В сфере распознавания эмоций голос – второй по важности после лица источник эмоциональных данных. Голос можно охарактеризовать по нескольким параметрам. Высота голоса – одна из основных таких характеристик, однако в сфере акустических технологий корректнее называть этот параметр частотой основного тона.

Частота основного тона имеет непосредственное отношение к тому, что мы называем интонацией. А интонация, например, связана с эмоционально-экспрессивными характеристиками голоса.

Тем не менее, определение частоты основного тона является не совсем тривиальной задачей с интересными нюансами. В этой статье мы обсудим особенности алгоритмов для ее определения и сравним существующие решения на примерах конкретных аудиозаписей.

Введение

Для начала вспомним, чем, по сути, является частота основного тона и в каких задачах она может понадобиться.

* Обратите внимание, что деление на тоновые и не тоновые звуки не эквивалентно делению на гласные и согласные.

Вариабельность частоты основного тона довольно велика, причем она может сильно отличаться не только между людьми (для более низких в среднем мужских голосов частота составляет 70-200 Гц, а для женских может достигать 400 Гц), но и для одного человека, особенно в эмоциональной речи.

Определение частоты основного тона применяется для решения широкого спектра задач:

• Распознавание эмоций, как мы уже сказали выше;
• Определение пола;
• При решении задачи сегментации аудио с несколькими голосами или разделения речи на фразы;
• В медицине для определения патологических характеристик голоса (например, с помощью акустических параметров Jitter and Shimmer). Например, определение признаков заболевания Паркинсона [1]. Jitter and Shimmer также могут быть использованы для распознавания эмоций [2].

Поскольку подробный разбор всех методов определения F0 был бы чересчур объемным, статья носит обзорный характер и может помочь сориентироваться в теме.

Методы определения F0

Методы определения F0 можно разделить на три категории: основанные на временной динамике сигнала, или time-domain; основанные на частотной структуре, или frequency-domain, а также комбинированные методы. Предлагаем ознакомиться с обзорной статьей по теме, где подробно разбираются обозначенные методы выделения F0.

Отметим, что любой из обсуждаемых алгоритмов состоит из 3 основных шагов:

Препроцессинг (фильтрация сигнала, разделение его на фреймы)
Поиск возможных значений F0 (кандидатов)
Трекинг — выбор наиболее вероятной траектории F0 (поскольку для каждого момента времени мы имеем несколько конкурирующих кандидатов, нам необходимо найти среди них наиболее вероятный трек)

Time-domain

Очертим несколько общих моментов. Перед применением методов time-domain сигнал предварительно фильтруют, оставляя только низкие частоты. Задаются пороги – минимальная и максимальная частоты, например от 75 до 500 Гц. Определение F0 производится только для участков с гармонической речью, поскольку для пауз или шумовых звуков это не только бессмысленно, но и может внести ошибки в соседние фреймы при применении интерполяции и/или сглаживании. Длину фрейма выбирают так, чтобы в ней содержалось как минимум три периода.

Основной метод, на базе которого впоследствии появилось целое семейство алгоритмов – автокорреляционный. Подход достаточно прост — необходимо рассчитать автокорреляционную функцию и взять ее первый максимум. Он и будет отображать самую выраженную частотную компоненту в сигнале. В чем может быть сложность в случае использования автокорреляции и почему далеко не всегда первый максимум будет соответствовать нужной частоте? Даже в близких к идеальным условиям на записях высокого качества метод может ошибаться из-за сложной структуры сигнала. В условиях близких к реальным, где помимо прочего мы можем столкнуться с исчезновением нужного пика на шумных записях или записях изначально низкого качества, число ошибок резко возрастает.

Несмотря на ошибки, автокорреляционный метод довольно удобен и привлекателен своей базовой простотой и логичностью, поэтому именно он взят за основу во многих алгоритмах, в том числе в YIN (Инь). Даже само название алгоритма отсылает нас к балансу между удобством и неточностью метода автокорреляции: “The name YIN from ‘‘yin’’ and ‘‘yang’’ of oriental philosophy alludes to the interplay between autocorrelation and cancellation that it involves.” [4]

Создатели YIN попытались исправить слабые места автокорреляционного подхода. Первое изменение – использование функции Cumulative Mean Normalized Difference, которая должна снизить чувствительность к амплитудным модуляциям, сделать пики более явными:

\begin{equation}
d’_t(\tau)=
\begin{cases}
1, & \tau=0 \\
d_t(\tau) \bigg/ \bigg[ \frac{1}{\tau} \sum\limits_{j=1}^{\tau} d_t(j) \bigg], & \text{otherwise}
\end{cases}
\end{equation}
Также YIN пытается избежать ошибок, возникающих в случаях, когда длина оконной функции не делится нацело на период колебания. Для этого используется параболическая интерполяция минимума. На последнем шаге обработки аудиосигнала выполняется функция Best Local Estimate для предотвращения резких скачков значений (хорошо это или плохо – вопрос спорный).

Frequency-domain

Если говорить о частотной области, то на первый план выходит гармоническая структура сигнала, то есть наличие спектральных пиков на частотах, кратных F0. “Свернуть” этот периодический паттерн в явный пик можно при помощи кепстрального анализа. Кепстр — преобразование Фурье от логарифма спектра мощности; кепстральный пик соответствует наиболее периодической компоненте спектра (про него можно почитать здесь и здесь).

