值,必須將其變成行的形式(220500x1)。這就是 t=t(:) 命令的作用。

 Sinusodial

我們將創(chuàng)建第二份 ogg 音頻格式的文件,它包含了如下的調(diào)制信號:

  1. >> tremolo='tremolo.ogg'
  2. >> audiowrite(tremolo, q.*y,fs); 

 

 

 

 

 

 Tremolo Signal

頻率變化

我們可以改變頻率實(shí)現(xiàn)一些有趣的音效,比如原音變形,電影音效,多人比賽。

正弦頻率調(diào)制的影響

這是正弦調(diào)制頻率變化的演示代碼,根據(jù)方程:

  1. Y=Ac*Cos(wo*Cos(wo/k)) 

這里:

  • Ac = 增幅
  • wo = 基頻
  • k = 標(biāo)量除數(shù)
  1. >> fm='fm.ogg'
  2. >> fs=44100; 
  3. >> t=0:1/fs:10; 
  4. >> w=2*pi*442*t; 
  5. >> audiowrite(fm, cos(cos(w/1500).*w), fs); 
  6. >> [y,fs]=audioread('fm.ogg'); 
  7. >> figure (); plot (y); 

信號圖:

你可以使用幾乎任何類型的周期函數(shù)頻率調(diào)制。本例中,我們僅僅用了一個(gè)正弦函數(shù)。請大膽的改變函數(shù)頻率,用復(fù)合函數(shù),甚至改變函數(shù)的類型。

責(zé)任編輯:龐桂玉 來源: Linux中國
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