python音频实时频谱分析_基于python的音频设计及频谱分析

74 Internet Technology 互联网 + 技术一、引言 WAV 是 Microsoft 开发的一种声音文件格式，虽然它支持多种压缩格式，但是它通常被用来保存未压缩的声音数据(PCM 脉冲编码调制 )。WAV 有三个重要的参数：声道数、采样频率和量化位数。wav 文件最重要的就是声音信息的存贮，因此写入音频文件就以 wav 的文件格式。二、技术原理创建音频需要先了解几个产生声音的因素，声音是由震动产生，表现为波的形式，波有频率、振幅等参数。对于声波而言，频率越大，音调越高，反之越低。振幅越大，声音越大，反之越小。波是连续的(无穷的)，计算机存储是离散的，要想用有限存储无限，这是不可能的，因此，要每隔一段时间对波进行一次采样，一般采样率是 44.1kHZ( k 既千位符号 ,1kHZ=1000HZ)。而波在每个时刻对应的有一个能量值，通常用 16bit 有符号整数进行存储，因此采样率通常为 16bit。另外，创建音频，声道是极其重要的变量，通俗的解释声道是指声音在录制或播放时在不同空间位置采集或回放的相互独立的音频信号，所以声道数也就是声音录制时的音源数量或回放时相应的扬声器数量。运用 python 语言，在这里以 .wav 文件格式为例，引入库 wave、math、struct 等库，设置音频的基础变量，根据想要读写的音频，对各个变量进行合理的设置。 2.1 创建音频的主要参数创建一个以 .wav 为后缀的文件，setframerate 为该 wav 音频设置采样频率，setnchannels函数设置声道数，声道数是不同发声的音响个数，它是衡量音响设备的重要指标，单声道的声道数为 1 个声道，双声道的声道数为 2 个声道，立体声道的声道数默认为 2 个声道，立体声道(4 声道)的声道数为4个声道，通常情况下音频单声道nchannels设置为1。音频的参数还有 sampwidth，它是量化位数，可以理解为声音的宽度，创建音频还需要音量 t，录入声音的时间 dt，另外还需将声音频率设为 -32768 到 32768，并且为正弦变化曲线。人耳能听到的声波频率范围是 20Hz ~20000Hz，并且人耳对 160Hz~2500Hz 的声音比较敏感，因此将声音频率转为 8bit 二进制数据，将这些写入音频文件中。 2.2 绘制波形图首先载入 python 的标准库，然后调用 wave.open 函数打基于 python 的音频设计及频谱分析 □翟顺诚河南大学(计算机科学与技术) 【摘要】用 python 语言进行音频的开发十分高效，python 众多的库为开发提供了极大的便利。文中利用 python 语言对音频设计，介绍如何读写 WAV 文件，如何利用声卡实时地进行声音的输入输出，以及频谱分析的相关内容。【关键词】 python 音频声道频率开wav文件，注意使用”rb”(二进制模式)打开文件，用getparams一次性返回所有wav文件的格式信息，它返回的是一个元祖，wave 只支持非压缩的数据，因此可以忽略最后 getparams 函数的最后两个参数，之后通过 readframes 将getparams 返回的元祖获取到，由于 readframes 返回的是二进制数据，接下来将声道数和量化单位，将读取的二进制数据转换为可以计算的数组，fromstring 函数可将字符串转换为数组，由于我们的声音格式是以两个字节表示一个取样值，因此采用 short 数据类型转换。现在我们得到的 wave_data 是一个一维的 sh

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