python 和linux環境下：音訊處理變頻變調的方法和框架
阿新 • • 發佈：2018-11-12
前戲——音樂基礎
- 聲音是靠波來傳播的，區別任何的聲音需要依據三個來區分：響度、音高和音色響度
- 音高:聲音具有確定的音高，聲音就可以使空氣以篤定的方式執行。低音就是頻率低。
- 一個樂音訊率是另外一個樂音的頻率的2倍，我就就稱為比它高八度，聲音的震動頻率=音源的振動頻率=鼓膜的震動頻率。耳朵最低頻率：16~20周/秒，最高20000周/秒
- 改變音源的質量也可以改變頻率
音色
- 傅立葉分析：把多種波看成由很多純音組成的波的方法
- 音高是由基頻決定的。
- 諧波：附加的純音是諧波。
- 頻譜：描述各種波的振幅的大小的圖叫做頻譜圖，這在聲學中是相當的重要的。
- 相位的差別：各個組元在初始時間上的差別
- 頻寬：共振器或者濾波器能夠產生效應的頻率範圍
- 分貝：用來比較兩個聲音的功率大小的衡量尺度
- 複合波：任何一個非正弦波都是複合波
- 方均根振幅：振幅平方後取均值然後開方。
- 功率：聲音的功率與方均根振幅成正比。
- 基頻：一個複合波重複的基頻，也是各個組元頻率的最大公因子。具有這個頻率的組元很有可能有很大的振幅。
- 諧波：是基頻的整數倍的波。
- 純音的波就是正弦波，
高潮——處理過程
SoundTouch：變頻變調
變頻變調：聲音的屬性
響度：（loudness）：音量，與聲波的振幅有關係
音調：（pitch）聲調與聲音的頻率有關係——聲音訊率越大，音調就越高，否則就越低。
音色：（Quality）由物體結構的特性決定
A/D轉換（Analog-to-Digital Converter）
樣本sample：聲波
→ 取樣sampling
→ 量化quantization：將連續值離散化
→ 編碼coding：可由軟體或硬體晶片完成
→ （壓縮compress）：mp3等格式
→ 二進位制1010…10
- PCM(Pulse-code modulation，脈衝編碼調製)，是將模擬訊號數字化的一種經典方式，計算機、DVD以及數字電話等系統中的標準格式採用的就是PCM。它的基本原理就是以上流程產生PCM流。另外，可以調整PCM的以下屬性來達到不同的取樣需求：
- 取樣率(Sampling Rate)：多久取樣一次。人耳所能辨識的聲音範圍是20-20KHZ,所以一般都選用44.1kHz、48kHz或者96kHz做為取樣率。
- 取樣深度(Bit Depth)：量化的離散值的位數，越高越精準，如32Bit
- SoundTouch是一個用C++編寫的開源的音訊處理庫，可以改變音訊檔案或實時音訊流的節拍(Tempo)、音調(Pitch)、回放率(Playback Rates)，還支援估算音軌的穩定節拍率(BPM rate)。ST的3個效果互相獨立，也可以一起使用。這些效果通過取樣率轉換、時間拉伸結合實現。 Tempo節拍：通過拉伸時間，改變聲音的播放速率而不影響音調。 Playback Rate回放率 :以不同的轉率播放唱片（DJ打碟？），通過取樣率轉換實現。 Pitch音調：在保持節拍不變的前提下改變聲音的音調，結合取樣率轉換+時間拉伸實現。如：增高音調的處理過程是：將原音訊拉伸時長，再通過取樣率轉換，同時減少時長與增高音調變為原時長。
- PCM（Pulse Code Modulation，脈衝編碼調製），.wav檔案中主要是這種格式，因此ST的示例都是處理wav音訊。mp3等格式經過了壓縮，需轉換為PCM後再用ST處理。
- 可實現實時音訊流處理：
輸入/輸出延遲約為100ms；實時處理44.1kHz/16bit的立體聲，需要133Mhz英特爾奔騰處理器或更好。
變頻變調工具：sonci
在linux下輸入命令：sonic
Usage: sonic [OPTION]... infile outfile
-c -- Modify pitch by emulating vocal chords vibrating
faster or slower.
-p pitch -- Set pitch scaling factor. 1.3 means 30% higher.
-q -- Disable speed-up heuristics. May increase quality.
-r rate -- Set playback rate. 2.0 means 2X faster, and 2X pitch.
-s speed -- Set speed up factor. 2.0 means 2X faster.
-v volume -- Scale volume by a constant factor.
- 處理音訊命令：
$ sonic -r 2 0.wav 00.wav
$ sonic -p 1.3 0.wav 000.wav
$ sonic -c 0.wav 00000.wav