《振動噪音科普專欄》電話撥號之數字鍵的聲音頻率分析


電話撥號之數字鍵,按了不同的號碼,都可以聽到不同的聲音,這些聲音有甚麼特徵呢?為什麼不同的號碼,聽到的聲音會有不同呢?這種不同的聲音是怎麼形成的?由撥號音我們可以推測是撥打了甚麼電話號碼嗎?

先前單元【甚麼是頻譜分析?】:主要是應用快速傅立葉轉換(fast Fourier transform, FFT)的數學運算,將時間域的信號,轉換到頻率域,得到此信號的傅立葉頻譜(Fourier spectrum),以作進一步的觀察。

本單元將以數字鍵【1】的撥號音為例,針對撥號音的聲音檔案,進行頻譜分析,得到數字鍵【1】的撥號音的聲音頻譜,來解釋說明撥號音的頻率特徵。

首先,了解一下電話撥號之數字鍵,是由兩個頻率的訊號所組成,有興趣的讀者可以查詢維基百科,雙音多頻訊號(Dual-Tone Multi-Frequency, DTMF)https://en.wikipedia.org/wiki/Dual-tone_multi-frequency_signaling

1右上方節錄不同撥號音的頻率組成,圖1下方是分析得到的頻譜圖。圖2是分析佐證。圖3是應用屏科大振動噪音實驗室所開發的SM(sound measurement)軟體【http://aitanvh.blogspot.tw/2017/10/sm.html】,解析數字鍵【1】的撥號音頻譜的過程圖示。

數字鍵【1】的撥號音,是由2個頻率697 Hz1209 Hz的簡諧波所合成的,透過頻譜分析可以將時間域信號轉換到頻率域如圖1,分析的頻率解析度為10Hz,所以數字鍵【1】的撥號音的頻譜,可以得到之頻率分別為700Hz1210Hz,可以知道確實就是【1】的撥號音。

不同數字的撥號音會有不同的聽感,其實,是因為有兩個頻率的簡諧波所合成的信號,在時間域的波形特徵由於頻率高,必須放大時間區間才能觀察出信號的波動現象,透過頻譜分析就可以很明確的解讀是哪兩個頻率信號所組成。

由撥號音我們可以推測是撥打了甚麼電話號碼嗎?答案是可以的,需要熟悉頻譜分析的技術,以及一個可執行頻譜分析的程式,是可以解析撥打的電話號碼。

本單元說明電話撥號之數字鍵的聲音頻率組成,也以頻譜分析解析數字鍵【1】的撥號音,希望對讀者有所幫助。

以上個人看法,請多指教!

王栢村
2018.02.22






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