声音采集和处理—数字硅麦、傅里叶变换

shayk
发布于 2024-04-26 / 158 阅读
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声音采集和处理—数字硅麦、傅里叶变换

一、INMP441

手册: INMP441.pdf (tdk.com)

  • 翻译:

数字麦克风的普通用户可能很难理解灵敏度规格。不像模拟麦克风(其规格很容易用示波器确定),数字麦克风的输出没有明显的测量单位。

INMP441在1 kHz下的标称灵敏度为−26 dBFS,应用声压级为94 dB,单位是指满量程的分贝。INMP441默认满量程峰值输出字为  8,388,607 (整数表示),该刻度的−26 dBFS为 。在1khz具有1Pa RMS(均方根)振幅的纯声学音调导致输出数字信号,其峰值振幅为420,426。

虽然业界使用94 dB SPL的标准规范,但INMP441测试方法使用104 dB SPL信号。较高的声压级降低了噪声,提高了重复性。INMP441具有良好的增益线性,在94 dB下的灵敏度测试结果从测试数据中获得了非常高的置信度。

  • 名词解释:

  1. 灵敏度,单位声压强下所能产生电压大小的能力,输入1KHz、1Pa的声压(94dB),输出端显示振幅大小,即灵敏度。模拟硅麦 dBV 数字硅麦dBFS(后进音灵敏度更高)

  2. 声压级, (P为现实声压,Po为基准声压 ),此为对1KHz声音人耳接收最低声压。那么输入的1KHz、1Pa声压,的声压级计算方式为。由于INMP441的标称灵敏度为-26dBFS,输出峰值振幅为420426,那么根据 计算公式反推 。数字麦克风最大输出信号幅度一般归一化为1,即(Mag为振幅,满幅度为1,即0dB。模拟信号则用1V作为满量程电压值,做归一化),即如果振幅Mag为满量程时:对应最大声压级为120dBspl,数字麦克风灵敏度和最大声压级存在直接关系:最大声压级+灵敏度=应用声压级:计算声压级的公式即为: Mag为振幅。

  1. 本底噪音推算振幅 声压级为120-87=33dBspl等效输入噪音,只能准确拾取33+3=36dB以上的声音。

  2. 连续有效声压,一定时间内将瞬时声压 对时间求均方根值RMS:N:时域采样点数,X(n):时域采样点的值(标准化后的值,-1~1)。  

  3. 连续有效声压级Leq:分别计算各时域声压级,再进行能量平均,两个是一致的  

二、MSM261S4030H0R

手册MEMSensing-MSM261S4030H0R.pdf (semiee.com)

与INMP441参数基本相同,采用江苏敏芯微的MSM261s4030H0R作为声音采样传感器,性价比更高。

三、声音数据的处理

傅里叶分析之掐死教程(完整版)更新于2014.06.06 - 知乎

知乎的这篇文章,个人认为是最形象的了。

数学家傅里叶认为,任何周期函数都可以用正弦函数余弦函数构成的无穷级数来表示(选择正弦函数与余弦函数作为基函数是因为它们是正交的),后世称傅里叶级数为一种特殊的三角级数,根据欧拉公式三角函数又能化成指数形式,也称傅立叶级数为一种指数级数

时域的采样数据,抽丝剥茧成各个主要的频域函数,这些频域函数进行叠加,又能恢复成时域的采样数据。类似于绝对音感的人,听钢琴的和弦,能分辨出来,同时按下的琴键。

注意:

  1. 需要采样到的数据是周期性函数,这种理想的周期函数现实中是不可能的。天才是怎么“生搬硬套”的?

  2. 人对每个频率的声音的敏感度都一样么?

  3. 逆变换能做什么?

不唠叨了,带着问题去看吧,希望能勾起你对傅里叶变换的好奇心,看完了,记得回来分享心得体会,看看你心目中的哈姆雷特。

参考文档:

一篇彻底搞懂傅里叶变换及其背后原理 (zhihu.com)

GB-T 15173-2010 电声学 声校准器.pdf

INMP441(翻译结果).pdf

mems麦克风技术规格解析.pdf

hj212-2017.pdf

GB-T 3785.1-2010电声学 声级计 第1部分.pdf

HJ 907-2017环境噪声自动监测系统技术要求(1).pdf

GB-t3241.pdf

HJ 660-2013 环境监测信息传输技术规定.pdf


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