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C＃で正弦波または方形波を作成する

特定の周波数の正弦波または方形波を生成するにはどうすればよいですか？

機器を較正するためにこれを行うことを望んでいます、それでこれらの波はどのくらい正確ですか？

c#audiosignal-processing
21
johnc

NAudio を使用して、サウンドカードに出力または [〜＃〜] wav [〜＃〜] に出力できる正弦波または方形波を出力する派生WaveStreamを作成できます。 =ファイル。 32ビットの浮動小数点サンプルを使用した場合、すでに-1と1の間にあるため、スケーリングする必要なく、sin関数から直接値を書き込むことができます。

正確さに関しては、正確に正しい周波数、または正確に正しい波形を意味しますか？真の方形波などは存在せず、正弦波でさえ、他の周波数では非常に静かなアーティファクトがいくつかある可能性があります。周波数の精度が重要な場合は、サウンドカードのクロックの安定性と精度に依存しています。そうは言っても、ほとんどの用途で精度は十分に良いと思います。

これは、8 kHzのサンプルレートで、16ビットのサンプル（つまり、浮動小数点ではない）で1 kHzのサンプルを作成するコードの例です。

int sampleRate = 8000;
short[] buffer = new short[8000];
double amplitude = 0.25 * short.MaxValue;
double frequency = 1000;
for (int n = 0; n < buffer.Length; n++)
{
    buffer[n] = (short)(amplitude * Math.Sin((2 * Math.PI * n * frequency) / sampleRate));
}
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Mark Heath

これにより、周波数、持続時間、振幅を指定できます。これは100％.NET CLRコードです。外部DLLはありません。 WAV形式のMemoryStreamを作成することで機能します。これは、ファイルをディスクに保存せずに、メモリ内にのみファイルを作成するようなものです。次に、そのMemoryStreamをSystem.Media.SoundPlayerで再生します。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Windows.Forms;

public static void PlayBeep(UInt16 frequency, int msDuration, UInt16 volume = 16383)
{
    var mStrm = new MemoryStream();
    BinaryWriter writer = new BinaryWriter(mStrm);

    const double TAU = 2 * Math.PI;
    int formatChunkSize = 16;
    int headerSize = 8;
    short formatType = 1;
    short tracks = 1;
    int samplesPerSecond = 44100;
    short bitsPerSample = 16;
    short frameSize = (short)(tracks * ((bitsPerSample + 7) / 8));
    int bytesPerSecond = samplesPerSecond * frameSize;
    int waveSize = 4;
    int samples = (int)((decimal)samplesPerSecond * msDuration / 1000);
    int dataChunkSize = samples * frameSize;
    int fileSize = waveSize + headerSize + formatChunkSize + headerSize + dataChunkSize;
    // var encoding = new System.Text.UTF8Encoding();
    writer.Write(0x46464952); // = encoding.GetBytes("RIFF")
    writer.Write(fileSize);
    writer.Write(0x45564157); // = encoding.GetBytes("WAVE")
    writer.Write(0x20746D66); // = encoding.GetBytes("fmt ")
    writer.Write(formatChunkSize);
    writer.Write(formatType);
    writer.Write(tracks);
    writer.Write(samplesPerSecond);
    writer.Write(bytesPerSecond);
    writer.Write(frameSize);
    writer.Write(bitsPerSample);
    writer.Write(0x61746164); // = encoding.GetBytes("data")
    writer.Write(dataChunkSize);
    {
        double theta = frequency * TAU / (double)samplesPerSecond;
        // 'volume' is UInt16 with range 0 thru Uint16.MaxValue ( = 65 535)
        // we need 'amp' to have the range of 0 thru Int16.MaxValue ( = 32 767)
        double amp = volume >> 2; // so we simply set amp = volume / 2
        for (int step = 0; step < samples; step++)
        {
            short s = (short)(amp * Math.Sin(theta * (double)step));
            writer.Write(s);
        }
    }

    mStrm.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
    new System.Media.SoundPlayer(mStrm).Play();
    writer.Close();
    mStrm.Close();
} // public static void PlayBeep(UInt16 frequency, int msDuration, UInt16 volume = 16383)
25
Edward

試してみてください サインを作成してC＃でwavファイルに保存

private void TestSine()
{
    IntPtr format;
    byte[] data;
    GetSineWave(1000, 100, 44100, -1, out format, out data);
    WaveWriter ww = new WaveWriter(File.Create(@"d:\work\sine.wav"),
        AudioCompressionManager.FormatBytes(format));
    ww.WriteData(data);
    ww.Close();
}

private void GetSineWave(double freq, int durationMs, int sampleRate, short decibel, out IntPtr format, out byte[] data)
{
    short max = dB2Short(decibel);//short.MaxValue
    double fs = sampleRate; // sample freq
    int len = sampleRate * durationMs / 1000;
    short[] data16Bit = new short[len];
    for (int i = 0; i < len; i++)
    {
        double t = (double)i / fs; // current time
        data16Bit[i] = (short)(Math.Sin(2 * Math.PI * t * freq) * max);
    }
    IntPtr format1 = AudioCompressionManager.GetPcmFormat(1, 16, (int)fs);
    byte[] data1 = new byte[data16Bit.Length * 2];
    Buffer.BlockCopy(data16Bit, 0, data1, 0, data1.Length);
    format = format1;
    data = data1;
}

private static short dB2Short(double dB)
{
    double times = Math.Pow(10, dB / 10);
    return (short)(short.MaxValue * times);
}
6
Aleks

（他の人のために）Mathnetを使用

https://numerics.mathdotnet.com/generate.html

正弦波

指定された長さの正弦波配列を生成します。これは、振幅2πの周期的なノコギリ波にスケーリングされた三角正弦関数を適用することと同じです。

s(x)=A⋅sin(2πνx+θ)

Generate.Sinusoidal（length、samplingRate、frequency、amplitude、mean、phase、delay）

例えば

 Generate.Sinusoidal(15, 1000.0, 100.0, 10.0);

配列{0、5.9、9.5、9.5、5.9、0、-5.9、...}を返します

そしてまたあります

Generate.Square(...

どちらになります

周期的な方形波を作成...

精度について話すことはできません。

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Declan Taylor