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方波的采样定理和DDS的问题 [复制链接]

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离线小比尔/5
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2582
只看该作者 200楼 发表于: 2008-08-20
不管了不管了,反正是一起玩!慢慢来,一点一点积累,会好的。 :)
不统一的事多了去了,哪怕是教材,术语上也会有差别。像sinc函数,有的是自带pi的,有的是不带pi的。
离线一异
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868
只看该作者 201楼 发表于: 2008-08-21
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的确我的说法可能不严格,上面也说了原因。
我的本意是想说dds是把样表里的样点输出为波形,而采样是把波形转化为样点。
至于电子合成器的谐波,我是想说原来单一的正弦波,令人听起来感觉单调,而自然的音响是有很多谐波成分的,因而听起来感觉很丰富。比如同样的音调,小提琴和钢琴听起来就完全不一样,同样是丰富的谐波成分起作用,至于我说的谐波专业术语怎么说,我也不知道,当然谐波成分太多了就是噪音了,我肯定也不是那个意思。
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怎么说呢?
每一种乐器的音色都不一样,而所谓的音色实际上就是这种乐器的声音特点。决定乐器音色的主要因无有两个:一个是谐波;另一个是声音的变化规律。

对于一种特定的乐器来说,通常波形都是类似的。但一些实验已经证明,实际上波形本身并不重要,如果人为改变谐波的相位,那么波形会变得来完全不一样,但如果谐波的相对幅度不变,人耳基本上无法分辨两种波形有什么不同。
不同的谐波成分给人的感觉是不一样的:通常奇次谐波使声音显得响亮,但奇次谐波偏多会显得刺耳;偶次谐波给人的感觉很柔和,但如果偶次谐波较多会显得很平淡,缺乏力量。不同谐波成分,决定了音色的持续部分。

声音的变化规律对音色的影响并不比谐波成分对音色的影响小。假如我们让钢琴的声音不按指数规律衰减,恐怕没几个人能听出这原本是钢琴的音色。
语音主要由元音和辅音构成。语音的主要部分是元音,元音类似于乐音,有特定的频率,我们分辨不同的元音,实际上也是根据谐波成分的不同来分辨的。而辅音实际上只是在原因开始的时候,在前面加入一段噪声,这一点点噪声和几个基本的元音构成了语音的基础。
事实上,乐器的音色中,除了打击类乐器的声音衰减规律是我们分辨不同,一个乐器声音开头部分的往往会有一些噪声,这些噪声也是音色的重要组成部分。实际上,电子乐器之所以总是难以逼真的模仿传统乐器,很重要的一个原因就是一个乐音开头部分的噪声不容易模拟。
离线小比尔/5
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2582
只看该作者 202楼 发表于: 2008-08-21
无所谓了啊,反正现在音色库都是从真实乐器录下来的。
而且动不动一个乐器就是1个g。除了小提琴和吉它,还是比较像的。
合成器的音色比较干净,是用来玩的。
离线alchemier
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69
只看该作者 203楼 发表于: 2008-08-22
[quote=小比尔/5]  被学校关久,脑子死掉了,要解释起来确实还有点难度……
  我想了一个例子:比如说照相,有个轮子在转,它转一圈的频率必须比曝光的频率慢(假设一定可以拍清楚轮子的细节),否则,比如说,闪光的时候轮子也恰好转了一圈,轮子是不是就不动了?如果转速再快些,轮子是不是看起来就反过来转了?这个就是因为不遵守采样定理产生的假象,或者是假信号。
  所以啊,原始信号的频率必须有个约定,采出来的结果才不会出错。而人眼看不清快速运动的物体,是“低通”的,那么就要求“f<1/2fs(采样频率)”了。
  再比如说,你采了一些nyquist频率的样点,那么它的2倍频信号(当作正弦哦,比较简单一点)恰好也能穿过这些样点吧?甚至4倍频都可以,但这些都不是我们想要的,它们就叫做混叠成分(alias),就得用低通滤波器去掉,不然就可能会造成干扰了。[/quote]

