语音的频率、频率分辨率、采样频率、采样点数、量化、增益

语音的频率、频率分辨率、采样频率、采样点数、量化、增益

来源 https://www.cnblogs.com/LXP-Never/p/10619759.html

采样

采样频率

　　每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数。用Hz表示，采样频率的倒数是采样周期，即采样之间的时间间隔。

　　通俗的讲：采样频率是指计算机每秒钟采集的多少声音样本。采样频率越高，即采样的间隔时间越短，则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多，对声音波形的表示也越精确。

采样定理

　　也称作奈奎斯特采样定理，只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。所以采样定理确定了信号最高最高的频率上限，或能获取连续信号的所有信息的采样频率的下限。

 

举例：如果有一个20Hz的语音和一个20KHz的语音，我们以44.1KHz的采样率对语音进行采样，

结果：20Hz语音每次振动被采样了40K20=200040K20=2000次；

    20KHz语音每次振动被采样了40K20K=240K20K=2次；

所以在相同的采样率下，记录低频的信息远远比高频的详细。

　　上采样可以理解为信号的插值，下采样可以理解为信号的抽取。

带宽：采样频率的一半，最高频率等于采样频率的一半。

混叠

　　混叠也称为欠采样，当采样频率小于最大截止频率两倍_{（奈奎斯特频率）}的时候就会发生信号重叠，这一现象叫做混叠。

 

为了避免混叠现象，通常采用两种措施：

• 1、提高采样频率，达到信号最高频率的两倍以上；
• 2、输入信号通过抗混叠滤波器(低通滤波器)进行滤波处理，过滤掉频率高于采样率一半的信号。

 

语谱图和频谱图

语音波形图

　　波形图表示语音信号的响度随时间变化的规律，横坐标表示时间，纵坐标表示声音响度，我们可以从时域波形图中观察语音信号随时间变化的过程以及语音能量的起伏

频谱图

　　频谱图表示语音信号的功率随频率变化的规律，信号频率与能量的关系用频谱表示，频谱图的横轴为频率，变化为采样率的一半（奈奎斯特采样定理），纵轴为频率的强度（功率），以分贝（dB）为单位

语谱图

　　横坐标是时间，纵坐标是频率，坐标点值为语音数据能量，能量值的大小是通过颜色来表示的，颜色越深表示该点的能量越强。一条条横方向的条纹，称为“声纹”。

 

频谱图和语谱图的区别：

• A.频谱图(spectrum)来表示某一瞬间的波形图中的频率分布，而语谱图则是研究一段时间内语音的变化，特别是频率的变化
• C.频谱图表达了声压或振幅和频率的关系，一个持续的元音可有一个稳定的频谱图，最低频率峰值即为基频，而高频的峰值为谐音或泛音 (harmonics)
• D.根据滤波器的带宽可将语谱图分为两类。带宽为300Hz的宽带语谱图可以显示细致的时间结构，但谐波结构不太清楚。带宽为45Hz的窄带语谱图使时间的结构模糊，但是频率的信息较好
• E.在频谱图包络中可以有一些较宽的峰值，称为共振峰(formant)；在较宽的共振峰带中可以看到个别的谐波频率

 

量化（Quantisation）

　　将连续信号近似为有限个离散值的过程。主要应用于从连续信号到数字信号的转换中。连续信号经过采样成为离散信号，离散信号经过量化就成为了数字信号。这个时候相信大家都有疑问，离散信号跟数字信号有什么区别。

离散信号和数字信号的区别

　　连续信号_{(模拟信号)}经过采样成为离散信号_{（也称为采样信号）}，离散信号经过量化就成为了数字信号。

　　连续信号：信号连续，如正弦信；离散信号：信号不连续，只是一些离散的点，它的取值可以是无穷多种取值；

　　数字信号：如果是二进制量化，只有1，0两种模式的信号。四进制数字信号只有四种取值，以此类推。数字信号幅度只取几个量化的值代替区间。

增益单位dB

本意是表示两个量的比值大小。

对于功率：dB=10∗log10(AB)dB=10∗log10⁡(AB)

