使用 python 对音频样本应用过滤器答案

【问题标题】：Apply a filter on an audio sample with python使用 python 对音频样本应用过滤器
【发布时间】：2018-03-24 22:25:49
【问题描述】：

我正在尝试通过 Python 迁移我的 Matlab 代码，但在过滤函数方面遇到了一些问题。

这是上下文：

我通过调用以下函数创建了一个巴特沃斯滤波器（fc 是带通中心频率，q 是它的品质因数，n 是它的阶数) :

def bandpass(fc, q, n):
    bw = fc / q
    low = fc - bw/2
    high = fc + bw/2
    return butter(N=n, Wn=[low, high], btype='band', analog=True)

我已经从音频信号（单声道，以 fs = 48000 采样，16 位整数）检索数据。当我绘制滤波器的频率响应或音频样本的幅度谱时，两者都给出了我所期望的结果。

代码如下：

# Imports
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import scipy.io.wavfile as sw
from scipy import signal
from scipy.signal import butter, lfilter

# Read audio file
fs, y = sw.read(file)
# Nb of samples and time scale
N = len(y)
t = np.linspace(0, N/fs, N)
# Plot amplitude spectrum
plt.plot(t, y/max(y))

# Filter creation
b, a = bandpass(1000, 5, 2)
w, h = signal.freqs(b, a, np.logspace(0, 5, 20000))
# Plot frequential response
plt.semilogx(w, 20 * np.log10(abs(h)));

# Apply filter on audio signal
lfilter(b, a, y) # < Give unexepected results

然后是我陷入困境的部分：我正在尝试对音频样本应用巴特沃斯滤波器，但它似乎不起作用，因为滤波后的信号向无穷大发散并最终在 未知原因的 NaN 值。尽管遵循了文档，但我认为我错过了一步。我也尝试了 filtfilt()，因为它出现在我所做的一些研究中，但它也不起作用。

这是我使用 Matlab 获得的 expected result，我正在尝试复制它。

我错过了什么？

感谢您的回答:)

额外问题：我怎样才能绘制这个3d view（Matlab 中的view(-45,65)）？

【问题讨论】：

我从来没有做过这样的事情，但我检查了文档，lfilter 不能在原地工作。因此，lfilter(b, a, y) 什么都不做；该函数的结果被丢弃，因为您没有将它们分配回某些东西，例如something = lfilter(b, a, y)
显示整个代码，包括导入。另外，不知道是错误还是拼写错误（很可能是第二个），您的返回函数中缺少 ]。
是的，我没有指定它，但我实际上保存了结果（这就是为什么我知道它以 NaN 结尾，它看起来像：array([-1.10000000e+05, 1.54463492e+07, 5.65446349e+08, ..., nan, nan, nan])，但是由于数据不正确，我无法绘制它

标签： python matlab numpy audio scipy

【解决方案1】：

您有一个采样（即离散时间）信号。要对其进行过滤，您必须使用离散过滤器，因此butter 的analog 参数必须为False（这是默认值）。

要分析数字滤波器的频率响应，请使用freqz，而不是freqs。

请参阅How to implement band-pass Butterworth filter with Scipy.signal.butter，了解有关带通滤波器的相关问题和答案。

【讨论】：