Matlab 生成任意波形wav文件
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- 1、背景
- 2、实现
- 2.1 参数定义
- 2.2 生成时间序列
- 2.3 生成左右声道波形
- 2.4 播放生成的波形
- 2.5 描绘波形图像
- 2.6 写入 .wav文件
- 2.7 读取生成的 wav 文件进行，并描绘波形
- 3、完整代码
- 4、运行图片
1、背景
测试DAC/功放的性能指标的时候，常需要 1KHz 的波形来分析，主要测试参数有输出幅度，相移、失真度、频响曲线、信噪比（SNR）等常用的手段来评估设备的好坏程度，测试仪器一般选用AG，粗略测试也可以使用稍微好一点的示波器。
曾经一开始接触这部分调试的时候，从网上找了些音频文件，发现怎么测参数都不对，后来从别人那里考来了一份常用的1K文件，才得出像样点的结果，由于此文件需要的精度高，而网上下载的文件质量参差不齐，而且没有所需要的各种格式，比如各采样率、位深、时常、特殊幅值、任意频率等的参数，所以干脆自己写一个程序来生成，所有内部的波形都能够看得出来，会比较放心地拿来测试。
对音频这块比较专业的软件有 Adobe Audition 这一款，很适合音频录制、编辑和混合，但是作为程序员，还是喜欢通过用代码来生成想要的内容，因此选择使用 Matlab，Matlab 在信号处理上，也可以说是老大了，各种处理的算法基本都是有对应的函数库，就算有些没有，编写起来也很容易，包含了众多科学/工程领域的包及仿真工具。当然，对于本文这种比较小的需求，虽说有种牛刀杀鸡的感觉，但是未尝不是一个学习的过程，再不用一下，在学校里学的就得忘光了。
2、实现
本文是该分栏的第一篇文章，上述废话多了点哈，后面的代码都尽量保证代码的注释多点，也欢迎大家来指正错误一起学习哦，现在开始来实现吧~~
2.1 参数定义
可以自由设置的参数如下，同学们可以根据需要来修改想要的参数，然后运行一下来生成wav文件。
代码片段(csdn 的 markdown 貌似对 m 文件的支持不太好，没有高亮 - -。)：
%% 参数定义 %%%%%%%%%%%
fs = 96000; % 采样频率
bps = 16; % 位深 bit
Tfile = 60; % 声音片段的总时长,单位s
vol = 0; % 声音片段的音量 0db
sinewave1_fs = 1000; % 左声道频率,单位Hz
sinewave2_fs = 1000; % 右声道频率
stereo = 1; % 0：单声道，1：立体声
filename = ('96000_16b_1KHz_60s_stereo_gen_by_Matlab.wav'); %输出文件名称（自己定义，后缀是.wav）
2.2 生成时间序列
生成一个时间序列，序列里每一个点对应一个采样点。
代码片段：
%% 生成时间序列
Df = 1; % 频率间隔，默认1
T = 1/fs; % 采样周期
N = fs/Df; % 序列点数
time = Tfile*(N-1)*T; % 文件总时长
t = 0:T:time; % 生成每一个采样点对应的时间序列
2.3 生成左右声道波形
调用正弦函数来生成波形，参数为 2.1 定义的参数，照葫芦画瓢，可以将 sin 函数 替换成其他函数，生成各种你想要的波形。
代码片段：
%% 生成左右声道波形
y1 = sin(2*pi*sinewave1_fs*t)*(db2mag(vol)); % 生成第一个声音片段，注意需要用db2mag()函数把dB转换成magnitude。
y2 = sin(2*pi*sinewave2_fs*t)*(db2mag(vol)); % 生成第二个声音片段，若需不同赋值，可以在参数定义中增加一个 vol_2 来控制第二段的赋值。
if stereo == 0 % 选择单声道输出
y = y1'; % 输出的 y 只使用 y1， 左声道（单声道）
y2 = 0*sin(2*pi*sinewave2_fs*t); % 令 y2 为 0
else % 选择立体声输出
y = [y1',y2']; % 合成立体声
end
2.4 播放生成的波形
生成的波形文件可以通过 sound() 函数来播放。
代码片段：
%% 通过电脑音频输出口，播放生成的波形
whos y % 命令行打印 y 的信息
if fs < 192000 % 电脑不能支持大于 192K 的声音输出，但是可以正常生成。
sound(y,fs) % 可以播放声音的函数 sound()
end
2.5 描绘波形图像
这部分比较简单，关键点是要顺便写一下验错的流程，直接上图看注释。