对于电流或者电压：dB=20∗log10(AB)dB=20∗log10⁡(AB)

A，B代表参与比较的功率值或者电流、电压值。

dB的意义就是把就是把一个很大或者很小的数比较简短地表示出来。如

X = 100000 = 105105 = 10*lg(X)	dB= 10∗lg(105)10∗lg⁡(105) dB= 50 dB
X = 0.000000000000001 = 10−1510−15	X(dB) = 10*lg(X) dB= 10∗lg(10−15)10∗lg⁡(10−15) dB= -150 dB

 

dB的中衰减和提升的概念

https://zhidao.baidu.com/question/131416269.html

dB(Decibel，分贝) 是一个纯计数单位，本意是表示两个量的比值大小，没有单位。
在工程应用中经常看到貌似不同的定义方式（仅仅是看上去不同）。对于功率，dB = 10*lg(A/B)。对于电压或电流，dB = 20*lg(A/B)。此处A，B代表参与比较的功率值或者电流、电压值。
dB的意义其实再简单不过了，就是把一个很大（后面跟一长串0的）或者很小（前面有一长串0的）的数比较简短地表示出来。如（此处以功率为例）：
X = 100000 = 10^5
X(dB) = 10*lg(X) dB= 10*lg(10^5) dB= 50 dB
X = 0.000000000000001 = 10^-15
X(dB) = 10*log(X) dB= 10*log(10^-15) dB= -150 dB
一般来讲，在工程中，dB和dB之间只有加减，没有乘除。而用得最多的是减法：dBm 减 dBm 实际上是两个功率相除，信号功率和噪声功率相除就是信噪比（SNR）。比如：30dBm - 0dBm = 1000mW/1mW = 1000 = 30dB。dBm 加 dBm 实际上是两个功率相乘，没有实际的物理意义。
在电子工程领域，放大器增益使用的就是dB（分贝）。放大器输出与输入的比值为放大倍数，单位是“倍”，如10倍放大器，100倍放大器。当改用“分贝”做单位时，放大倍数就称之为增益，这是一个概念的两种称呼。
电学中分贝与放大倍数的转换关系为：
A(V)(dB)=20lg(Vo/Vi)；电压增益
A(I)(dB)=20lg(Io/Ii)；电流增益
Ap(dB)=10lg(Po/Pi)；功率增益
分贝定义时电压(电流)增益和功率增益的公式不同，但我们都知道功率与电压、电流的关系是P=V^2/R=I^2*R。采用这套公式后，两者的增益数值就一样了：
10lg[Po/Pi]=10lg[(Vo^2/R)/(Vi^2/R)]=20lg(Vo/Vi)。

 

dBm, dBi, dBd, dB, dBc 介绍

https://www.jianshu.com/p/cae011991257

​dBm

功率单位与P（瓦特）换算公式：

dBm=30+10lgP     (P:瓦)

首先，DB是一个纯计数单位：dB = 10logX。dB的意义其实再简单不过了，就是把一个很大（后面跟一长串0的）或者很小（前面有一长串0的）的数比较简短地表示出来。如：

X = 1000000000000000（多少个了？）= 10logX = 150 dB

X = 0.000000000000001 = 10logX = -150 dB

dBm定义的是miliwatt。0 dBm = 10log1 mw；

dBw定义watt。0 dBw = 10log1 W = 10log1000 mw = 30 dBm。

DB在缺省情况下总是定义功率单位，以10log为计。当然某些情况下可以用信号强度（Amplitude）来描述功和功率，这时候就用20log为计。不管是控制领域还是信号处理领域都是这样。比如有时候大家可以看到dBmV的表达。

在dB，dBm计算中，要注意基本概念。比如前面说的0dBw = 10log1W = 10log1000mw = 30dBm；又比如，用一个dBm减另外一个dBm时，得到的结果是dB。如：30dBm - 0dBm = 30dB。

