使用 FFT 确定低频信号的幅度

Question

我对信号处理完全陌生，我正在尝试制作一个程序来显示 PCM (WAV) 文件中低频信号的幅度。

到目前为止，我已经能够读取 WAV 文件并填充一个数组（实际上是一个多维数组，每个通道一个，但我们只考虑逐个通道） float 使用从 WAV 中获取的声音文件的数据点。每个数据点都是一个振幅。 简而言之，我有了声波的时域表示。 我用它来绘制波幅相对于时间的图表，看起来像：

我的目标是完全相同，但只显示低于特定值（例如 350Hz）的频率。需要明确的是，我并不是想在频域中显示图形（即在快速傅里叶变换之后）。我想显示相同的振幅与时间图，但频率在 [0, 350Hz] 范围内。

我正在寻找可以执行以下操作的函数：

// Returns an array of data points that contains
// amplitude data points, after a low pass filter
float[] low_pass_filter(float[] original_data, float low_pass_freq=350.0)
{
    ...
}

我已经阅读了 FFT，阅读 Chris Lomont's code for the FFT 并理解了低通滤波器背后的 "theory"，但我发现很难理解如何实际实现此特定功能（上文）。任何帮助（+解释）将不胜感激！

Answer 1

我最终使用了非常有效的 this 示例。我把它包装得更好一点，最后是：

    /// <summary>
    /// Returns a low-pass filter of the data
    /// </summary>
    /// <param name="data">Data to filter</param>
    /// <param name="cutoff_freq">The frequency below which data will be preserved</param>
    private float[] lowPassFilter(ref float[] data, float cutoff_freq, int sample_rate, float quality_factor=1.0f)
    {
        // Calculate filter parameters
        float O = (float)(2.0 * Math.PI * cutoff_freq / sample_rate);
        float C = quality_factor / O;
        float L = 1 / quality_factor / O;

        // Loop through and apply the filter
        float[] output = new float[data.Length];
        float V = 0, I = 0, T;
        for (int s = 0; s < data.Length; s++)
        {
            T = (I - V) / C;
            I += (data[s] * O - V) / L;
            V += T;
            output[s] = V / O;
        }

        return output;
    }

常规和低通波形的输出：

并将常规波形与低通波形隔离开来：

使用 FFT 确定低频信号的幅度

Determine amplitude of low frequency signals using FFT

c#

audio

signal-processing

fft