Python:超声波到音频范围

Question

我正在使用Python2.7.3，我有一个关于超声波频率的问题：

在40 1MHz的采样下，我测量了一个超声波信号，它是一个1 1MHz谐振频率和一个包络的卷积，它的包络取决于超声波信号通过的介质。我想听听这个接收到的信号，我的问题是：

如何将接收到的信号映射到人类听觉的范围？或者换一种方式，我可以如何降低采样，并将这个信号转换成音频(保持信封形状，甚至可能延长时间，使其更长)。

这里是模拟信号，但在任何情况下都是这样的：

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()

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Answer 1

你的问题有两个共同的答案：

1. 只需在采样频率的一小部分上播放。如果您播放您的信号回放，例如44.1 kHz采样频率，您将有一个大约1000赫兹和信号长度约20毫秒的音频。(我选择了44.1 kHz，因为它肯定是任何hw都可以回放的频率之一。)通过将信号保存到WAV文件中(请参阅wave模块)，这可能是最简单的方法，然后您可以对任何播放WAV文件的内容进行回放。
2. 标准的方法是将谐振频率降低到可听到的频率。这是无线电的基本原理。从数学上讲，它涉及到将接近谐振频率的载波频率相乘，然后对结果进行低通滤波。这一操作也可以被看作是将频谱移动到接近0。然而，由于您的信号包络非常快(0.25毫秒)，这只会导致一个简短的点击，因此在这里没有用。

如果有进一步的要求，还可以找到其他的解决方案。包络频率和谐振频率似乎是比较接近的，这限制了选择。如果您需要对实时信号执行此操作，则挑战将是延长信封，因为随后必须检测到信封。否则，就不可能延长时间。

Answer 2

我想对此发表评论，但我有一些例子。有很多种方法来表达这一点。您可以使用声音作为编码介质。如果您的原始波形没有什么属性，如frequency (常数)和envelope (变量/可以近似)，例如，您可以使用简短的声音和沉默序列(1=generate sound/0=generate silence)以二进制形式对频率进行编码，然后可以用可变频率(例如，ex)表示恒定的声音。100 max的声音代表0的振幅，10000 max的声音代表最大的振幅)。要重建原始信封，可以使用插值。我希望你能明白我的意思。