一般来讲，在工程中，dB和dB之间只有加减，没有乘除。而用得最多的是减法：dBm减dBm实际上是两个功率相除，信号功率和噪声功率相除就是信噪比（SNR）。dBm加dBm实际上是两个功率相乘，这个已经不多见（我只知道在功率谱卷积计算中有这样的应用）。dBm乘dBm是什么，1mW的1mW次方？除了同学们老给我写这样几乎可以和歌德巴赫猜想并驾齐驱的表达式外，我活了这么多年也没见过哪个工程领域玩这个。

dB是功率增益的单位，表示一个相对值。当计算A的功率相比于B大或小多少个dB时，可按公式10 lg A/B计算。例如：A功率比B功率大一倍，那么10 lg A/B = 10 lg 2 = 3dB。也就是说，A的功率比B的功率大3dB；如果A的功率为46dBm，B的功率为40dBm，则可以说，A比B大6dB；如果A天线为12dBd，B天线为14dBd，可以说A比B小2dB。

dBm是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为：10lg功率值/1mW。例如：如果发射功率为1mW，按dBm单位进行折算后的值应为：10 lg 1mW/1mW = 0dBm；对于40W的功率,则10 lg(40W/1mW)=46dBm。

1、dBm

dBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP（功率值/1mw）。

[例1]如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。

[例2]对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：

10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。

2、dBi和dBd

dBi和dBd是考征增益的值（功率增益），两者都是一个相对值，

但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，

所以两者略有不同。一般认为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出

来要大2. 15。

[例3]对于一面增益为16dBd的天线，其增益折算成单位为dBi时，则为18.15dBi

（一般忽略小数位，为18dBi）。

[例4] 0dBd=2.15dBi。

[例5] GSM900天线增益可以为13dBd（15dBi），GSM1800天线增益可以为

15dBd（17dBi)。

3、dB

dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，

按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率）

[例6]甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。

也就是说，甲的功率比乙的功率大3 dB。

[例7] 7/8英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。

[例8]如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6 dB。

[例9]如果甲天线为12dBd，乙天线为14dBd，可以说甲比乙小2 dB。

4、dBc

有时也会看到dBc，它也是一个表示功率相对值的单位，与dB的计算方法完全一样。

一般来说，dBc是相对于载波（Carrier）功率而言，在许多情况下，用来度量与

载波功率的相对值，如用来度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等）

以及耦合、杂散等的相对量值。

在采用dBc的地方，原则上也可以使用dB替代。

搞无线和通信经常要碰到的dBm, dBi, dBd, dB, dBc

1、dBm

dBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP（功率值/1mw）。

[例1]如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。

[例2]对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：

10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。

2、dBi和dBd

dBi和dBd是考征增益的值（功率增益），两者都是一个相对值，但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，所以两者略有不同。一般认为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2. 15。

[例3]对于一面增益为16dBd的天线，其增益折算成单位为dBi时，则为18.15dBi（一般忽略小数位，为18dBi）。

[例4] 0dBd=2.15dBi。

[例5] GSM900天线增益可以为13dBd（15dBi），GSM1800天线增益可以为15dBd（17dBi)。

3、dB

dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率）

[例6]甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是说，甲的功率比乙的功率大3 dB。

[例7] 7/8英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。

[例8]如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6 dB。

[例9]如果甲天线为12dBd，乙天线为14dBd，可以说甲比乙小2 dB。

4、dBc

有时也会看到dBc，它也是一个表示功率相对值的单位，与dB的计算方法完全一样。一般来说，dBc是相对于载波（Carrier）功率而言，在许多情况下，用来度量与载波功率的相对值，如用来度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等）以及耦合、杂散等的相对量值。在采用dBc的地方，原则上也可以使用dB替代。

经验算法：

有个简便公式：0dbm=0.001w左边加10=右边乘10

所以0+10DBM=0.001*10W即10DBM=0.01W

故得20DBM=0.1W 30DBM=1W 40DBM=10W

还有左边加3=右边乘2，如40+3DBM=10*2W，即43DBM=20W，这些是经验公式，蛮好用的。

所以-50DBM=0DBM-10-10-10-10-10=1mw/10/10/10/10/10=0.00001mw。

 

============ End