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基于
matlab
的耳机音频滤波处理及效果分
析
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通一周新宇
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生活中无处不在
的声音构成了我们生活中不可或缺的一环，
我们在生活中的交
流
生活都离不开声音的传输。令人享受音乐跟令人厌烦的噪音同样都属于声音。
声音在传输
中必然会存在干扰，
针对这些情况，
我们设计滤波器对音频进行
分析
处理。
借此我们可以对声音的传输效果有更深的了解，
方便大家在生活中的应用。
（本文以挑选耳机及规避噪音为例，
若选择音响则还需考虑空间布局等，
因此暂
不讨论。）
音频滤波器是针对不
同的场景需要，
有针对性的滤去不需要的频段声音来得到
想要的
信号，以方便进行放大传输的效果。
我们录制原始音频信号作为初始信号（见邮件附件），对其分析，结果如下：
我们可以将这个音频录制的声音视为
CD
格式的音乐。
耳机的频率响应
频率响应是指将一个
以恒电压输出的音频信号与系统相连接时，
音箱产生的声
压随频
率的变化而发生增大或衰减、
相位随频率而发生变化的现象，
这
种声压和
相位与频率的相关联的变化关系称为频率响应。
也是指
在振幅允许的范围内音响
系统能够重放的频率范围，
以及在此范
围内信号的变化量称为频率响应，
也叫频
率特性。
在额定的频率范围内，
输出电压幅度的最大值与最小值之比，
以分贝数
（
dB
）来表示其不
均匀度。
本文中主要探讨频率部分，响度部分不深究。耳机中
通常的频率响应参数为
20-20000Hz
（低音
-
高音）
，
12-390
00Hz
意味着这款耳机能表现更多的音频细节，
声音“更真实
”一些，
30-17000Hz
意味着在
30Hz
以下的音频段细节耳机不能分
辨，却使低音效果很“
沉重”有分量，高音情况类似。
针
对日常生活中人类发声范围大约在
80Hz~3400Hz
。听
觉范围大约在
20Hz~2000Hz
，只要能够满足此范围的
耳机即可满足日常通话等基本需求。若
追求音乐效果则应选择频率范围尽量宽的耳机。<
/p>
从我们录制的单一音频中分析可得频谱主要分布在两端，
以不使用耳机而使用音
响为例，学校宿舍楼外的理发店更换音响以后，
直接影响到了我们的日常休息。
除了
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号楼前原有建筑被拆平，
减少声音绕射损耗外，
也因为其音响的
低音效果
更好。
经过障碍物等的阻碍，
主要损耗掉的是声音的高频部分，
模拟的效果如下：
低通滤波器产生的图像
可以单纯的认为这种高频部分被滤掉的声音为音乐中的低音效果，
同时自然
界
中的这种情况也减小了高频噪声对人耳的刺激。
由此可知，
如果偏重低音范围，
买来的耳机就会产
生这种比较厚重的感觉，
流
行音乐如果要有好的表现，
大部分是需要低频来表现节奏的。
所以若果你喜欢听
流行音乐，应该选一个在低音方面表现比较出色的耳机。
人耳对高频声音更为敏感，
也即同样情况下制造同样的响度，<
/p>
高频信号需要的
能量比低频信号小得多（涉及等响度曲线，见附录
），耳机由于功率较小，因此
离一段距离之后损失的能量变很多，
高频段的声音也就会变得尖锐。
因此高频范
围的声音在同样能
量情况下会变得更为尖锐。
在音
乐中高频段主要用来表现部分乐器
（如小提琴）
的高音段，
大部分应用较
少，喜欢古典音乐的应选侧重高频的部分。
高通滤波器产生的图像
从
160
Hz-1280Hz
横跨三个八度
(320Hz
、
640Hz
、
1280Hz
)
之间的频率称为中频。
这个频段几乎把所有乐器、
人声都包含进去了，
所以是最重要的频段。
大部分
的
音乐表现程度好坏都依赖这个频段，
包括我们平时听的高音歌
手的高音部分。
因
此这部分声音尤其重要，选择带通滤波器可以
较好地体现这部分的特点。
带通滤波器产生的图像
由于人耳的构造特性，总有部分频
率的声音处于中间频段，却会让人感觉刺耳。
其中一个频段为
8
0Hz-160Hz
。这个频段是台湾音响迷最头痛的一段，因为它是
< br>造成耳朵轰轰然的元凶。
为了消除类似的效果，
我们通常
会使用设置特殊的耳塞
等尽量滤去这部分声音，效果类似于带阻滤波器，见下文
带阻滤波器产生的图像
由此我们可以大致了解，
我们对不同
频率声音的感官，
有助于我们在日常生活中
更好的利用所学的知
识。
还是以挑选耳机为例，
应先看自己喜欢听的音乐的类型，<
/p>
如果可能，可一个频率分析，由此可以选择偏重于自己喜好频段的耳机。
< br>
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