如何缩放Wave文件的FFT输出？

Question

音频文件：44100 Hz，16 位，双声道。

我使用FFT计算输出的每个频率bin的幅度。但我不知道如何将其缩放以绘制（实时）频谱。

有人能帮我吗？

- cobazet

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许多重复 - 例如参见使用Java中的FFT算法进行音频频谱分析。 - Paul R

上面链接中的比例方法只转换为分贝。因为我不知道使用FFT算法后的复杂输出的最大值。我只知道一个实例输出的最大值，但是每N毫秒，我都有另一个输出。请帮帮我！ - cobazet

我无法计算所有输出并找到它们的最大值，这太难了。 - cobazet

Answer 1

好的，有多种方法可以做到这一点...

例如：如果您想要一个分贝刻度，对于每个虚拟样本，计算

ymag = (x.real^2 + x.imag^2)

您只需要遍历一半的数组，因为您只需要正频率；第二半部分将只是第一半部分的重复，实际数据输入FFT。

搜索所得值中的最小值和最大值并存储它们。如果您的最小值为零，请选择一些非常小的值来代替您的最小值。（0.000001或其他）。然后，将您的最小分贝值设置为mindB = 10 * log10（最小值）。

现在，返回的第一个值（sample [0]）将是您的直流偏移量，您可能希望将其设置为零。

然后，对于每个样本，计算：ydB = 10 * log10（ymag / maximum）。

这应该给您一个表示每个样本频率分贝下降的数组。您可以按需缩放此数组；如果您的绘图区域从y = 5到y = 200，则可以使用以下内容：

yscaled = ((ydB / -mindB) *（200-5）+ 200)

我还会确保缩放值符合范围，以防有FP舍入误差。

yscaled = min(max（yscaled，5），200)

我已经有一段时间没有做这个了，所以如果有任何数学错误，请谅解。:)

- shelleybutterfly

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@cobazet，我看到了你上面的评论；我认为这会给你想要的东西。据我回忆，它将比例尺从-inf dB近似到0 dB...如果这对你不起作用，请告诉我，我会进一步研究它。 - shelleybutterfly

你只需要找到刚刚进行FFT的数据中的最小值和最大值，而不是整个数据集。换句话说，如果你使用了一个32768点的FFT，那么你只需要找到你正在处理的16384个点中的最大值... - shelleybutterfly

虽然如此，如果需要一个0 dB参考点来表示整个数据块的所有实时FFT的绝对最大值的0 dB，则必须事先知道该点。如果您需要这个，您唯一的选择是事先选择一个值作为最大值，可能是通过实验找到一个合适的值。您还可以选择实际可能的最大值，这将与您的输入数据最大可能值有关，但很可能会在顶部留下很多额外的空间... - shelleybutterfly

返回翻译文本：不；结果应该是小于0的；它从最高功率频段计算dB下降，因此所有内容都将小于或等于零；这就是为什么缩放使用“-mindB”的原因...我还发现一些关于我曾经使用的内容的注释，显然我们使用了0.000000001。 - shelleybutterfly

所以，在我给出的例子中，如果您的绘图区域从y=5到y=200，那么您应该在尝试近似负无穷分贝时得到缩放值为5，并且您应该得到代表0分贝的缩放值为200。（我可能在某个地方缩放不当，但这就是想法。） - shelleybutterfly

Answer 2

不同的FFT实现具有不同的比例因子，可能相差N、1/N或1/sqrt(N)，其中N是FFT的长度。对于至少一种有符号整数输入FFT，最大比例约为sqrt(2) * N * 2^(b - 1)，其中b是小数点左侧的位数（在您的情况下为16，在FFT之前将通道加入较大的数据类型中可能为17）。

- hotpaw2