Визуализируйте аудиофайл или сигнал вашего микрофона в реальном времени в виде осциллограммы, логарифмического спектра частот или прокручивающейся спектрограммы. Всё работает локально в вашем браузере — ничего не загружается. Любой вид можно экспортировать как снимок PNG.
Что такое спектр аудио?
Осциллограмма показывает, насколько громким звук является в каждый момент; спектр показывает, из каких частот складывается эта громкость. Анализатор выше предлагает оба вида плюс спектрограмму — спектр, изменяющийся во времени. Один и тот же сигнал, три взаимодополняющих изображения, и переключение между ними — самый быстрый способ понять, из чего состоит звук.
Четыре факта, которые помогут разобраться с остальной частью страницы:
• осциллограмма = громкость во времени; спектр = частотное содержание в один момент; спектрограмма = спектр во времени (время × частота × интенсивность)
• в основе спектра лежит БПФ, применяемое к коротким окнам отсчётов
• файл с частотой дискретизации 44 100 Гц может содержать частоты только до 22 050 Гц (половина частоты дискретизации — предел Найквиста)
• вариант логарифмической оси частот соответствует работе слуха: октава от 20 до 40 Гц занимает ту же ширину, что и диапазон от 10 000 до 20 000 Гц
Три вида
Осциллограмма отображает амплитуду отсчётов относительно времени — она отлично показывает клиппинг, тишину и общую динамику, но не показывает высоту тона. Спектр берёт одно короткое окно (несколько тысяч отсчётов) и показывает, сколько энергии приходится на каждую полосу частот — от самых низких басов слева до верхнего предела высоких частот справа. Спектрограмма складывает сотни таких спектров слева направо по мере течения времени, а интенсивность передаётся цветом: глиссандо на фортепиано превращается в восходящую полосу, длительная нота скрипки — в ровную горизонтальную линию, а речь — в цепочку формант гласных.
БПФ и оконные функции
Быстрое преобразование Фурье превращает блок отсчётов во временной области в амплитуды частот. Оно отвечает на вопрос: «если бы этот блок был суммой чистых тонов, сколько каждого тона в нём содержится?» Анализатор нарезает звук на перекрывающиеся окна из нескольких тысяч отсчётов и выполняет БПФ для каждого: маленькие окна точнее передают момент времени, большие окна точнее передают частоту, поэтому фиксированный размер окна всегда компромисс. Переключатель логарифмической частоты влияет только на отображение: он растягивает график, чтобы низкие октавы (где находится большая часть музыки) получили видимую ширину, а не были сжаты у левого края.
Основной тон и гармоники
Сыграйте ноту ля первой октавы (A4) на любом инструменте, и спектр покажет пик на 440 Гц — основной тон — а также меньшие пики на 880, 1320 и 1760 Гц: это гармоники, целочисленные кратные основного тона. Именно баланс этих гармоник делает ту же ноту ля на скрипке звучащей иначе, чем на флейте: тот же основной тон, другой «рецепт» над ним. Поэтому спектр — основной вид для определения инструмента, решений при сведении и поиска шумов: сетевой гул выглядит как упорный пик на 50 или 60 Гц, а обрезание частот в MP3 — как энергия, которая просто обрывается ниже примерно 16 кГц.
Распространённые заблуждения
- Осциллограмма показывает высоту тона. Нет. Два очень разных аккорда одинаковой громкости дают почти одинаковые осциллограммы. Информация о высоте появляется только после БПФ — в виде спектра или спектрограммы.
- Спектр и спектрограмма — одна и та же картина. Нет. Спектр — это частотный срез одного мгновения, а спектрограмма — тысячи таких срезов, выстроенных во времени. Используйте спектр, чтобы ответить на вопрос «что», а спектрограмму — чтобы ответить на вопрос «когда».
- Звук выше 22 050 Гц скрыт в файле CD. Нет. Дискретизация 44 100 Гц математически ограничивает содержимое 22 050 Гц; предел Найквиста — свойство самих отсчётов, а не отображения.
Связанные инструменты: MIDI в WAV и Аудио в WAV / FLAC для создания файлов, которые стоит анализировать, Подавление шума, если спектрограмма показывает постоянное шипение или гул, и Нормализация аудио, если осциллограмма показывает уровни, требующие коррекции.