说的很好,很形象,适合我这样的看,呵呵。
离线alchemier
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69
只看该作者 204楼 发表于: 2008-08-22
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唉,共同努力吧,哈哈。要说乱用概念,也许我比谁都乱,连我自己都咂舌这同一个帖子里我用的术语都不统一,显然这是缺乏专业素养的表现。我也是非电的,严格说我们软件专业与电是没有任何关系的。总之我是想说我们只是在讨论问题,咋想咋说罢了,我们之所以有勇气说出来就是因为我们爱好这个,同样也是希望能得到大家的指正。所谓能看懂是对我等的宽容和理解,而看不懂就是我们的不对,这点需要改进。
再接小比尔/5的话题,如果混叠叫alias,那么谐波就叫harmonics。
alias暗含锯齿之意,信号处理中我们说的抗混叠,在图形学里就有人叫反锯齿,且不说这样的翻译是否好玩,单说它的内涵我们就知道那一定是出现假象了,就是我们说的假频(镜像、混叠等等),而反锯齿的办法是高抽样再求平均,这样图像的边缘就平滑了,这与我们说的nyquist带宽内的低通滤波是何等相似。图像平滑有多种算法,含那些高阶插值的,而我们的反混叠低通滤波器也有多种实现方式,性能各不相同、“软”些的“硬”些的不完善的各有千秋,这在思想上又是何等相似。
而harmonic暗含和谐之意,就是说它定与原信号成某种倍率关系,否则我们必感觉跑调、不和谐。谐波是信号经非线性变换的产物,比如原信号1000hz,那经过指数响应的系统,它可能出现2000、3000、4000等谐波。谐波也是不需要其他信号参与就能自主产生的少数信号之一。而我们说的混叠实际上是一种调制产物,它是采样频率(载频)直接作用的结果。所以混叠必呈现某种边频特性,也就是必与载频和原信号的差值有关联,而它们不是原信号的倍频关系。
区别谐波与边带的另一简单方法是设法生成一个频带信号。如果有谐波,那么谐波频带必宽于原信号的带宽,比如原信号带宽100hz,那它的3次谐波带宽就是300hz。如果发现那些新产生的信号与原信号同宽,则它必是一种调幅边带,因为采样是一种pam,前面小比尔/5说过。这与我们的单边带发生器有点儿像。
唉,又不知说什么了,到此为止。 :o :o
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加上小比尔的解释,我大致明白了您的意思
是不是可以理解为整数倍的可能是谐波也可能是混叠,主要是谐波,而非整数倍的的就是混叠了?
还有这里说的边带是什么意思?
离线alchemier
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69
只看该作者 205楼 发表于: 2008-08-22
[quote=一异]怎么说呢?
每一种乐器的音色都不一样,而所谓的音色实际上就是这种乐器的声音特点。决定乐器音色的主要因无有两个:一个是谐波;另一个是声音的变化规律。

对于一种特定的乐器来说,通常波形都是类似的。但一些实验已经证明,实际上波形本身并不重要,如果人为改变谐波的相位,那么波形会变得来完全不一样,但如果谐波的相对幅度不变,人耳基本上无法分辨两种波形有什么不同。
不同的谐波成分给人的感觉是不一样的:通常奇次谐波使声音显得响亮,但奇次谐波偏多会显得刺耳;偶次谐波给人的感觉很柔和,但如果偶次谐波较多会显得很平淡,缺乏力量。不同谐波成分,决定了音色的持续部分。

声音的变化规律对音色的影响并不比谐波成分对音色的影响小。假如我们让钢琴的声音不按指数规律衰减,恐怕没几个人能听出这原本是钢琴的音色。
语音主要由元音和辅音构成。语音的主要部分是元音,元音类似于乐音,有特定的频率,我们分辨不同的元音,实际上也是根据谐波成分的不同来分辨的。而辅音实际上只是在原因开始的时候,在前面加入一段噪声,这一点点噪声和几个基本的元音构成了语音的基础。
事实上,乐器的音色中,除了打击类乐器的声音衰减规律是我们分辨不同,一个乐器声音开头部分的往往会有一些噪声,这些噪声也是音色的重要组成部分。实际上,电子乐器之所以总是难以逼真的模仿传统乐器,很重要的一个原因就是一个乐音开头部分的噪声不容易模拟。[/quote]

