| name | wandas-spectral-analysis |
| description | Use when performing FFT, STFT, Welch PSD estimation, 1/N octave band analysis, coherence, cross-spectral density, or transfer function analysis with wandas. |
wandas: Spectral Analysis
ChannelFrame を周波数域フレームに変換する。各メソッドは新しいフレームを返す。
Mandatory Rules
- Wandas-first:
np.fft.fft() 等の直接呼び出し禁止。必ず wandas メソッドを使う。
- Method chaining: 各メソッドは新しいフレームを返す（イミュータブル）。
- Visualization:
.plot() / .describe() を使う。plt.plot は禁止。
変換メソッド（ChannelFrame → スペクトルフレーム）
| メソッド | シグネチャ | 返り値 |
|---|
.fft | (n_fft: int = None, window: str = "hann") | SpectralFrame |
.welch | (n_fft: int = 2048, hop_length: int = None, win_length: int = None, window: str = "hann", average: str = "mean") | SpectralFrame |
.stft | (n_fft: int = 2048, hop_length: int = None, win_length: int = None, window: str = "hann") | SpectrogramFrame |
.noct_spectrum | (fmin: float = 25, fmax: float = 20000, n: int = 3, G: int = 10, fr: int = 1000) | NOctFrame |
.coherence | (n_fft: int = 2048, hop_length: int = None, win_length: int = None, window: str = "hann", detrend: str = "constant") | SpectralFrame |
.csd | (n_fft: int = 2048, hop_length: int = None, win_length: int = None, window: str = "hann", detrend: str = "constant", scaling: str = "spectrum", average: str = "mean") | SpectralFrame |
.transfer_function | (n_fft: int = 2048, hop_length: int = None, win_length: int = None, window: str = "hann", detrend: str = "constant", scaling: str = "spectrum", average: str = "mean") | SpectralFrame |
デフォルト値: hop_length = n_fft // 4、win_length = n_fft（None 時）
逆変換
| メソッド | 入力フレーム | 返り値 |
|---|
.ifft() | SpectralFrame | ChannelFrame |
.istft() | SpectrogramFrame | ChannelFrame |
SpectralFrame プロパティ
| プロパティ | 説明 |
|---|
.freqs | 周波数軸（Hz）の ndarray |
.magnitude | 振幅スペクトル |
.phase | 位相スペクトル |
.power | パワースペクトル |
.dB | dB 換算値 |
.dBA | A 重み付き dB |
SpectrogramFrame プロパティ
| プロパティ | 説明 |
|---|
.freqs | 周波数軸（Hz） |
.times | 時間軸（秒） |
.n_frames | 時間フレーム数 |
.n_freq_bins | 周波数ビン数 |
.magnitude | 振幅スペクトログラム |
.dB | dB スペクトログラム |
.dBA | A 重み付き dB スペクトログラム |
Patterns
基本的な FFT スペクトル
import wandas as wd
signal = wd.read_wav("audio.wav")
spectrum = signal.fft()
spectrum.plot(title="Frequency Spectrum")
print(f"卓越周波数: {spectrum.freqs[spectrum.data.argmax()]:.1f} Hz")
Welch 法による PSD 推定
psd = signal.welch(n_fft=2048, hop_length=512)
psd.plot(title="Power Spectral Density")
STFT スペクトログラムで時間-周波数解析
import wandas as wd
sensor = wd.read_csv("sensor.csv", time_column="Time")
spectrogram = (sensor
.high_pass_filter(cutoff=50)
.stft(n_fft=2048, hop_length=512))
spectrogram.plot(cmap="inferno", title="Anomaly Detection")
1/3 オクターブバンド解析
noct = signal.noct_spectrum(fmin=25, fmax=8000, n=3)
noct.plot(title="1/3 Octave Band Spectrum")
2チャンネル間のコヒーレンス
import wandas as wd
ref = wd.read_wav("ref.wav")
meas = wd.read_wav("meas.wav")
combined = ref.add_channel(meas)
coh = combined.coherence(n_fft=2048)
coh.plot(title="Coherence")
伝達関数推定
combined = input_sig.add_channel(output_sig)
tf = combined.transfer_function(n_fft=2048)
tf.plot_matrix()
Common Mistakes
| 間違い | 正解 |
|---|
SpectralFrame.fft() を呼ぶ | すでに周波数域。ifft() で時間域に戻す |
welch() が SpectrogramFrame と思う | welch() は SpectralFrame（時間平均済み）を返す |
.coherence() を単chフレームで呼ぶ | コヒーレンスは 2ch 以上必要 |
noct_spectrum の fmax がナイキスト以下と思う | fmax デフォルトは 20000（sr 非依存） |
welch の average を忘れる | average="mean"（デフォルト）または "median" |
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