如何从音频文件（.wav）中分离频率

Question

我想从 .wav 文件中分离低频、中频和高频。 为此，我使用 FFT 将数据从时域转换为频域。

借助 NAudio 读取文件和应用快速傅里叶变换的代码类似于

OpenFileDialog file = new OpenFileDialog();
        file.ShowDialog();
        WaveFileReader reader = new WaveFileReader(file.FileName);
        int samepleRate = reader.WaveFormat.SampleRate;
        double ts = 1.0 / samepleRate;
        int _fftLength = 4096;
        double time = reader.TotalTime.TotalSeconds;
        int channels = reader.WaveFormat.Channels;
        int _m = (int)Math.Log(_fftLength, 2.0);
        float fileSize = (float)reader.Length / 1048576;
        if (fileSize < 2)
            window = 8;
        else if (fileSize > 2 && fileSize < 4)
            window = 16;
        else if (fileSize > 4 && fileSize < 8)
            window = 32;
        else if (fileSize > 8 && fileSize < 12)
            window = 128;
        else if (fileSize > 12 && fileSize < 20)
            window = 256;
        else if (fileSize > 20 && fileSize < 30)
            window = 512;
        else
            window = 2048;


        byte[] readBuffer = new byte[reader.Length];

        reader.Read(readBuffer,0,readBuffer.Length);
        float[] data = ConvertByteToFloat(readBuffer,readBuffer.Length);            

        Complex[] fftBuffer= new Complex[_fftLength];
        int fftPos = 0;
        for (int i = 0; i < _fftLength; i++)
        {
            fftBuffer[fftPos].X = (float)(data[i] * NAudio.Dsp.FastFourierTransform.HammingWindow(i,_fftLength));
            fftBuffer[fftPos].Y = 0;
            fftPos++;
        }
        NAudio.Dsp.FastFourierTransform.FFT(true, _m, fftBuffer);

private float[] ConvertByteToFloat(byte[] array, int length)
    {
        int samplesNeeded = length / 4;
        float[] floatArr = new float[samplesNeeded];

        for (int i = 0; i < samplesNeeded; i++)
        {
            floatArr[i] = (float)BitConverter.ToInt32(array, i * 4);
        }

        return floatArr;
    }

 //ZedGraph code 
        GraphPane myPane = zedGraphControl1.GraphPane;
        myPane.Title.Text = "Frequency domain output";
        PointPairList list1 = new PointPairList();
        PointPairList list2 = new PointPairList();
        for (int i = 0; i < fftBuffer.Length; i++)
        {
            list1.Add(i, fftBuffer[i].Y);
        }
        list2.Add(0, 0);
        //list2.Add(time, 0);uncomment this and remove below to plot time domain graph
        var maxIndex = -1;
        var maxValue = 0f;
        for (var j = 0; j < _fftLength / 2; j++)
        {
            var value = fftBuffer[j].X * fftBuffer[j].X
                + fftBuffer[j].Y * fftBuffer[j].Y;

            if (value > maxValue)
            {
                maxIndex = j;
                maxValue = value;
            }
            var freq = maxIndex == -1 ? 0
           : (ushort)Math.Round((_fftLength - maxIndex) / (_fftLength * ts));
            list2.Add(freq, 0);
        }
        if (myCurve1 != null && myCurve2 != null)
        {
            myCurve1.Clear();
            myCurve2.Clear();
        }

        myCurve1 = myPane.AddCurve(null, list1, Color.Blue, SymbolType.None);
        myCurve1.IsX2Axis = true;
        myCurve2 = myPane.AddCurve(null, list2, Color.Black, SymbolType.None);
        myPane.XAxis.Scale.MaxAuto = true;
        myPane.XAxis.Scale.MinAuto = true;
        myPane.YAxis.Title.Text = "Amplitude";
        myPane.XAxis.Title.Text = "Frequency";
        zedGraphControl1.AxisChange();
        zedGraphControl1.Invalidate();

现在我得到了频域数据，并将其绘制在 ZedGraph 上，Y 轴为振幅，X 轴为频率。 FFT output on ZedGraph

现在我有复杂的数据作为 FFT 输出，但是如何将下面列出的频率与给定的数据分开，以及如何生成或播放该特定频率的文件。

1. 低 - 20Hz 到 500Hz
2. 中 - 500Hz 到 4KHz
3. 高 - 4KHz 到 20KHz

任何建议或指导将不胜感激..!!

Answer 1

如果您只想过滤音频流，您将采用一种计算成本高昂的方法。 FFT 非常适合识别光谱特征。但是如果你想从时间到频率并回到时间，那就是大量的数字运算（你很可能不喜欢你听到的）。如果您保留当前规定的路径，则需要在频域中进行某种形式的屏蔽，然后转换回时间。当您转换回时间（真实产品）时，它会听起来“肮脏”（您将需要实现某种形式的想象到真实的合并）。在您的代码中，您形成一个幅度平方以返回实时序列（注意 - 这会给您一个校正信号 - 这听起来应该很嘶嘶声）。

如果您想隔离特定波段，请从某种形式的 FIR 带通滤波器开始。如果您想在开发过程中听到结果，请查看如何使用 Android AudioTrack 类的示例。