基于MATLAB的声音信号频谱分析的课程设计

基于MATLAB的声音信号频谱分析

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1． 课程设计目的

综合运用数学信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解，建立概念。

2． 理解设计基本要求

1) 熟悉离散信号和系统的时域特性。

2) 熟悉线性卷积和相关的计算编程方法。

3) 掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法，利用序列傅里叶变换对离散信号、系统和系统的响应进行频域分析。

4) 学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。

5) 利用MATLAB对wav文件进行频谱分析。

3． 课程设计内容

选择一个wav文件作为分析的对象，或录制一段语音信号，对其进行频谱分析，根据

信号的频谱特点重构语音信号。

4． 课程设计实现步骤

(1)语音信号的获取

选择一个wav文件作为分析的对象，可以利用Windows下的录音机或其他软件，录制一段自己的话音，时间控制在1s左右，然后再MATLAB软件平台下，通过使用wavread函数，理解采样频率、采样位数等概念。

(2)wav信号的频谱分析

画出语音信号的时域波形，然后对语音信号进行频谱分析。在MATLAB中，可以利用函数fft对信号进行快速傅里叶变化，得到信号的频谱特性。

在频谱特性中分析最大值的位置（可能有几个），它代表的频率和时域的采样时间有关，相邻的两点之间的距离为f1NTs。其中，N是离散傅里叶变换用的点数，Ts是采样的时间，前面在读取 wav文件时得到了采样频率fs1Ts。

既然知道了该声波的频谱，按频率就可以反演它的时域值，利用以上分析的主要峰值来重构声波。由于没有考虑相位和其他的频谱分量，所以波形和原来的波形相差甚大，但大体的频率是没有错的。

(3)wav文件的分段傅里叶分析

语音是分音节的，应把它分段分析，而且实际运用中DSP中FFT的点数是有限的，一

般只能达到千点。

将读出的声音信号分左、右声道来显示波形，对每个声道分段处理，每段长度1024，最后一段不够时补零；然后对所有段作1024点FFT，画出三维频谱图。利用每段分析的主要峰值来重构声波，声音听起来挺刺耳的，但已经可以感觉到声音的变化；最后使用线性插值来平滑波形，再来听一下声音的效果，这时的声音就柔和多了。

参考文献

[1]周辉，董正宏，数字信号处理及MATLAB实现，北京希望出版社，2006

[2]王树勋.数字信号处理处理基础及试验.北京：机械工业出版社，1992

[3]井上伸雄.数字信号处理的应用.北京：科学出版社，1991