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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 聲音頻譜分析

實驗內容

? ? ?? 本次實驗將通過matlab繪制各種聲音的頻譜圖去推算其頻譜范圍。其各種聲音來源于ESC-50聲音集，其采樣頻率為44.1KHz,采樣位數為16位，時長，音頻格式為WAV。

種聲音的頻譜分析

?汽車鳴笛聲

? ? ? ?? 對聲音庫中的兩段汽車鳴笛聲進行頻譜分析，然后對其采樣率進行降采樣然后再分析其頻譜變化。首先聽一下鳴笛聲1和鳴笛聲2，然后查看其時域波形和頻譜圖如下圖。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2.1 汽車鳴笛聲的頻譜

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2.2 汽車鳴笛聲時域圖

? ? ?? 從上面頻譜圖可以看出來，鳴笛聲1的頻率最高能達到19KHz，而鳴笛聲2的頻率最高能達到16KHz，其相同之處在鳴笛聲頻率以一定間隔重復出現。而從時域波形來看，很明顯鳴笛聲1為被截斷，而鳴笛聲2被以某種方式截斷了，這應該是鳴笛聲2頻譜頻率未達到19KHz的原因。2原因：按鍵按的方式、移動中錄制、采樣頻率

然后我們對鳴笛聲1進行降采樣為8KHZ，然后聽一聽鳴笛聲1的聲音變化。最后看其頻譜圖如下。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 圖2.3 鳴笛聲1降采樣后與原聲的對比頻譜

? ? ?? 從上圖中可以看出，被降采樣到8K之后的鳴笛聲頻譜只保存到4KHz，不僅丟失了4KHz之外的頻譜細節，而且在0.7s后的頻譜也丟失了。其對分類影響還需要以后驗證。雖然頻譜被降采樣到4KHz，但是人耳還是能辨別出其聲音，可見僅僅鳴笛聲的特點用其對頻率的變化并不敏感，我們需要尋找除頻譜之外的特征來用于分類。

雨聲

我同樣在ESC-50聲音集中尋找到三條雨聲用來分析頻譜，首先聽一下，雨聲1、雨聲2、雨聲3，然后觀察其頻譜和時域波形，如下圖。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2.4 雨聲頻譜圖

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圖2.5 雨聲時域圖

? ? ? ? ? ? ?? 通過上面頻譜圖可以看出，雨聲1頻譜只能達到8KHz，而雨聲2和雨聲3均能達到16KHz，且其在頻譜范圍內，功率分布均勻如同白噪聲。從這三個頻譜圖中還可以看出，其在最高頻處截斷的很平整，所以猜測錄制雨聲的機器并沒有采用44.1KHz的采樣率，而是后來經過了解釋采樣才達到44.1KHz的采樣率。為此，我將雨聲2進行降采樣到16KHz，然后保存到rain1_resample,然后觀察其頻譜圖和時域波形，見下圖。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 2.6 雨聲降采樣前后頻譜對比圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 圖2.7 雨聲降采樣前后時域波形對比圖

從上面頻譜對比圖可以看出，降采樣之后的頻譜范圍限制在8KHz之內，而且其功率譜密度變小了。其時域波形變化并不大，僅僅有些數據沒有采到。

消防車警報和警車警報

?? 我對消防車警報和警車警報進行了分析，其頻譜圖與時域波形如下圖。

圖2.7 消防車與警車的警報頻譜圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2.8 警車與消防車警報的時域波形圖

? ?? 從上面警車與消防車的頻譜圖可以看出，其基頻與諧振頻率區分度很高，而且警車的頻率從600Hz到1.4KHz之間隨時間線性變化，而消防車從600Hz到1.2KHz之間隨時間緩慢變化。對于這類聲音可以根據基頻來作為特征進行分類。

總結

? ? ? ? 通過上述實驗認識到，對于不同的聲音，對其進行降采樣會影響到其音色，即諧波分量，使其丟失聲音的高頻細節，在一定范圍內不會影響到人耳對他的識別，但在頻譜成分上就會出現有很大的差別。

? ? ? ? 通過查閱資料以及對這些實驗分析可以估計，32KHz的采樣率已經可以比較完整的保存聲音的完整度了，因此在實際的聲音采集設備中采用32KHz的采樣率即可。

（如有錯誤，請批評指正）

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的汽车鸣笛声、雨声和警笛声的频谱分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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