如何在没有相位跳跃的情况下连接正弦波
我需要创建一个生成给定频率的正弦波并使用pyaudio(阻塞模式)播放它们的
python脚本,我还需要能够在运行时更改此频率,调制它并使用pyqtgraph绘制它.现在我有一个生成数据块的线程,我的’连接’那些正弦的方法是得到fft然后计算角度(numpy.angle),将它存储在一个变量中并用它作为相位偏移到下一个大块,但我没有得到我预期的结果,也许我错过了什么或混合起来.
import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np import pyaudio #----------------------- CHUNK = 1024 RATE = 44100 CHANNELS = 2 FORMAT = pyaudio.paFloat32 #----------------------- samples = int(CHUNK) t = np.arange(samples) / RATE con = 0 def generate_sine(a: float = 0.5,freq: float = 440.0): global con sine = a * np.sin(2.0 * np.pi * freq * t + con) # get the angle of the wave phase = np.angle(np.fft.fft(sine)) # update ref var to generate subsequent sines # begining where the last ended con = phase[-1] return sine def play_sine(data): pa = pyaudio.PyAudio() stream = pa.open(format=FORMAT,channels=CHANNELS,rate=RATE,input=False,output=True,frames_per_buffer=CHUNK) stream.write(np.array(data).astype(np.float32).tostring()) stream.close() if __name__ == '__main__': f = 80 chunks = generate_sine(freq=f) for i in range(0,4): chunks = np.concatenate((chunks,generate_sine(freq=f))) #for i in range(0,10): #play_sine(chunks) plt.plot(chunks) plt.show() 演示情节 您可以在链接的图像中看到x = 1024,x = 2048周围存在不连续性,依此类推. 解决方法
你正在生成你的信号
a * sin(2πf * t + con) 其中t的范围超过[0 .. CHUNK / RATE). 当您启动下一个块时,t将重置为零.要生成连续波形,您需要修改con以生成与上一个样本相同的结果相位值. 使用FFT不会起作用,因为您生成的信号不是采样窗口的精确倍数,而且您实际上对采样窗口末端的相位感兴趣,而不是开始时的相位. 相反,您只需要在t = t_end处生成函数的相位值,模2π. 即,你可以简单地使用: con = 2.0 * np.pi * f * CHUNK/RATE + con 但是这个值会增长,如果你将很多块连接在一起,频率很高,可能会导致最终的数值问题.由于正弦函数是周期性的,您只需要将结束阶段标准化为0到2π范围: con = math.fmod(2.0 * np.pi * f * CHUNK/RATE + con,2.0 * np.pi) 如果将生成函数修改为: a * sin(2π * (f * t + con)) 然后con表示从前一个卡盘向前移动的完整循环的分数,并且可以避免模数除以2π,这可能会略微提高精度. con = math.modf(f * CHUNK/RATE + con)[0] 尝试更清楚的解释: 注意:此技术仅适用,因为您确切知道前一个块的生成方程,并生成以下块.如果这些条件中的任何一个发生变化,您将需要一种不同的技术来匹配这些块. 使用以下序列的sin()生成上一个块: 2πf?*0/RATE+con?,2πf?*1/RATE+con?,...,2πf?*1022/RATE+con?,2πf?*1023/RATE+con? 应该清楚的是,为了平滑过渡到下一个块,该块应该以2πf1* 1024 / RATE con 1的sin()开始. 下一个块以2πf2* 0 / RATE con 2的sin()开始. 因此,如果符合以下条件,我们将顺利过渡: 2πf?*0/RATE + con? = 2πf?*1024/RATE + con? 要么 0 + con? = 2πf?*1024/RATE + con? 要么 con? = 2πf?*1024/RATE + con? 可以在generate_sine函数中写入: con = 2.0 * np.pi * f * CHUNK/RATE + con 在我的上述答案中,这是“无处不在”的等式.从那时起,由于sin()函数是2π周期性的,我只是执行模2π约简,以使sin()的参数不受限制地增长,导致数值不准确. 希望能让事情更加清晰. (编辑:李大同) 【声明】本站内容均来自网络,其相关言论仅代表作者个人观点,不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利,请及时与联系站长删除相关内容! |