Python:超声波到音频范围

Question

我正在使用 Python 2.7.3，我有一个与超声波频率有关的问题:

在 40MHz 采样时，我测量了一个超声波信号，它是 1MHz 谐振频率和一个包络的​​卷积——其包络取决于超声波信号传播的介质。我想听听这个收到的信号，我的问题是:

如何将接收到的信号映射到人类听觉范围内？或者换一种说法，
我如何下采样并将此信号转换为音频频率(保持包络形状，甚至可能延长时间以使其更长)。

这里是模拟信号，但无论如何它通常是这样的:

import numpy as np
import matplotlib.pylab as plt

# resonant frequency is 1MHz
f     = 1e6
Omega = 2*np.pi*f

# samle at 40MHz or ts=25ns, for about 1000 samples: 
t = np.arange(0,25e-6,25e-9)
y = np.sin(Omega*t) * (t**2) * np.exp(-t/3e-6)
y /= max(y)

plt.plot(y)
plt.grid()
plt.xlabel('sample')
plt.ylabel('value')
plt.show()

Answer 1

您的问题有两个常见的答案:

只需以采样频率的一小部分播放即可。如果您播放信号，例如44.1 kHz 采样频率，您将听到大约 1000 Hz 的音调和大约 20 ms 的信号长度。 (我选择了 44.1 kHz，因为它肯定是任何硬件都可以播放的频率之一。)这可能最容易通过将信号保存到 WAV 文件中来完成(参见 wave 模块)，然后你可以使用任何播放 WAV 文件的东西。

标准方法是将谐振频率混合到可听频率。这是 radio 的基本原理。从数学上讲，它涉及乘以接近谐振频率的载波频率，然后对结果进行低通滤波。该操作也可以被视为将频谱移动到更接近 0。但是，由于您的信号包络非常快(0.25 ms)，这只会导致短暂的点击，因此在这里没有用处。

如果有进一步的要求，可以想出其他解决方案。包络频率和谐振频率似乎彼此比较接近，这限制了选择。如果您需要对实时信号执行此操作，那么挑战将是拉长包络，因为必须检测包络。否则无法延长时间。