看来您对音频也很有研究啊
离线小比尔/5
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2582
只看该作者 206楼 发表于: 2008-08-22
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加上小比尔的解释,我大致明白了您的意思 [表情]
是不是可以理解为整数倍的可能是谐波也可能是混叠,主要是谐波,而非整数倍的的就是混叠了?
还有这里说的边带是什么意思?
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假设被采样的频率为f,以fs的频率进行取样,忽略所有不理想的因素,
因为取样函数的频谱在频域上是周期性的,它包括:0,fs,2fs,3fs,4fs,5fs,...等“无限多”个频率成分,
所以,经过采样,相当于fs被f调制,就像双边带平衡调幅,采样之后的频谱是:
f,fs-f,fs+f,2fs-f,2fs+f,...,nfs-f,nfs+f(所以输出的时候要加滤波器)
除了原始的f,剩下的都叫作混叠成分(alias)
可以设想,如果f>1/2fs,那么从0~1/2fs这个频率范围内还原出来的信号的频率就错了
而且经过画图可以发现,fs-f与fs+f对称,f与fs+f相似,nfs-f与nfs+f都是对称的,类似于调幅的两个边带,所以这里就叫“边带”
图在177楼~

然后再假设有不理想的因素,那么f由于器件的非线性,就会产生整数倍的频率
比如,f,2f,3f,4f,5f,...,这些频率就叫作谐波。

如果对高次谐波没有进行抑制,并且它的频率>1/2fs,经过采样,它的频率就可能被反折到0~1/2fs这个频率范围,造成干扰(所以a/d采样前要加滤波器)

再假设dds的字长不够,送给d/a的精度差,那么在0~1/2fs这个频率范围内,出现不是f的整数倍,但又与f相关的频率成分,这些应该就叫作杂散吧?
离线bd1es
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2096
只看该作者 207楼 发表于: 2008-08-22
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加上小比尔的解释,我大致明白了您的意思 [表情]
是不是可以理解为整数倍的可能是谐波也可能是混叠,主要是谐波,而非整数倍的的就是混叠了?
还有这里说的边带是什么意思?
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就是咧,其实是区分倍频和混频的问题,边带就是混频之后形成的原信号与载频的和差产物,
离线bd1es
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2096
只看该作者 208楼 发表于: 2008-08-22
再补充一句。因调制不仅有混频(调幅)一种方式,所以边带可以定义得更广泛些。我们假设信号a被b给调制了,那么不属于a和b的成分都可以理解为边带,:):)。

而谐波则是信号a经非线性变换后形成的2a、3a、4a...,它们不需要b就能产生的。
离线alchemier
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69
只看该作者 209楼 发表于: 2008-08-25
[quote=小比尔/5]

然后再假设有不理想的因素,那么f由于器件的非线性,就会产生整数倍的频率
比如,f,2f,3f,4f,5f,...,这些频率就叫作谐波。

如果对高次谐波没有进行抑制,并且它的频率>1/2fs,经过采样,它的频率就可能被反折到0~1/2fs这个频率范围,造成干扰(所以a/d采样前要加滤波器)

再假设dds的字长不够,送给d/a的精度差,那么在0~1/2fs这个频率范围内,出现不是f的整数倍,但又与f相关的频率成分,这些应该就叫作杂散吧?[/quote]

这也是我想问的,在前面的情况中,由于输出阶梯波而产生的这些尖峰,叫混叠吧,是什么属性呢?噪声?杂散?还是叫失真?
离线小比尔/5
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2582
只看该作者 210楼 发表于: 2008-08-25
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这也是我想问的,在前面的情况中,由于输出阶梯波而产生的这些尖峰,叫混叠吧,是什么属性呢?噪声?杂散?还是叫失真?
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那不是因为从"冲激"式采样转变为阶梯式采样而产生的,而是因为每个采样点的幅值或时间精度不够产生的。幅值精度不够一般产生噪声,时间精度不够产生噪声和谐波。
离线alchemier
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69
只看该作者 211楼 发表于: 2008-08-26
可是采纯正弦波的时候就没有这些尖峰啊,采样的方式一样,采样频率也一样,只是采样的波形不一样。
离线小比尔/5
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2582
只看该作者 212楼 发表于: 2008-08-26
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可是采纯正弦波的时候就没有这些尖峰啊,采样的方式一样,采样频率也一样,只是采样的波形不一样。
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如果对纯正弦波和“阶梯波”做差值,可以看到什么?
误差信号是不是以采样频率为基频的?(在这里忽略量化误差,只管由于零阶保持的“阶梯”引起的失真)
如果是,这种误差就不会落到1/2采样频率内。

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