【正文】 1 《數(shù)字信號處理》 課程設(shè)計 設(shè)計 題目： 基于 MATLAB 的 音樂 信號 處理和分析 一、課程設(shè)計的目的 ..................................................................................... 2 二、課程設(shè)計基本要求 ................................................................................. 2 三、課程設(shè)計內(nèi)容 ........................................................................................ 2 音樂信號的音譜和頻譜觀察 ............................................................. 2 音樂信號的抽?。p抽樣） ............................................................. 4 音樂信號的 AM 調(diào)制 ........................................................................ 8 AM 調(diào)制音樂信號的 同步解調(diào) ........................................................ 11 音樂信號的濾波去噪 ....................................................................... 19 音樂信號的幅頻濾波和相頻濾波 ................................................... 19 四、問題討論 .............................................................................................. 27 IIR 數(shù)字濾波器和 FIR 數(shù)字濾波器的比較 ..................................... 27 音樂信號的音調(diào)與信號的什么特征有關(guān)？ .................................... 30 音樂信號的音色與信號的什么特征有關(guān)？ .................................... 30 兩種不同音色的音樂信號疊加混疊后，為何人耳還可以分辨？ ........................................................................................................ 31 音樂信號的幅度與相位特征對信號有哪些影響？ ........................ 31 五、心得體會 .............................................................................................. 31 2 一、課程設(shè)計的目的 本課程設(shè)計通過對音樂信號的采樣、抽取、調(diào)制、解調(diào)等多種處理過程的理論分析和 MATLAB 實現(xiàn)， 使學(xué)生進(jìn)一 步鞏固數(shù)字信號處理的基本概念、理論、分析方法和實現(xiàn)方法；使 學(xué)生掌握的基本理論和分析方法知識得到進(jìn)一步擴展；使學(xué)生能有效地 將理論和實際緊密結(jié)合；增強 學(xué)生 軟件編程實現(xiàn) 能力和解決實際問題的能力。 二、課程設(shè)計基本要求 1 學(xué)會 MATLAB 的使用， 掌握 MATLAB 的基本編程語句。 2 掌握在 Windows 環(huán)境下 音樂 信號采集的方法。 3 掌握數(shù)字信號處理的基本概念、基本理論和基本方法。 4 掌握 MATLAB 設(shè)計 FIR 和 IIR 數(shù)字濾波器的方法。 5 掌握 使用 MATLAB 處理數(shù)字信號、進(jìn)行頻譜分析 、設(shè)計數(shù)字濾波器的編程 方法。 三、課程設(shè)計內(nèi)容 音樂信號的音譜和頻譜觀察 使用 windows 下的錄音機錄制一段音樂信號或采用其它軟件截取一段音樂信號（要求：時間不超過 5s、文件格式為 wav 文件） ① 使用 wavread 語句讀取音樂信號，獲取抽樣率；（注意：讀取的信號是雙聲道信號，即為雙列向量，需要分列處理）； ② 輸出音樂信號的波形和頻譜，觀察現(xiàn)象； ③ 使用 sound 語句播放音樂信號，注意不同抽樣率下的音調(diào)變化，解釋現(xiàn)象。 3 查找 help： Wavread 格式說明： [y,fs,b]=wavread(‘語音信號 ’)，采樣值放在向量 y 中， fs 表示采樣頻率（ hz）， b 表示采樣位數(shù)。 【 matlab程序如下】clc close all clear all [y,fs]=wavread(39。一生有你39。)。%讀取歌曲 size(y) y1=y(:,1)。 %1聲道 y2=y(:,2)。 %2聲道 N=length(y)。%長度 n=0:N1。 t=n/fs。 %t=nT w=2*n/N。 %2pi在長度 N上的平均 是個序列 f1=fft(y1)。 f2=fft(y2)。%傅里葉變換 figure %畫圖像 subplot(2,2,1), plot(t(1:1000),y1(1:1000)) title(39。1聲道時域圖 39。) xlabel(39。t39。) ylabel(39。y139。) subplot(2,2,3),plot(w,abs(f1)*2/N) title(39。1聲道頻域圖 39。) xlabel(39。w39。) ylabel(39。Y1(w)39。) subplot(2,2,2),plot(t(1:1000),y2(1:1000)) title(39。2聲道時域圖 39。) xlabel(39。t39。) ylabel(39。y239。) subplot(2,2,4),plot(w,abs(f2)*2/N) title(39。2聲道頻域圖 39。) xlabel(39。w39。) 4 ylabel(39。Y2(w)39。) wavplay(y1,fs) wavplay(y1,fs/2) 慢放 wavplay(y1,fs*2) 快放 wavylay(y2,fs*2) 快放 wavplay(y2,fs/2) 慢放 【程序運行結(jié)果如下圖】： 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 31 0 . 500 . 51 聲道時域圖ty10 0 . 5 1 1 . 5 200 . 0 20 . 0 40 . 0 61 聲道頻域圖wY1(w)0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 500 . 52 聲道時域圖ty20 0 . 5 1 1 . 5 200 . 0 10 . 0 20 . 0 30 . 0 42 聲道頻域圖wY2(w) 分析： 通過觀察音樂信號的波形和頻譜可知所選取 的音樂信號頻譜集中在 0~ 之間，同時抽樣 頻率為 fs=44000 音樂信號的抽取（減抽樣） ① 觀察音樂信號頻率上限，選擇適當(dāng)?shù)某槿￠g隔對信號進(jìn)行減抽樣（給出兩種抽取間隔，代表混疊與非混疊）； ② 輸出減抽樣音樂信號的波形和頻譜，觀察現(xiàn)象，給出理論解釋； 5 ③ 播放減抽樣音樂信號，注意抽樣率的改變，比較不同抽取間隔下的聲音，解釋現(xiàn)象。 理論基礎(chǔ)： 時域抽樣定理：一個頻譜受限的信號 f(t)，如果頻譜只占據(jù) wm~+wm 的圍， 則信號 f(t)可以用等間隔的抽樣值唯一的表示。而抽樣間隔必須不大于 1/（ 2*fm） . 頻域抽樣定理：一個頻譜受限的信號 f(t)，它集中在 tm~+tm 的時間范圍內(nèi)， 若在頻域中以不大于 1/（ 2*tm）的頻率間隔對 f(t)的頻譜 F(w)進(jìn)行抽樣，則抽樣后 頻譜 F1(w)可以唯一的表示原信號。 【 Matlab 程序如下】： %原信號的頻率上限為 clear all。close all [y,fs,bits]=wavread(39。 一生有你 39。)。 y1=y(:,1)。 %取一頻道信號 f1=fft(y1)。 N=length(y1)。 % 減 抽 樣 $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ 減抽樣使抽樣點數(shù)減少，會使柵欄效應(yīng)更嚴(yán)重 D1=2。D2=16。 n=0:N1。 t=n/fs。 %t=nT yd1=y1(1:D1:N)。 %2倍減抽樣 fyd1=fft(yd1,N)。 yd2=y1(1:D2:N)。 fyd2=fft(yd2,N)。 %16倍減抽樣 w=2*n/N。%2pi在長度 N上的平均 figure subplot(2,3,1)。plot(t(1:1000),y1(1:1000))。 title(39。原信號時域圖 39。) xlabel(39。t39。) ylabel(39。y139。) 6 subplot(2,3,4)。plot(w,abs(f1))。 tit