Гибридные методы определения F0

Следующий алгоритм, на котором стоит остановиться поподробнее, имеет говорящее название YAAPT — Yet Another Algorithm of Pitch Tracking — и фактически является гибридным, потому что использует как частотную, так и временную информацию. Полное описание есть в статье, здесь мы опишем только основные этапы.

Рисунок 1. Схема алгоритма YAAPTalgo (ссылка).

YAAPT состоит из нескольких основных этапов, первым из которых является препроцессинг. На этом этапе значения изначального сигнала возводят в квадрат, получают вторую версию сигнала. Этот шаг преследует ту же цель, что и Cumulative Mean Normalized Difference Function в YIN – усиление и восстановление “затертых” пиков автокорреляции. Обе версии сигнала фильтруют — обычно берут диапазон 50-1500 Гц, иногда 50-900 Гц.

Затем по спектру преобразованного сигнала рассчитывается базовая траектория F0. Кандидаты на F0 определяются с помощью функции Spectral Harmonics Correlation (SHC).

\begin{equation}
SHC(t,f) = \sum\limits_{f’=-WL/2}^{WL/2} \prod\limits_{r=1}^{NH+1}S(t,rf+f’)
\end{equation}
где S(t,f) — магнитудный спектр для фрейма t и частоты f, WL — длина окна в Гц, NH — число гармоник (авторы рекомендуют использовать первые три гармоники). Также по спектральной мощности происходит определение фреймов voiced-unvoiced, после чего ищется наиболее оптимальная траектория, при этом учитывается возможность pitch doubling/pitch halving [3, Section II, C].

Далее, как для изначального сигнала, так и для преобразованного производится определение кандидатов на F0, и вместо автокорреляционной функции здесь используется Normalized Cross Correlation (NCCF).

\begin{equation}
NCCF(m) = \frac{\sum\limits_{n=0}^{N-m-1} x(n)*x(n+m)}{\sqrt{\sum\limits_{n=0}^{N-m-1} x^2(n) * \sum\limits_{n=0}^{N-m-1} x^2(n+m)}}\text{,} \hspace{0.3cm} 0 < m < M_{0}
\end{equation}
Следующий этап — оценка всех возможных кандидатов и вычисление их значимости, или веса (merit). Вес кандидатов, полученных по аудио сигналу, зависит не только от амплитуды пика NCCF, но и от их близости к траектории F0, определенной по спектру. То есть частотный домен считается хоть и грубым в плане точности, но зато устойчивым [3, Section II, D].

Затем для всех пар оставшихся кандидатов рассчитывается матрица Transition Cost — цены перехода, по которой в итоге и находят оптимальную траекторию [3, Section II, E].

Примеры

Теперь применим все вышеописанные алгоритмы к конкретным аудиозаписям. В качестве отправной точки будем использовать Praat — инструмент, который является основным для многих исследователей речи. А затем на Python посмотрим реализацию YIN и YAAPT и сравним полученные результаты.

В качестве аудио-материала можно использовать любые доступные аудио. Мы взяли несколько отрывков из нашей базы RAMAS — мультимодального датасета, созданного при участии актеров ВГИК. Можно также воспользоваться материалом из других открытых баз, например LibriSpeech или RAVDESS.

Для наглядного примера мы взяли отрывки из нескольких записей с мужским и женским голосами, как нейтральными, так и эмоционально-окрашенными, и для наглядности соединили их в одну запись. Посмотрим на наш сигнал, его спектрограмму, интенсивность (оранжевый цвет), и F0 (синий цвет). В Praat это можно сделать при помощи Ctrl+O (Open — Read from file) и затем кнопки View & Edit.

Рисунок 2. Спектрограмма, интенсивность (оранжевый цвет), F0 (синий цвет) в Praat.

На аудио довольно четко видно, что при эмоциональной речи высота голоса повышается как у мужчин, так и у женщин. При этом F0 для эмоциональной мужской речи вполне может сравниться с F0 женского голоса.

Трекинг

Выберем в меню Praat вкладку Analyze periodicity – to Pitch (ac), то есть определение F0 при помощи автокорреляции. Появится окно для задания параметров, в котором есть возможность задать 3 параметра для определения кандидатов на F0 и еще 6 параметров для алгоритма поиска пути (path-finder), который выстраивает наиболее вероятную траекторию F0 среди всех кандидатов.

• Silence threshold — порог относительной амплитуды сигнала для определения тишины, стандартное значение 0.03.
• Voicing threshold — вес unvoiced candidate, максимальное значение равно 1. Чем выше этот параметр, тем больше фреймов будут определены как unvoiced, то есть не содержащие тоновых звуков. В этих фреймах F0 определяться не будет. Значение этого параметра — пороговое для пиков автокорреляционной функции. Значение по умолчанию — 0.45
• Octave cost — определяет, насколько больший вес имеют высокочастотные кандидаты по отношению к низкочастотным. Чем выше значение, тем большее предпочтение отдается высокочастотным кандидатом. Стандартное значение — 0.01 на октаву.
• Octave-jump cost — при увеличении этого коэффициента уменьшается количество резких скачкообразных переходов между последовательными значениями F0. Значение по умолчанию — 0.35.
• Voiced/Unvoiced cost — при увеличении этого коэффициента уменьшается количество Voiced/Unvoiced переходов. Значение по умолчанию — 0.14.
• Pitch ceiling (Hz) — кандидаты выше этой частоты не рассматриваются. Стандартное значение — 600 Гц.

