python - 使用 python 对音频样本应用过滤器

Question

我正在尝试将我的 Matlab 代码迁移到 Python，但我在过滤函数方面遇到了一些问题。

上下文如下:

我通过调用以下函数创建了巴特沃斯滤波器(fc 是带通中心频率，q 是其品质因数，n 是其阶数):

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)

我已经从音频信号中检索了数据(单声道，在 fs = 48000 采样，16 位整数)。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:我试图在音频样本上应用巴特沃斯滤波器，但它似乎不起作用，因为滤波后的信号发散到无穷大并最终以 结束由于未知原因而出现 NaN 值。我认为尽管遵循了文档，但我还是错过了一步。我还尝试了 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expected result我用 Matlab 得到了它，我正在尝试复制它。

我错过了什么？

感谢您的回答:)

<小时/>

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

Answer 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 ，而不是频率。

参见How to implement band-pass Butterworth filter with Scipy.signal.butter有关带通滤波器的相关问题和解答。