matlab 设计 18db,数字信号处理课程设计---基于 MATLAB 的音乐信号处理和分析.doc

《数字信号处理》课程设计

设计题目：基于 MATLAB 的信号 学会 MATLAB 的使用， 掌握在 Windows 环境下信号采集的方法。 掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法。 掌握 MATLAB 设计 FIR 和 R 数字滤波器的方法。 掌握MATLAB处理数字信号、进行频谱分析、设计数字滤波器的编程方法。

Wavread格式说明：

[w,fs,b]=wavread(‘语音信号’)，采样值放在向量w中，fs表示采样频率(hz)，b表示采样位数。

上机程序：

[y,fs,bit]=wavread('I do片段')%读取音乐片段，fs是采样率

size(y)%求矩阵的行数和列数

y1=y( : ,1);%对信号进行分列处理

n1=length(y1);%取y的长度

t1=(0:n1-1)/fs;%设置波形图横坐标

figure

subplot(2,1,1);

plot(t1,y1); %画出时域波形图

ylabel('幅值');

xlabel('时间(s)');

title('信号波形');

subplot(2,1,2);

Y1=fft(y1);

w1=2/n1*(0:n1-1);%设置角频率

plot(w1,abs(Y1));%画频谱图

title('信号频谱');

xlabel('数字角频率');

ylabel('幅度');

grid on;

sound(y,fs);

实验结果：

1、通过观察频谱知，选取音乐信号的频谱集中在0~0.7*pi之间，抽样点数fs=44100;

2、当采样频率问原来0.5(0.5*fs)倍时：音乐片段音调变得非常低沉，无法辨认原声，播放时间变长；抽样频率减小，抽样点数不变时，其分辨力增大，记录长度变长，声音失真。

3、当采样频率问原来2(2*fs)倍时：音乐片段音调变得尖而细，语速变快，播放时间变短；抽样频率增加，抽样点数不变时，其分辨力下降，记录长度变短，声音失真。

音乐信号的抽取(减抽样)

① 观察音乐信号频率上限，选择适当的抽取间隔对信号进行减抽样(给出两种抽取间隔，代表混叠与非混叠)；

② 输出减抽样音乐信号的波形和频谱，观察现象，给出理论解释；

③ 播放减抽样音乐信号，注意抽样率的改变，比较不同抽取间隔下的声音，解释现象。

上机程序：

[y,fs,bit]=wavread('I do片段')

y1=y( : ,1);

n1=length(y1);

tn1=(0:n1-1)/fs;

figure

subplot(2,1,1);

plot(tn1,y1);

ylabel('幅度');

xlabel('时间(s)');

title('原信号波形');

wn1=2/n1*[0:n1-1];

Y1=fft(y1);

subplot(2,1,2);

plot(wn1,abs(Y1));

title('原信号频谱');

xlabel('数字角频率w');

ylabel('幅度');

grid on;

D=2;%设置抽样间隔

y2=y1(1:D:n1);%减抽样

n2=length(y2);%减抽样后信号长度

t2=(0:n2-1)/fs;%设置横坐标

figure

subplot(2,1,1);

plot(t2,y2); %绘制减抽样信号波形图

ylabel('幅度');

xlabel('时间(s)');

title('2:1减抽样信号波形');

Y2=fft(y2); %对y2进行n2点fft谱分析

w2=2/n2*[0:n2-1];

subplot(2,1,2);

plot(w2,abs(Y2));%绘制减抽样信号频谱图

title('2:1减抽样信号频谱');

xlabel('数字角频率w');

ylabel('幅度');

grid on;

sound(y2,fs/D);

实验结果与分析：

1、程序中指标D表示抽样间隔，其值越大，相邻两抽样点之间的距离越远，抽样后漏掉的信息越多，相应的时域信号长度越短；

2、 抽样间隔D=1.1时的信号波形及频谱图，抽样频率大于信号最高频率的两倍，

满足抽样定理，不会发生混叠。抽样间隔D越大，抽样率fs越小，抽样后时域信号长度越短

3 、抽样间隔D=2时的信号波形及频谱图

抽样间隔D=2的信号波形及频谱图，抽样频率小于信号最高频率的两倍，即<2，不满足抽样定理，其频谱图发生混叠，且D越大，混叠越严重，高频成分增加越多，音乐片段音调听起来很沙哑， 音调变得很高。

4、抽样间隔D=5的信号波形及频谱图，抽样频率小于信号最高频率的两倍，即<2，不满足抽样定理，其频谱图发生混叠，音乐片段音调听起来很尖锐。

3、音乐信号的AM调制

① 观察音乐信号频率上限，选择适当调制频率对信号进行调制(给出