Как выглядит результат работы трекера (path-finder) можно посмотреть, нажав ОК и затем просмотрев (View & Edit) получившийся файл Pitch. Видно, что помимо выбранной траектории были еще довольно значимые кандидаты с частотой ниже.

Рисунок 3. PitchPath для первых 1,3 секунд аудиозаписи.

А что же в Python?

Возьмем две библиотеки, предлагающих питч-трекинг – aubio, в которой алгоритмом по умолчанию является YIN, и библиотеку AMFM_decompsition, в которой есть реализация алгоритма YAAPT. В отдельный файл (файл PraatPitch.txt) вставим значения F0 из Praat (это можно сделать вручную: выбрать звуковой файл, нажать View & Edit, выделить весь файл и выбрать в верхнем меню Pitch-Pitch listing).

Теперь сравним результаты по всем трем алгоритмам (YIN, YAAPT, Praat).

import amfm_decompy.basic_tools as basic
import amfm_decompy.pYAAPT as pYAAPT
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import sys
from aubio import source, pitch

# load audio
signal = basic.SignalObj('/home/eva/Documents/papers/habr/media/audio.wav')
filename = '/home/eva/Documents/papers/habr/media/audio.wav'

# YAAPT pitches
pitchY = pYAAPT.yaapt(signal, frame_length=40, tda_frame_length=40, f0_min=75, f0_max=600)

# YIN pitches
downsample = 1
samplerate = 0
win_s = 1764 // downsample # fft size
hop_s = 441 // downsample # hop size
s = source(filename, samplerate, hop_s)
samplerate = s.samplerate
tolerance = 0.8
pitch_o = pitch("yin", win_s, hop_s, samplerate)
pitch_o.set_unit("midi")
pitch_o.set_tolerance(tolerance)

pitchesYIN = []
confidences = []

total_frames = 0
while True:
    samples, read = s()
    pitch = pitch_o(samples)[0]
    pitch = int(round(pitch))
    confidence = pitch_o.get_confidence()
    pitchesYIN += [pitch]
    confidences += [confidence]
    total_frames += read
    if read < hop_s:
        break
        
# load PRAAT pitches
praat = np.genfromtxt('/home/eva/Documents/papers/habr/PraatPitch.txt', filling_values=0)
praat = praat[:,1]

# plot       
fig, (ax1,ax2,ax3) = plt.subplots(3, 1, sharex=True, sharey=True, figsize=(12, 8))
ax1.plot(np.asarray(pitchesYIN), label='YIN', color='green')
ax1.legend(loc="upper right")
ax2.plot(pitchY.samp_values, label='YAAPT', color='blue')
ax2.legend(loc="upper right")
ax3.plot(praat, label='Praat', color='red')
ax3.legend(loc="upper right")
plt.show()

Рисунок 4. Сравнение работы алгоритмов YIN, YAAPT и Praat.

Мы видим, что при заданных по умолчанию параметрах YIN довольно сильно выбивается, получая очень плоскую траекторию с заниженными относительно Praat значениями и полностью теряя переходы между мужским и женским голосом, а также между эмоциональной и не эмоциональной речью.

YAAPT зарезал совсем высокий тон при эмоциональной женской речи, но в целом справился явно лучше. За счет каких своих особенностей YAAPT работает лучше — сразу ответить точно, конечно, нельзя, но можно предположить, что роль играет получение кандидатов из трех источников и более скрупулезный расчет их веса, чем в YIN.

Заключение

Поскольку вопрос определения частоты основного тона (F0) в том или ином виде встает почти перед каждым, кто работает со звуком, путей для его решения достаточно много. Вопрос необходимой точности и особенности аудиоматериала в каждом конкретном случае определяют, насколько внимательно необходимо подбирать параметры, или в ином случае можно ограничиться базовым решения наподобие YAAPT. Принимая Praat за эталон алгоритма для обработки речи (все же им пользуется огромное количество исследователей), можно сделать вывод о том, что YAAPT в первом приближении надежнее и точнее, чем YIN, хотя и для него наш пример оказался сложноват.

Автор: Ева Казимирова, научный сотрудник Neurodata Lab, специалист по обработке речи.

Оффтоп: Понравилась статья? На самом деле у нас куча подобных интересных задач по ML, математике и программированию, и нам нужны мозги. Тебе такое интересно? Приходи к нам! E-mail: [email protected]

1. Rusz, J., Cmejla, R., Ruzickova, H., Ruzicka, E. Quantitative acoustic measurements for characterization of speech and voice disorders in early untreated Parkinson’s disease. The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 129, issue 1 (2011), pp. 350-367. Access
2. Farrús, M., Hernando, J., Ejarque, P. Jitter and Shimmer Measurements for Speaker Recognition. Proceedings of the Annual Conference of the International Speech Communication Association, INTERSPEECH, vol. 2 (2007), pp. 1153-1156. Access
3. Zahorian, S., Hu, HA. Spectral/temporal method for robust fundamental frequency tracking. The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 123, issue 6 (2008), pp. 4559-4571. Access
4. De Cheveigné, A., Kawahara, H. YIN, a fundamental frequency estimator for speech and music. The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 111, issue 4 (2002), pp. 1917-1930. Access

основная частота — это… Что такое основная частота? 

основная частота

3.7 основная частота (principal frequency): Заданная частота калибратора, установленная в руководстве по эксплуатации как базовая.

Примечание — Основную частоту обязательно используют для подтверждения соответствия акустического калибратора требованиям настоящего стандарта.