代码片段：
%% 描绘波形图像
if stereo == 0 % 如果选择单声道输出
subplot(2,1,1); % 选中第一个图片位置
plot(t,y1); % 描绘左声道生成波形
title('左声道生成波形');
subplot(2,1,2); % 选中第二个图片位置
plot(y1(1:200)); % 打印左声道 1~200的值，如果下面读取成功，此值会被覆盖
title('左声道读取失败'); % 若后面读取正常，该值会被覆盖（即读取成功的话，将看不到这句话，用于验错）
else % 如果选择立体声输出
subplot(4,1,1); % 选中第一个图片位置
plot(t,y1); % 描绘左声道生成波形
title('左声道生成波形');
subplot(4,1,2); % 选中第二个图片位置
plot(t,y2); % 描绘右声道生成波形
title('右声道生成波形');
subplot(4,1,3); % 选中第三个图片位置
plot(y1(1:200)) % 打印左声道 1~200的值，如果下面读取成功，此值会被覆盖
title('左声道读取失败'); % 若后面读取正常，该值会被覆盖（即读取成功的话，将看不到这句话，用于验错）
subplot(4,1,4); % 选中第四个图片位置
plot(y2(1:200)) % 打印右声道 1~200的值，如果下面读取成功，此值会被覆盖
title('右声道读取失败'); % 若后面读取正常，该值会被覆盖（即读取成功的话，将看不到这句话，用于验错）
end
2.6 写入 .wav文件
代码片段：
%% 写入文件
audiowrite(filename,y,fs,'BitsPerSample',bps); % 存储.wav音频文件，文件名在参数定义里设置
AudioInfo = audioinfo(filename) % 这里不用加分号，可以顺便在命令窗口看看写入文件的打印信息
2.7 读取生成的 wav 文件进行，并描绘波形
读取波形文件，若读取失败，则无法打印正确的波形，此时需要检查是否生成的参数设置有误
代码片段：
%% 读取刚才生成的 wav 文件进行，并描绘波形
[y_read,FS]=audioread(filename); % 将 WAV 文件转换成变量
whos y_r % 打印一下 y_read 信息
if stereo == 0 % 如果选择单声道
y_read1 = y_read(:,1); % 提取声道
subplot(2,1,2); % 选中第二个图片位置
plot(t,y_read1); % 描绘左声道读取波形，覆盖上一步骤的验错内容
title('左声道读取波形');
else % 如果选择立体声
y_read1 = y_read(:,1); % 提取左声道
subplot(4,1,3); % 选中第三个图片位置
plot(t,y_read1); % 描绘左声道读取波形，覆盖上一步骤的验错内容
title('左声道读取波形');
y_read2 = y_read(:,2); % 提取右声道
subplot(4,1,4); % 选中第四个图片位置
plot(t,y_read2); % 描绘右声道读取波形，覆盖上一步骤的验错内容
title('右声道读取波形');
end
OK ,到这里功能已经实现了，第一个 Matlab 分享代码注释写的算是较为详细了，方便自己也方便大家，学习的路上共勉。
3、完整代码
代码比较简单，不需要其他配置，直接复制到Matlab上即可成功运行，各位有需要用到的可以试试哦。
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 功能：生成任意正弦波形文件(单声道 or 立体声) %
% 作者：Mr-Ma Technology(马健维) %
% 时间：2019.08.31 %
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
clear;
close all;
clc;
%% 参数定义 %%%%%%%%%%%
fs = 96000; % 采样频率
bps = 16; % 位深 bit
Tfile = 60; % 声音片段的总时长,单位s
vol = 0; % 声音片段的音量 0db
sinewave1_fs = 1000; % 左声道频率,单位Hz
sinewave2_fs = 1000; % 右声道频率
stereo = 1; % 0：单声道，1：立体声
