如何在C＃中创建窄带噪声？

Question

我的问题非常卑鄙。我想为我的小型WPF应用程序创建狭窄的频段噪声。我正在使用Naudio库来创建无限的噪声流，该噪声可以由用户停止并启动。我创建了音调（简单的鼻窦波），颤音（由另一波调节的鼻窦波）和白噪声。

这是我使用的类是为了使立体声的任何iSample provider能够根据用户想要的内容给出声音。

using NAudio.Wave;
using System;

namespace AppForSoundCard
{
    public class SignalStereoProvider : ISampleProvider
    {
        private readonly ISampleProvider sample;
        public WaveFormat WaveFormat => sample.WaveFormat;
        public float LeftVolume { get; set; }
        public float RightVolume { get; set; }

        public SignalStereoProvider(ISampleProvider sample)
        {
            if (sample.WaveFormat.Channels != 2)
                throw new ArgumentException("Source sample provider must be stereo");
            this.sample = sample;
        }

        public int Read(float[] buffer, int offset, int count)
        {
            int samplesRead = sample.Read(buffer, offset, count);

            for (int n = 0; n < count; n += 2)
            {
                buffer[offset + n] *= LeftVolume;
                buffer[offset + n + 1] *= RightVolume;
            }

            return samplesRead;
        }
    }
}

我使用此代码生成我提到的音频流。您会询问什么是narklband32。应该从白噪声产生窄带噪声的类。下一段之后，我将编写它的代码。

signalGenerator = new SignalGenerator();
signalGenerator.Type = SignalGeneratorType.White;
signalGenerator.Gain = 1.0;
signalGenerator.Frequency = Frequency;
narrowBand = new NarrowBandProvider32(signalGenerator, Frequency, 96000, 100, dB);
stereoProvider = new SignalStereoProvider(narrowBand)
{
    RightVolume = !((ComboBoxItem)RoutingCombobox.SelectedItem).Tag.ToString().Equals("Left") ? (float)Math.Pow(10, (dB - 80) / 20.0) * (float)Settings.Default["ReferenceAmplitudeFor" + Frequency.ToString()] : 0.0f,
    LeftVolume = !((ComboBoxItem)RoutingCombobox.SelectedItem).Tag.ToString().Equals("Right") ? (float)Math.Pow(10, (dB - 80) / 20.0) * (float)Settings.Default["ReferenceAmplitudeFor" + Frequency.ToString()] : 0.0f
};
Output.Init(stereoProvider);

我首先使用Naudio的SignalGenerator类产生白噪声。然后将其交给我写的nrarkbandprovider32。这应该使白噪声窄带。毕竟，我使声音要么向左或向右或两者兼而有之。 左右音量是用户给出的desibel值的添加值。关于Routng有一个组合，您可以在其中选择，左，右，双边。取决于您选择的左图是APMLIUTTE，右音量是Amplute，或者两者都是Amplute。

我访问了几个站点，涉及如何产生窄带噪声。他们都建议带通滤波白噪声以产生狭窄的带噪声。我尝试了。它做了我想要的，但比我想要的要窄。您可以找到我生成500 Hz 的噪声响应。

这是我给出的那些论点的窄带32类代码

using NAudio.Dsp;
using NAudio.Wave;
using System;

namespace AppForSoundCard
{
    class NarrowBandProvider32 : ISampleProvider
    {
        ISampleProvider sample;
        float lowFreq;
        float highFreq;
        BiQuadFilter biQuad;
        public WaveFormat WaveFormat => sample.WaveFormat;

        public NarrowBandProvider32(ISampleProvider sample, float frequency, float sampleRate, float q, float dB)
        {
            if (sample.WaveFormat.Channels != 2)
                throw new ArgumentException("Source sample provider must be stereo");

            this.sample = sample;
            //Low and High frequency variables are defined like this in audiometry.
            //these variables are the boundaries for narrowband noise
            lowFreq = (float)Math.Round(frequency / Math.Pow(2, 1.0 / 4.0)); 
            highFreq = (float)Math.Round(frequency * Math.Pow(2, 1.0 / 4.0));
            biQuad = BiQuadFilter.BandPassFilterConstantSkirtGain(sampleRate, frequency, q);
            biQuad.SetHighPassFilter(sampleRate, lowFreq, q);
            biQuad.SetLowPassFilter(sampleRate, highFreq, q);
        }

        public int Read(float[] buffer, int offset, int count)
        {
            int samplesRead = sample.Read(buffer, offset, count);


            for (int i = 0; i < samplesRead; i++)
                buffer[offset + i] = biQuad.Transform(buffer[offset + i]);

            return samplesRead;
        }
    }
}

： 窄带=新的nrarkbandProvider32（SignalGerator，频率，96000，100，db）;

正如我所说的那样，这种噪声接近听觉中定义的窄带噪声，但更窄。在听力测定中为500 Hz的窄带噪声具有此频率响应。

如您所见，它比我产生的噪音更宽。对于任何Hz，我如何才能使狭窄的噪声接近听觉计的窄带噪声。我只为图像提供了500 Hz的示例，但是在我的代码中，您可以产生150Hz至8000Hz之间的噪声。我应该用什么过滤器来过滤白噪声，以生成那种类型的窄带噪声。任何帮助都将受到赞赏。

编辑： 我找到了一个Standart，可以解释任何频率和desibel的窄带噪声应该如何。

如果需要窄带掩蔽，则噪声带应几何以几何为中心 围绕测试频率。在

有了这个定义，我想只是一个引人注目的带通滤波器将无法使用，我必须为噪声定义自定义过滤器。是否有允许定义自定义过滤器的C＃库。如果我应该如何定义自定义过滤器，以便在该Standart中发出声音。

Answer 1

他们都建议带通滤波白噪声以产生狭窄的带噪声。我尝试了。它做了我想要的，但比我想要的要窄。

将带通滤波器应用于白噪声源的方法很有意义。问题在于带通滤波器设计太窄。您可以通过减少 Q ，移动 lowfreq 和 highfreq 有点向外移动，或切换到其他过滤器设计方法来使其更宽。

我建议，与其直接在c＃中进行编码，而是使用 scipy.signal 库，它具有用于设计和使用过滤器的各种工具。

在下面的代码中，我更改 c 参数以调整频段的低和高边缘。

代码：

# Copyright 2022 Google LLC.
# SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import scipy.signal as sig

fs = 96000  # Sample rate.
f0 = 500  # Center frequency in Hz.

# Generate noise with a few different bandwidths.
for c in [1.03, 1.07, 1.15]:
  # Design a second-order Butterworth filter bandpass filter.
  sos = sig.butter(2, [f0 / c, f0 * c], 'bandpass', output='sos', fs=fs)
  # Generate white noise.
  white_noise = np.random.randn(fs)
  # Run it through the filter.
  output = sig.sosfilt(sos, white_noise)
  # Use Welch's method to estimate the PSD of the filtered noise.
  f, psd = sig.welch(output, fs, nperseg=4096)

  plt.semilogx(f, 10 * np.log10(psd), label=f'c = {c}')

plt.axvline(x=f0, color='k')
plt.xlim(50, fs/2)
plt.ylim(-140, -40)
plt.xlabel('Frequency (Hz)', fontsize=15)
plt.ylabel('PSD (dB)', fontsize=15)
plt.legend()
plt.show()

输出：