3.9 основная частота (fundamental frequency): Частота в спектре, полученном путем преобразования Фурье функции времени, относительно которой рассматриваются все частоты спектра.

В случае возможного риска неопределенности при определении основной частоты данная частота должна быть определена с учетом числа полюсов и скорости вращения синхронного генератора (генераторов), питающего систему электроснабжения.

Основная частота

Частота, лежащая в полосе основного излучения

Смотри также родственные термины:

70 основная частота F: Частота n-й составляющей, полученная путем преобразования Фурье функции времени, относительно которой рассматриваются все частоты спектра напряжения (тока).

Примечание — В случае, когда существует какая-либо неопределенность, основная частота должна быть получена из числа полюсов и скорости вращения синхронного генератора (генераторов), питающего систему

de. Hauptfrequenz

en. Fundamental frequency

fr. Fréquence principale

44. Основная частота группы рабочих частот опорной наземной передающей станции

Основная частота

Частота группы рабочих частот опорной станции многозначной фазовой радионавигационной системы, используемая для определения навигационного параметра радионавигационной системы

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

• основная цена фасованного товара в упаковке (Ц)
• основная частота F

Смотреть что такое «основная частота» в других словарях:

• основная частота — первая гармоника Низшая собственная частота колебательной системы. Единица измерения Гц [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное пособие). Москва 2003 г.] основная… …   Справочник технического переводчика

• основная частота F — 70 основная частота F: Частота n й составляющей, полученная путем преобразования Фурье функции времени, относительно которой рассматриваются все частоты спектра напряжения (тока). Примечание В случае, когда существует какая либо неопределенность …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• основная частота — rus основная частота (ж), частота (ж) основной составляющей; частота (ж) основного тона eng fundamental frequency fra fréquence (f) fondamentale deu Grundfrequenz (f), Grundtonfrequenz (f) spa frecuencia (f) fundamental …   Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки

• основная частота — pagrindinis dažnis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. fundamental frequency; master frequency vok. Grundfrequenz, f; Hauptfrequenz, f rus. основная частота, f pranc. fréquence fondamentale, f …   Automatikos terminų žodynas

• основная частота — pagrindinis dažnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dažnis, atitinkantis tam tikro nesinusinio periodinio virpesio periodą. atitikmenys: angl. basic frequency; fundamental frequency vok. Fundamentalfrequenz, f;… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

• основная частота — pagrindinis dažnis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. basic frequency; fundamental frequency vok. Fundamentalfrequenz, f; Grundfrequenz, f rus. основная частота, f pranc. fréquence fondamentale, f; fréquence principale, f …   Fizikos terminų žodynas

• основная частота — fundamental frequency Низшая из частот, связанная с гармоническими составляющими периодической величины. Шифр IFToMM: 3.9.4 Раздел: КОЛЕБАНИЯ В МЕХАНИЗМАХ …   Теория механизмов и машин

• основная частота группы рабочих частот опорной наземной передающей станции — основная частота Частота группы рабочих частот опорной станции многозначной фазовой радионавигационной системы, используемая для определения навигационного параметра радионавигационной системы. [ГОСТ 21535 76] Тематики навигация Синонимы основная …   Справочник технического переводчика

• основная частота следования импульсов — тактовая частота — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы тактовая частота EN basic pulse recurrence rate …   Справочник технического переводчика

• основная частота зацепления — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN fundamental gearmesh frequency …   Справочник технического переводчика

определение частоты — это… Что такое определение частоты? 

определение частоты

n

radio. Periodenzahlbestimmung

Универсальный русско-немецкий словарь. Академик.ру. 2011.

• определение частотных характеристик
• определение числа витков

Смотреть что такое «определение частоты» в других словарях:

• Определение частоты отбора подгрупп. — 5.5.2. Определение частоты отбора подгрупп. Подгруппы рекомендуется отбирать достаточно часто, чтобы они могли отразить потенциальные причины изменений процесса во времени. Изменения могут возникнуть из за различия между сменами, замены партий… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• определение — 2.7 определение: Процесс выполнения серии операций, регламентированных в документе на метод испытаний, в результате выполнения которых получают единичное значение. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• определение максимального значения частоты — [Интент] Тематики релейная защита EN acquisition of the maximum frequency …   Справочник технического переводчика

• определение минимального значения частоты — [Интент] Тематики релейная защита EN acquisition of the minimum frequency …   Справочник технического переводчика

• ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА СУДНА — установление фактич. места судна по наблюдениям береговых ориентиров визуально или с помощью радиолокаторов, по небесным светилам, по пеленгам радиомаяков, с помощью наземных радионавиг. систем или по спутниковым радионавиг. системам (РНС) с… …   Морской энциклопедический справочник

• Определение метрологических параметров. — 4.4. Определение метрологических параметров. 4.4.1. Частоту колебаний определяют в непрерывном режиме работы аппарата путем измерения частоты колебаний электрического генератора, возбуждающего излучатель ультразвуковых колебаний. Переключатель… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Определение плагиата — Способы обнаружения плагиата в з …   Википедия

