波形图、频谱图和语谱图

2023-11-18

波形图

反映各质点在同一时刻不同位移的曲线,叫做波的图像,也叫做波形图。波形图用于显示测量值为均匀采集的一条或多条曲线。波形图仅绘制单值函数,即在y=f(x)中,各点沿x轴均匀分布。例如一个随时间变化的波形。波形图可显示包含任意个数据点的曲线。波形图接收多种数据类型,从而最大程度地降低了数据在显示为图形前进行类型转换的工作量。

频谱图

信号频率与能量的关系用频谱表示。以横轴纵轴的波纹方式,记录画出信号在各种频率的图形资料。常见的有振幅频谱图和相位频谱图。频谱图有三种,即线性振幅谱、对数振幅谱、自功率谱。线性振幅谱的纵坐标有明确的物理量纲,是最常用的。对数振幅谱中各谱线的振幅都对原振幅A作了对数计算(20logA),所以其纵坐标的单位是dB(分贝)。这个变换的目的是使那些振幅较低的成分相对高振幅成分得以拉高,以便观察掩盖在低幅噪声中的周期信号。自功率谱是先对测量信号作自相关卷积,目的是去掉随机干扰噪声,保留并突出周期性信号,损失了相位特征,然后再作傅里叶变换。自功率谱图使得周期性信号更加突出。

语谱图

语谱图是频谱分析视图,如果针对语音数据的话,叫语谱图。语谱图的横坐标是时间,纵坐标是频率,坐标点值为语音数据能量。由于是采用二维平面表达三维信息,所以能量值的大小是通过颜色来表示的,颜色深,表示该点的语音能量越强。
我们可以观察语音不同频段的信号强度随时间的变化情况。由于音乐信号本身频率丰富,不太容易看出规律,我们可以观察一下纯粹的语音数据的语谱图(附图)。从图中可以看到明显的一条条横方向的条纹,我们称为“声纹”,有很多应用。条纹的地方实际是颜色深的点聚集的地方,随时间延续,就延长成条纹,也就是表示语音中频率值为该点横坐标值的能量较强,在整个语音中所占比重大,那么相应影响人感知的效果要强烈得多。而一般语音中数据是周期性的,所以,能量强点的频率分布是频率周期的,即存在300Hz强点,则一般在n*300Hz点也会出现强点,所以我们看到的语谱图都是条纹状的。

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