20Hz-20000Hz的Butterworth滤波器出问题了。

Question

20Hz-20000Hz的Butterworth滤波器出问题了。

pythonnumpyscipyfilteringsignal-processing

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我希望将20 Hz至20000 Hz之外的所有内容过滤掉。我使用Butterworth滤波器：

from scipy.io import wavfile
from scipy import signal
import numpy

sr, x = wavfile.read('sweep.wav')
nyq = 0.5 * sr
b, a = signal.butter(5, [20.0 / nyq, 20000.0 / nyq], btype='band')

x = signal.lfilter(b, a, x)
x = numpy.float32(x)
x /= numpy.max(numpy.abs(x))
wavfile.write('b.wav', sr, x)

我注意到这个程序可以处理44.1千赫兹的文件，但无法处理96千赫兹的WAV文件（演示文件在此）（这不是音频输入输出问题）：输出要么是空白（没有声音），要么是爆炸声（对于其他一些输入wav文件）。

1）是否有什么原因导致Butterworth滤波器不能用于带通[b1，b2]，其中b2 < 0.5？

2）总的来说，你如何使用Python/scipy进行过滤，只保留20-20000Hz的声音？（不使用其他外部库）

- Basj

错误的堆栈。请尝试dsp.stackexchange.com。 - wwii

Scipy是一个外部库。 - wwii

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Warren Weckesser · Accepted Answer

scipy.signal.butter正在生成一个不稳定的滤波器：

In [17]: z, p, k = signal.tf2zpk(b, a)

In [18]: np.max(np.abs(p))
Out[18]: 1.0005162676670694

对于一个稳定的滤波器，最大值必须小于1。不幸的是，代码没有警告这一点。

我怀疑问题出在b1上，而不是b2。在标准化单位中，您试图创建一个相对较小的下限为2.1e-4。例如，如果下限为200.0/nyq，则滤波器是稳定的：

In [13]: b, a = signal.butter(5, [200.0 / nyq, 20000.0 / nyq], btype='band')

In [14]: z, p, k = signal.tf2zpk(b, a)

In [15]: np.max(np.abs(p))
Out[15]: 0.99601892668982284

使用更强大的sos（二阶段）格式而非(b, a)格式进行滤波，该格式已在scipy 0.16版本中添加。要使用它，请更改这两行代码。

b, a = signal.butter(5, [20.0 / nyq, 20000.0 / nyq], btype='band')
x = signal.lfilter(b, a, x)

to

sos = signal.butter(5, [20.0 / nyq, 20000.0 / nyq], btype='band', output='sos')
x = signal.sosfilt(sos, x)

那个SOS过滤器不会受到不稳定性问题的困扰。