• ГОСТ ИСО 1940-1-2007: Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса — Терминология ГОСТ ИСО 1940 1 2007: Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса оригинал документа: 3.1 балансировка: Процедура, состоящая из оценки распределения масс ротора и, при… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Нормы 17-99: Радиопередатчики всех категорий и назначений. Требования на допустимые отклонения частоты. Методы измерений и контроля — Терминология Нормы 17 99: Радиопередатчики всех категорий и назначений. Требования на допустимые отклонения частоты. Методы измерений и контроля: 2.1 Общие термины 2.1.1 Допустимое отклонение частоты: максимально допускаемое отклонение средней… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ ИСО 230-5-2002: Испытания станков. Часть 5. Определение шумовых характеристик — Терминология ГОСТ ИСО 230 5 2002: Испытания станков. Часть 5. Определение шумовых характеристик оригинал документа: 3.12 временная характеристика: Продолжительная запись уровня звукового давления как функции времени за один или несколько… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р 12.0.010-2009: Система стандартов безопасности труда. Системы управления охраной труда. Определение опасностей и оценка рисков — Терминология ГОСТ Р 12.0.010 2009: Система стандартов безопасности труда. Системы управления охраной труда. Определение опасностей и оценка рисков оригинал документа: 3.7 вредный производственный фактор: Производственный фактор, воздействие… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

частота — Frequency — qwe.wiki

Частота этого число вхождений повторяющегося события за единицу времени . Она также называется временной частотой , что подчеркивает контраст с пространственной частотой и угловой частотой . Период является длительность времени одного цикла в повторяющемся событии, так что период является обратной частоты. Например: если сердце новорожденного ребенка бьется с частотой 120 раз в минуту, его период, промежуток времени между ударами, составляет половину секунды (60 секунд , разделенных на 120 ударов ). Частота является важным параметром , используемым в науке и технике , чтобы определить скорость колебательных и вибрационных явления, такие как механические вибрации, звуковые сигналы ( звуковой ), радиоволны и свет .

Определения

Эти три точки мигают, или на велосипеде , периодически-с самой низкой частотой (0,5 гц) до самой высокой частоте (2,0 гц), сверху вниз. Для каждой мигающей точкой: «F» является частота в герцах (Гц) -OR числа событий в секунду (циклов в секунду) -Вот вспышек точек; в то время как «Т» в период , или время , в секундах (сек) каждый цикл, (количество секунд за один цикл). Примечание Т и F являются взаимными значениями друг к другу. По истечению времени, здесь двигается слева направо по горизонтальной оси-пяти синусоидальных волн изменяться, или цикл, регулярно при различных скоростях . Красная волна (сверху) имеет самую низкую частоту (циклы при самой медленной скорости) в то время как фиолетовая волна (нижняя) имеет самую высокую частоту (циклы на максимальную скорости).

Для циклических процессов, таких как вращение , колебаний или волн , частота определяется как число циклов в единицу времени. В физике и инженерных дисциплин, таких как оптика , акустика , и радио , частота обычно обозначается латинской буквой F или греческой буквой или v , (ню) (смотри , например , формулой Планка ). ν {\ Displaystyle \ Nu}

Соотношение между частотой и периодом повторяющегося события или колебания задается T {\ Displaystyle Т}

е знак равно 1 T , {\ Displaystyle F = {\ гидроразрыва {1} {T}}.}

Единицы

Производные единицы СИ частоты является герц (Гц), названный в честь немецкого физика Генриха Герца . Один герц означает , что событие повторяется один раз в секунду . Если телевизор имеет частоту обновления 1 герц экран телевизора изменится (или обновить) его изображение один раз в секунду. Предыдущее название для этого блока было циклов в секунду (сП). СИ единица период является вторым.

Традиционная единица измерения используется с вращающимися механическими устройствами оборотов в минуту , сокращенные г / мин или оборотов в минуту. 60 оборотов в минуту равен одному герц.

Период в зависимости от частоты

По сути удобства, более длинные и более медленные волны, такие как поверхности океана волны , как правило, описываются периодом волны , а не частоты. Короткие и быстрые волны, как аудио и радио , как правило , описывается их частоты вместо периода. Эти обычно используемые преобразования перечислены ниже:

частота	1 мГц (10 -3  Гц)	1 Гц (10 0  Гц)	1 кГц (10 3  Гц)	1 МГц (10 6  Гц)	1 ГГц (10 9  Гц)	1 ТГц (10 12  Гц)
период	1 кс (10 3  с)	1 с (10 0  с)	1 мс (10 -3  с)	1 мкс (10 -6  с)	1 нс (10 -9  с)	1 пс (10 -12  лет)

Похожие типы частоты

Схема взаимосвязи между различными типами частоты и других волновыми свойствами.

Y ( T ) знак равно грех ⁡ ( θ ( T ) ) знак равно грех ⁡ ( ω T ) знак равно грех ⁡ ( 2 π е T ) {\ Displaystyle у (т) = \ грешить \ влево (\ Theta (т) \ справа) = \ sin (\ омеги т) = \ sin (2 \ mathrm {\ р} фт)}

d θ d T знак равно ω знак равно 2 π е {\ Displaystyle {\ гидроразрыва {\ mathrm {d} \ тета} {\ mathrm {d} т}} = \ омега = 2 \ mathrm {\ Pi}} е

Угловая частота обычно измеряется в радианах в секунду (рад / с) , но для дискретных временных сигналов , также может быть выражена как радианы в интервал дискретизации , который является безразмерной величиной . Угловая частота (в радианах) больше , чем обычные частоты (в Гц) с коэффициентом 2л.