filename = ('96000_16b_1KHz_60s_stereo_gen_by_Matlab.wav'); %输出文件名称（自己定义，后缀是.wav）
%% 生成时间序列
Df = 1; % 频率间隔，默认1
T = 1/fs; % 采样周期
N = fs/Df; % 序列点数
time = Tfile*(N-1)*T; % 文件总时长
t = 0:T:time; % 生成每一个采样点对应的时间序列
%% 生成左右声道波形
y1 = sin(2*pi*sinewave1_fs*t)*(db2mag(vol)); % 生成第一个声音片段，注意需要用db2mag()函数把dB转换成magnitude。
y2 = sin(2*pi*sinewave2_fs*t)*(db2mag(vol)); % 生成第二个声音片段，若需不同赋值，可以在参数定义中增加一个 vol_2 来控制第二段的赋值。
if stereo == 0 % 选择单声道输出
y = y1'; % 输出的 y 只使用 y1， 左声道（单声道）
y2 = 0*sin(2*pi*sinewave2_fs*t); % 令 y2 为 0
else % 选择立体声输出
y = [y1',y2']; % 合成立体声
end
%% 通过电脑音频输出口，播放生成的波形
whos y % 命令行打印 y 的信息
if fs < 192000 % 电脑不能支持大于 192K 的声音输出，但是可以正常生成。
sound(y,fs) % 可以播放声音的函数 sound()
end
%% 描绘波形图像
if stereo == 0 % 如果选择单声道输出
subplot(2,1,1); % 选中第一个图片位置
plot(t,y1); % 描绘左声道生成波形
title('左声道生成波形');
subplot(2,1,2); % 选中第二个图片位置
plot(y1(1:200)); % 打印左声道 1~200的值，如果下面读取成功，此值会被覆盖
title('左声道读取失败'); % 若后面读取正常，该值会被覆盖（即读取成功的话，将看不到这句话，用于验错）
else % 如果选择立体声输出
subplot(4,1,1); % 选中第一个图片位置
plot(t,y1); % 描绘左声道生成波形
title('左声道生成波形');
subplot(4,1,2); % 选中第二个图片位置
plot(t,y2); % 描绘右声道生成波形
title('右声道生成波形');
subplot(4,1,3); % 选中第三个图片位置
plot(y1(1:200)) % 打印左声道 1~200的值，如果下面读取成功，此值会被覆盖
title('左声道读取失败'); % 若后面读取正常，该值会被覆盖（即读取成功的话，将看不到这句话，用于验错）
subplot(4,1,4); % 选中第四个图片位置
plot(y2(1:200)) % 打印右声道 1~200的值，如果下面读取成功，此值会被覆盖
title('右声道读取失败'); % 若后面读取正常，该值会被覆盖（即读取成功的话，将看不到这句话，用于验错）
end
%% 写入文件
audiowrite(filename,y,fs,'BitsPerSample',bps); % 存储.wav音频文件，文件名在参数定义里设置
AudioInfo = audioinfo(filename) % 这里不用加分号，可以顺便在命令窗口看看写入文件的打印信息
%% 读取刚才生成的 wav 文件进行，并描绘波形
[y_read,FS]=audioread(filename); % 将 WAV 文件转换成变量
whos y_r % 打印一下 y_read 信息
if stereo == 0 % 如果选择单声道
y_read1 = y_read(:,1); % 提取声道
subplot(2,1,2); % 选中第二个图片位置
plot(t,y_read1); % 描绘左声道读取波形，覆盖上一步骤的验错内容
title('左声道读取波形');
else % 如果选择立体声
y_read1 = y_read(:,1); % 提取左声道
subplot(4,1,3); % 选中第三个图片位置
plot(t,y_read1); % 描绘左声道读取波形，覆盖上一步骤的验错内容
title('左声道读取波形');
y_read2 = y_read(:,2); % 提取右声道
subplot(4,1,4); % 选中第四个图片位置
plot(t,y_read2); % 描绘右声道读取波形，覆盖上一步骤的验错内容
title('右声道读取波形');
end
4、运行图片
为了让图片看出正弦波形，修改文件时长为 0.1s。
