了解声音

声音，其实就是各种声源的振动所发出来的波。它通过空气、水等弹性介质传播到动物的器官中，为动物的听觉神经所感受。
因此，从物理的角度看来声音并不是抽象的。频率、周期、波长、音速、音强、振幅（响度）、声压、波形（音色），把声音“解剖”出来就是以上所列出来的各种特征。而这，就为我们分析声音数据提供了切入点。

探索数据

关于音频处理的库

有两个常用好用的音频处理库，Librosa和PyAudio。其中Librosa通常用于分析音频信号，但更倾向于音乐，它包括用于构建MIR（音乐信息检索）系统的nuts 和 bolts。而PyAudio这个模块则可以使得音频在jupyter notebook进行播放。

import librosa
import librosa.display
import IPython.display as ipd

观察音频数据

对音频文件个数、音频数据类别，占比等进行输出观察。

import os


voice_path = './train_sample'


def look_data():
    # 音频类别文件夹个数
    print(f'音频文件夹的个数: {len(os.listdir(voice_path))}')

    voice_total = 0
    single_label = {}
    for ind, label_name in enumerate(os.listdir(voice_path)):
        file_path = voice_path + '/' + label_name
        single_num = len(os.listdir(file_path))
        single_label[label_name] = single_num
        voice_total += single_num

    print(f'音频文件总量： {voice_total}')
    print(f'{"序号":<5}{"类别":<15}{"数量":<10}{"占比"}')
    for ind, (key, value) in enumerate(single_label.items()):
        print(f'{ind:<5}{key:<20}{value:<10}{value / voice_total:.2%}')


look_data()

输出结果：

音频文件夹的个数: 20
音频文件总量： 1000
序号   类别             数量        占比
0    aloe                45        4.50%
1    burger              64        6.40%
2    cabbage             48        4.80%
3    candied_fruits      74        7.40%
4    carrots             49        4.90%
5    chips               57        5.70%
6    chocolate           27        2.70%
7    drinks              27        2.70%
8    fries               57        5.70%
9    grapes              61        6.10%
10   gummies             65        6.50%
11   ice-cream           69        6.90%
12   jelly               43        4.30%
13   noodles             33        3.30%
14   pickles             75        7.50%
15   pizza               55        5.50%
16   ribs                47        4.70%
17   salmon              37        3.70%
18   soup                32        3.20%
19   wings               35        3.50%
食物的音频主要有6.26G的内存，总共20种食物，总共11140个声音。

可以看出各个类别的数量占比并不相同，分布并不是特别平均。

查看音频特征

用前面提到的IPython.display音频输入路径直接播放音频。

# 播放芦荟的声音
ipd.Audio('./train_sample/aloe/24EJ22XBZ5.wav')

使用librosa模块加载音频文件，librosa.load()加载的音频文件，默认采样率（sr）为22050HZ mono。可以通过librosa.load(path,sr=44100)来更改采样频率。
（音频采样率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，采样频率越高声音的还原就越真实越自然。而44100Hz是理论上的CD音质，因此才用librosa进行更改，这可以让我们后续的分析更加顺利。）

data1, sampling_rate1 = librosa.load('./train_sample/aloe/24EJ22XBZ5.wav')
data2, sampling_rate2 = librosa.load('./train_sample/burger/0WF1KDZVPZ.wav')

画出波形幅度包络图，以芦荟为例：

# 芦荟的波形幅度包络
plt.figure(figsize=(14, 5))
librosa.display.waveplot(data1,sr=sampling_rate1)

查看声谱图，以汉堡为例：（使用librosa.display.specshow）

# 汉堡的声图谱
plt.figure(figsize=(20, 10))
D = librosa.amplitude_to_db(np.abs(librosa.stft(data2)), ref=np.max)
plt.subplot(4, 2, 1)
librosa.display.specshow(D, y_axis='linear')
plt.colorbar(format='%+2.0f dB')
plt.title('Linear-frequency power spectrogram of burger')

声谱图（spectrogram）是声音或其他信号的频率随时间变化时的频谱（spectrum）的一种直观表示。声谱图有时也称sonographs,voiceprints,或者voicegrams。当数据以三维图形表示时，可称其为瀑布图（waterfalls）。在二维数组中，第一个轴是频率，第二个轴是时间。

参考资料
【1】声音——百度百科
【2】音频采样率——百度百科
【3】Datawhale 开源资料