• Пространственная частота аналогична временной частоте, но ось времени заменена одной или более осей пространственных смещений. Например:

Y ( T ) знак равно грех ⁡ ( θ ( T , Икс ) ) знак равно грех ⁡ ( ω T + К Икс ) {\ Displaystyle у (г) = \ грех \ слева (\ тета (т, х) \ справа) = \ Sin (\ Omega T + кх)}

d θ d Икс знак равно К {\ Displaystyle {\ гидроразрыва {\ mathrm {d} \ тета} {\ mathrm {d} х}} = к}

Волновое число , к , является пространственной частотой аналога угловой временной частоты и измеряется в радианах на метр . В случае более чем одного пространственного измерения, волновое число является векторной величиной.

При распространении волны

Для периодических волн в средах без дисперсии (то есть, средства массовой информации , в которых скорость волны не зависит от частоты), частота имеет обратную зависимость к длине волны , λ ( лямбда ). Даже в диспергирующих средах, частота F синусоидальной волны равна фазовая скорость V от волны , деленной на длину волны Л волны:

е знак равно v λ , {\ Displaystyle F = {\ гидроразрыва {v} {\ Lambda}}.}

В частном случае электромагнитных волн , движущихся через вакуум , то V = C , где С представляет собой скорость света в вакууме, и это выражение принимает вид :

е знак равно с λ , {\ Displaystyle F = {\ гидроразрыва {C} {\ Lambda}}.}

Когда волны из монохромного источника перемещения из одной среды в другую, их частота остается один и тот же-только их длина волны и скорость изменения.

измерение

Измерение частоты может сделать следующими способами,

подсчет

Расчет частоты повторяющегося события осуществляются путем подсчета количества раз происходит это событие в течение определенного периода времени, а затем деления счетчика на длину периода времени. Например, если 71 события происходят в течение 15 секунд частота:

е знак равно 71 15 s ≈ 4,73 Гц {\ Displaystyle F = {\ гидроразрыва {71} {15 \, {\ текст {s}}}} \ около 4,73 \, {\ текст {Гц}}}

Если число отсчетов не очень велико, оно более точно измерить интервал времени , в течение заданного количества вхождений, а не количество вхождений в течение указанного времени. Последний метод вводит случайную ошибку в подсчет между нулем и единицей счетов, т средней половины счетов. Это называется ошибкой стробирования и вызывает среднюю ошибку в расчетной частоте , или дробной ошибке , где это интервал времени , и это измеренная частота. Эта ошибка уменьшается с частотой, так что , как правило , проблема в области низких частот , где число отсчетов N мала. Δ е знак равно 1 2 T м {\ Displaystyle \ Delta F = {\ гидроразрыва {1} {2T_ {т}}}} Δ е е знак равно 1 2 е T м {\ Displaystyle {\ гидроразрыва {\ Delta F} {F}} = {\ гидроразрыва {1} {2fT_ {т}}}} T м {\ Displaystyle T_ {т}} е {\ Displaystyle е}

Резонансный-язычковый частотомер, устаревшее устройство , используемое примерно от 1900 до 1940 — х годов для измерения частоты переменного тока. Она состоит из металлической полосы с валиками закончивших длиной, вибрирующим с помощью электромагнита . Когда неизвестная частота подаются на электромагнит, тростник , который является резонансным на этой частоте будет вибрировать с большой амплитудой, видимой рядом с масштабом.

стробоскоп

Старый метод измерения частоты вращающегося или вибрирующие объекты заключается в использовании стробоскопа . Это интенсивный мигающий свет повторно ( стробоскоп ), частота которого может регулироваться с помощью калиброванной схемы синхронизации. Строба свет направлен на вращающийся объект и частота регулируется вверх и вниз. Когда частота стробирования равна частота вращающегося или вибрирующего объект, объект завершает один цикл колебаний и возвращается в исходное положение между вспышками света, так что при освещении строба объект появляется в неподвижном состоянии . Тогда частота может быть считана из калиброванного считывания на стробоскоп. Недостатком этого способа является то , что объект вращается на целое кратное частоты стробирования также появится в неподвижном состоянии .

Частотомер

Современный частотомер

Более высокие частоты, как правило , измеряется с помощью частотомера . Это электронный прибор , который измеряет частоту приложенного повторяющейся электронного сигнала и отображает результат в герцах на цифровом дисплее . Он использует цифровую логику для подсчета количества циклов в течение временного интервала , установленный в точности кварцевой временной базой. Циклические процессы, которые не являются электрическими в природе, такие как скорость вращения вала, механических колебаний, или звуковых волн , могут быть преобразованы в повторяющийся электронный сигнал с помощью датчиков и сигнала , приложенного к частотомеру. По состоянию 2018 года, счетчики частоты может охватывать диапазон примерно до 100 ГГц. Это представляет собой предел прямых методов подсчета; частоты выше этого должны быть измерены косвенными методами.

методы гетеродинных

Над диапазона счетчиков частот, частоты электромагнитных сигналов часто измеряется косвенно посредством гетеродинирования ( преобразование частоты ). Опорный сигнал известной частоты вблизи неизвестной частоты смешивается с неизвестной частотой в нелинейном смесительном устройстве , таком как диод . Это создает гетеродин или «бить» сигнал на разнице между двумя частотами. Если два сигнала близок друг к другу по частоте гетеродин достаточно низок , чтобы быть измерено с помощью частотомера. Этот процесс только измеряет разницу между неизвестной частотой и опорной частотой. Для того, чтобы достичь более высоких частот, могут быть использованы несколько стадий гетеродинирования. В настоящее время исследование расширяет этот метод инфракрасные и световые частоты ( оптическое обнаружение гетеродина ).

