使用 FFT 进行频谱分析，基频推导

Posted 2023-02-25

【中文标题】使用 FFT 进行频谱分析，基频推导

【英文标题】：Spectral analysis using FFT, fundamental frequency derivation

【发布时间】：2012-05-14 12:11:59

【问题描述】：

我需要对一个简单的 wav 文件进行频谱分析。 我已经做过的事情：

将文件读入字节数组：

ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead = 0;

while ((bytesRead = audiostream.read(buffer)) != -1) 
    baos.write(buffer, 0, bytesRead);


fileByteArray = baos.toByteArray();

然后我将其转换为实际值（双精度值）。 我已经将样本值存储在 double[] 数组中。

如何对这些样本进行 FFT + 估计基频？

使用JTranforms 库我尝试过这样的事情：

DoubleFFT_1D fft = new DoubleFFT_1D(reader.getSpectrum().getYvalues().length);
double[] x = reader.getSpectrum().getYvalues();
double[] frequencyArray = new double[x.lenght/2];
double[] amplitudeArray = new double[x.lenght/2];
fft.realForward(x);
int i=0;
for (int j = 0; j < x.length-2; j += 2) 
    i++;
    this.frequencyArray[i] = i;
    this.amplitudeArray[i] = Math.sqrt(Math.pow(doub[j],2) + Math.pow(doub[j + 1],2));

对吗？

感谢所有建议；）

【问题讨论】：

一个问题是您似乎没有在 FFT 之前应用合适的窗口函数。

自相关函数是获取基频的另一种方法。

【参考方案1】：

您应该使用可以通过 FFT 高效计算的 自相关：

DoubleFFT_1D fft = new DoubleFFT_1D(reader.getSpectrum().getYvalues().length);
DoubleFFT_1D ifft = new DoubleFFT_1D(reader.getSpectrum().getYvalues().length);

fft.realForward(x);
for (int i = 0; i < x.length/2; i++) 
    x[2*i] = Math.sqrt(Math.pow(x[2*i],2) + Math.pow(x[2*i+1],2));
    x[2*i+1] = 0;

ifft.realInverse(x);
for (int i = 1; i < x.length; i++)
    x[i] /= x[0];
x[0] = 1.0;

此代码为您提供了一个值列表：

x[i]: 与 i 班次相关

因此，例如，如果 x[n] 的值较高（接近 1），则意味着您有一个基本信号周期：n*(1000/sampleRateHz) 毫秒。这相当于频率：sampleRateHz/(1000*n)

【参考方案2】：

频率数组中的值需要与采样率和FFT的长度相关。

您仍然需要解决确定基频与峰值频率的问题。为此，您可能需要使用音高检测/估计算法，其中有很多（查找有关该主题的研究论文）。