Примеры

Свет

Видимый свет представляет собой электромагнитную волну , состоящую из осциллирующих электрических и магнитных полей , проходящих через пространство. Частота волны определяет ее цвет: 7014400000000000000 ♠4 × 10 ¹⁴  Гц красного свет, 7014800000000000000 ♠8 × 10 ¹⁴  Гц являются фиолетовым светом, и между ними (в пределах 4- 7014800000000000000 ♠8 × 10 ¹⁴  Гц ) все другие цвета из видимых спектр . Электромагнитная волна может иметь частоту меньше , чем 7014400000000000000 ♠4 × 10 ¹⁴  Гц , но это будет невидимым для человеческого глаза; такие волны называются инфракрасной (ИК) излучение. При еще более низкой частоте, волна называется микроволновой печью , а при еще более низких частотах , это называется радиоволны . Кроме того, электромагнитная волна может иметь частоту выше , чем 7014800000000000000 ♠8 × 10 ¹⁴  Гц , но это будет невидимым для человеческого глаза; такие волны называются ультрафиолетовым (УФ) излучением. Даже более высокочастотные волны называются рентгеновскими лучами , а еще выше являются гамма — лучами .

Все эти волны, от самых низких частот радиоволн до самых высоких частот гамма — лучей, принципиально одинаковы, и все они называют электромагнитное излучение . Все они проходят через вакуум в той же скорости ( скорость света ), давая им длину волны обратно пропорционально их частоты.

с знак равно е λ {\ Displaystyle \ displaystyle с = F \ лямбда}

где с является скоростью света ( с в вакууме, или меньше , в других средствах массовой информации), F является частота и λ является длиной волны.

В диспергирующих средах , таких как стекло, скорость зависит до некоторой степени от частоты, так что длина волны не совсем обратно пропорциональна частоте.

звук

Звук распространяется как механические вибрации волн давления и перемещения, в воздухе или других веществ .. В общем, частотные составляющие звука определяют его «цвет», его тембр . Говоря о частоте (в единственном числе) от звука , это означает , что свойство , которое наиболее определяет высоту .

Частоты ухо может слышать ограничены определенный диапазон частот . Звуковых частот диапазона для человека , как правило , дается как между примерно 20  Гц и 20000 Гц (20 кГц), хотя верхний предел частоты , как правило , уменьшается с возрастом. Другие виды имеют различные диапазоны слуха. Например, некоторые породы собак могут воспринимать вибрации до 60000 Гц.

Во многих средах, таких , как воздух, скорость звука почти не зависит от частоты, так что длина волны звуковых волн (расстояние между повторами) приблизительно обратно пропорциональна частоте.

Линейный ток

В Европе , Африке , Австралии , Южная Южная Америка , большая часть Азии и России , частоты переменного тока в бытовых электрических розетках составляют 50 Гц (близко к тональным G), в то время как в Северной Америке и Северной Южной Америке , частота переменный ток в бытовых электрических розетках составляют 60 Гц (между тонами B ♭ и B, то есть, незначительным третьей выше европейской частотой). Частота « гудение » в аудио записи может показать , где запись была сделана, в странах с использованием европейского, или американская, частоты сетки.

Смотрите также

Примечания и ссылки

дальнейшее чтение

• Giancoli, DC (1988). Физика для ученых и инженеров (2 — е изд.). Prentice Hall. ISBN  978-0-13-669201-0 .

внешняя ссылка

определение частоты — это… Что такое определение частоты? 

определение частоты

радио determinazione della frequenza

Dictionnaire technique russo-italien. 2013.

• определение точки нуля
• определение числового значения

Смотреть что такое «определение частоты» в других словарях:

• Определение частоты отбора подгрупп. — 5.5.2. Определение частоты отбора подгрупп. Подгруппы рекомендуется отбирать достаточно часто, чтобы они могли отразить потенциальные причины изменений процесса во времени. Изменения могут возникнуть из за различия между сменами, замены партий… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• определение — 2.7 определение: Процесс выполнения серии операций, регламентированных в документе на метод испытаний, в результате выполнения которых получают единичное значение. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• определение максимального значения частоты — [Интент] Тематики релейная защита EN acquisition of the maximum frequency …   Справочник технического переводчика

• определение минимального значения частоты — [Интент] Тематики релейная защита EN acquisition of the minimum frequency …   Справочник технического переводчика

• ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА СУДНА — установление фактич. места судна по наблюдениям береговых ориентиров визуально или с помощью радиолокаторов, по небесным светилам, по пеленгам радиомаяков, с помощью наземных радионавиг. систем или по спутниковым радионавиг. системам (РНС) с… …   Морской энциклопедический справочник

• Определение метрологических параметров. — 4.4. Определение метрологических параметров. 4.4.1. Частоту колебаний определяют в непрерывном режиме работы аппарата путем измерения частоты колебаний электрического генератора, возбуждающего излучатель ультразвуковых колебаний. Переключатель… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Определение плагиата — Способы обнаружения плагиата в з …   Википедия

• ГОСТ ИСО 1940-1-2007: Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса — Терминология ГОСТ ИСО 1940 1 2007: Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса оригинал документа: 3.1 балансировка: Процедура, состоящая из оценки распределения масс ротора и, при… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Нормы 17-99: Радиопередатчики всех категорий и назначений. Требования на допустимые отклонения частоты. Методы измерений и контроля — Терминология Нормы 17 99: Радиопередатчики всех категорий и назначений. Требования на допустимые отклонения частоты. Методы измерений и контроля: 2.1 Общие термины 2.1.1 Допустимое отклонение частоты: максимально допускаемое отклонение средней… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ ИСО 230-5-2002: Испытания станков. Часть 5. Определение шумовых характеристик — Терминология ГОСТ ИСО 230 5 2002: Испытания станков. Часть 5. Определение шумовых характеристик оригинал документа: 3.12 временная характеристика: Продолжительная запись уровня звукового давления как функции времени за один или несколько… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р 12.0.010-2009: Система стандартов безопасности труда. Системы управления охраной труда. Определение опасностей и оценка рисков — Терминология ГОСТ Р 12.0.010 2009: Система стандартов безопасности труда. Системы управления охраной труда. Определение опасностей и оценка рисков оригинал документа: 3.7 вредный производственный фактор: Производственный фактор, воздействие… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

определенной частоты — со всех языков на русский

 

добротность
1. Количественная характеристика потерь колебательной системы при резонансе, равная

где Wк — полный запас энергии колебаний при резонансе;
Wп — потери энергии за период
[ Физический энциклопедический словарь]
2. Количественная мера потерь колебательной системы. Показывает, во сколько раз амплитуда вынужденных колебаний при резонансе превышает амплитуду на частоте, много меньшей резонансной при одинаковой внешней силе
3. Отношение резонансной частоты спектра колебаний к его ширине на уровне 0,707 от максимального значения амплитуды спектра
Примечание
Определения 2 и 3 являются достаточно точными для систем с высокой добротностью (Q >(5-10)), определение 1 пригодно во всех случаях
[Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное пособие). Москва 2003 г.]

добротность (1)
коэффициент добротности (1)
—
[IEV number 151-15-45]

добротность (2)
коэффициент добротности (2)
—
[IEV number 151-15-46]

EN

quality factor (1)
Q factor (1)
for a capacitor or inductor under periodic conditions, ratio of the absolute value of the reactive power to the active power
NOTE 1 – The quality factor is a measure of the losses, usually unwanted, in a capacitor or an inductor.
NOTE 2 – The quality factor depends generally on frequency and voltage.
[IEV number 151-15-45]

---

quality factor (2)
Q factor (2)
for a resonant circuit at the resonance frequency, 2π times the ratio of the maximum stored energy to the energy dissipated during one period
NOTE – The quality factor is a measure of sharpness of the resonance.
Source: 801-24-12 MOD
[IEV number 151-15-46]

FR

facteur de qualité (1), m
facteur de surtension (1), m
pour un condensateur ou une bobine d’inductance en régime périodique, rapport de la valeur absolue de la puissance réactive à la puissance active
NOTE 1 – Le facteur de qualité caractérise les pertes, généralement non désirées, dans un condensateur ou une bobine d’inductance.
NOTE 2 – Le facteur de qualité dépend généralement de la fréquence et de la tension.
[IEV number 151-15-45]

---

facteur de qualité (2), m
facteur de surtension (2), m
pour un circuit résonant fonctionnant à la fréquence de résonance, 2π fois le rapport de l’énergie maximale emmagasinée dans le circuit à l’énergie dissipée pendant une période
NOTE – Le facteur de qualité caractérise l’acuité de la résonance.
Source: 801-24-12 MOD
[IEV number 151-15-46]

Синонимы

EN

DE

FR

 

коэффициент качества излучения
Коэффициент (Q) для учета биологической эффективности разных видов ионизирующего излучения в определении эквивалентной дозы. Для получения эквивалентной дозы поглощенная доза рассматриваемого излучения должна быть умножена на коэффициент качества. Для рентгеновского, бета- и гамма-излучения коэффициент Q=1, протонного и нейтронного излучения (быстрые нейтроны) Q=10, альфа-излучения Q=20.
[ http://pripyat.forumbb.ru/viewtopic.php?id=25]

Тематики

EN

numpy — Определение частоты звукового сигнала в Python

Переполнение стека

1. Товары
2. Клиенты
3. Случаи использования

1. Переполнение стека Публичные вопросы и ответы
2. Команды Частные вопросы и ответы для вашей команды
3. предприятие Частные вопросы и ответы для вашего предприятия
4. работы Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
5. Талант Нанимать технический талант
6. реклама Связаться с разработчиками по всему миру

,

Блок 5: Определение частоты — Гражданское строительство 6970 с Lamondia в Auburn University Продолжить с Google

Чтобы войти через Google, пожалуйста, включите всплывающие окна

Продолжить с Facebook

Чтобы войти через Google, пожалуйста, включите всплывающие окна

или

У вас нет аккаунта? Зарегистрироваться

Продолжить с Google

Чтобы зарегистрироваться в Google, пожалуйста, включите всплывающие окна

Продолжить с Facebook

Чтобы зарегистрироваться в Google, пожалуйста, включите всплывающие окна

или

Зарегистрируйтесь по электронной почте

Зарегистрируйтесь через Google или Facebook

или

Имя

Электронная почта

Пароль

День рождения

?

Чтобы зарегистрироваться, вам должно быть не менее 13 лет.Другие люди не увидят твой день рождения.

Месяц январь февраль марш апрель май июнь июль августейший сентябрь октября ноябрь Декабрь

День 12345678910111213141516171819202122232425262728293031

Год

зарегистрироваться ,