【正文】 定理又稱奈奎斯特定理 [2]。這就是說采樣頻率是衡量聲卡采集、記錄和還原聲音文件的質(zhì)量標準。無論采樣頻率如何，理論上來說采樣的位數(shù)決定了音頻數(shù)據(jù)最大的力度范圍。顯然采樣率越高，計算機攝取的圖片越多，對于原始音頻的還原也越加精確。用于讀取語音，采樣值放在向量 y 中， fs 表示采樣頻率 (Hz)， bits 表示采樣位數(shù)。向量 y 則就代表了一個信號（也即一個復雜的“函數(shù)表達式”）也就是說可以像處理一個信號表達式一樣處理這個聲音信號。 如果 x 長度是 2 的冪次方，函數(shù) fft 執(zhí)行高速基－ 2FFT 算法 ， 否則 fft 執(zhí)行一種混合基的離散傅立葉變換算 法，計算速度較慢。在信號的過濾、檢測和參數(shù)的估計等方面，經(jīng)典數(shù)字濾波器是使用最廣泛的一種線性系統(tǒng) [5]。根據(jù)不同的要求可以用 IIR 系統(tǒng)函數(shù)，也可以用 FIR 系統(tǒng)函數(shù)去逼近。 ② 在時域內(nèi)，語音信號具有“短時性”的特點，即在總體上，語音信號的特征是隨著時間而變化的，但在一段較短的時間間隔內(nèi)，語音信號保持平穩(wěn)。 ② 抑制 50Hz的電源工頻干擾。 采樣也稱抽樣，是信號在時間上的離散化，即按照一定時間間隔△ t 在模擬信號 x(t)上逐點采取其瞬時值。 基于 Matlab 的聲信號采集與譜分析設(shè)計 作者： 尹青山 第 9 頁 共 22 頁 圖 3 4抽樣后的信號 對上述信號進行 1/80 采樣頻率抽取，即采樣頻率變?yōu)閷⒔?500Hz 時，由于采樣頻率比較小，所以采樣點數(shù)就稀疏 ，所得離散信號就越 偏離 于原信號 ，頻譜也發(fā)生了混疊 [7]。但過高的采樣頻率并不可取，對固定長度（ T）的信號，采集到過大的數(shù)據(jù)量（ N=T/△ t），給計算機增加不必要的計算工作量和存儲 空間；若數(shù)據(jù)量（ N）限定，則采樣時間過短，會導致一些數(shù)據(jù)信息被排斥在外。量化電平按級數(shù)變化，實際的振動值是連續(xù)的物理量。市面上購買到的普通聲卡在這方面做的都很好，語音聲波通過話筒輸入到聲卡后直接獲得的是經(jīng)過防混疊濾波、 A/D 變換、量化處理的離散的數(shù)字信號 [8]。Blip39。 sound(x,fs,bits)。進行語音分析時，最先接觸到并且也是最直觀的是它的時域波形。 ② 實現(xiàn)起來比較簡單、運算且少 。在計 算這些參數(shù)時使用的一 般是方 窗 或漢明 窗 。 短時能量和短時平均幅度 函數(shù) 的主要用途有：①可以區(qū)分濁音段與清音段，因為濁音時 En值比清音時大的多。 對于連續(xù)語音信號，過零即意味著時域波形通過時間軸；而對于離散信號，如果相鄰的取樣值改變符號則稱為過零。對于后一個問題除了可以采用低直流漂移器件外，也 可以在軟件上加以解決，這就是算出每一幀的直流分量并予以濾除 。當然，這種高低僅是相對而言，并沒方精確的數(shù)值關(guān)系。但是研究表明，在以某些音為開始或結(jié)尾時．如當弱摩擦音 (如[f]、 [h]等音素 )、弱燃破音 (如 [p]、 [t]、 [k]等 音素 )為語音的開頭或結(jié)尾；以鼻音(如 [n]、 [m]等音素 )為語音的結(jié)尾時．只用其中一個參量來判別語音的起點和終點是有困難的，必須同時使用這兩個參數(shù)。本文 介紹的是語音信號的傅里葉分析法 。由于窗口是有限長度的，滿足絕對可和條件，所以這個變換是存在的。當 n 取固定值時， w(nm)的傅里 葉 變換為： ( ) ( )jw n jw n jwm w n m e e W e? ? ? ?? ? ? ? ? ?? (48) 根據(jù)卷積定理， 有： ( ) ( ) ( )jw jw jwn jwnX e X e e W e????? ? ??? (49) 因為上式右邊兩個卷積項均為關(guān)于角頻率 w 的以 2π為周期的連續(xù)函數(shù)，所以也可將其寫成以下的卷積積分形式： ()1( ) ( ) ( )2j w j j n j wnX e W e e X e d? ? ? ?? ?? ? ? ? ???? ? ? ?? ? （ 410） 即，假設(shè) x(m)的 DTFT 是 ()jwXe ，且 ()wm 的 DTFT 是 ()jwWe ，那么 ()jwnXe 是()jwXe 和 ()jwWe 的的周期卷積。尤其是 N 大于語音的 音素 長度時 ， ()jwnXe 已不能反映該語音 音素 的頻譜了。 與離散傅里葉變換和連續(xù)博里葉變換的關(guān)系一 樣，如令角頻率 w=2πk／N，則得離散的短時博里 葉 變換 (DFT)．它實際上是 ()jwnXe 在頻域的取樣，如下所示： 22 10( ) ( ) ( ) ( 0 1 )k k mNjjNNn n nmX e X k x m e k N??? ??? ? ? ? ?? (411) 在語音信號數(shù)字處理中，都 是采用 ()nxm的離散博里葉變換 (DFT) ()nXk來替代 ()jwnXe 并且可以用高效的快速傅里葉變換 (FFT)算法完成由 ()nxm至 ()nXk的轉(zhuǎn)換。而1N 一般取 25 512 或 1024，為了將 ()nxm的點數(shù)從 N 擴大力 1N ，可以采用補0 的辦法，在擴大的部分添若干個 0 取樣值，然后再對添 0 后的序列進行 FFT。為了完成實時運算可以采用先進的數(shù)字信號處理芯片、陣列處理芯片或?qū)Ｓ?FFT 芯片。 并且功率譜 ()jwnSe 是短時自相關(guān)函數(shù) ()nRk的傅里葉變換。 語音信號的語譜圖 語音的時域分析和頻域分析是語音分析的兩種重要方法。因此，人們致力于研究語音的時頻分析特性。 語譜 圖中顯示了大量的與語音的語句特性有關(guān)的信息，它綜合 了 頻譜圖和時域波形的特點，明顯地顯示 出 語音 頻譜 隨時間的變化情況，或者說是一種動態(tài)的頻譜； 記錄 這種 頻譜 的儀器就是語譜儀 [16]。寬帶語譜圖能給出語音的共振峰頻率及清輔音的能量匯集區(qū)，在話譜 圖 里共振峰呈現(xiàn)為黑色的條紋。因而可以利用 聲紋 鑒別不問的講話人 。同時給出了相應(yīng)的語音的時域波形。在一個語音段的 語譜 圖中，有沒有橫扛出現(xiàn)是判斷它是否是濁音的重要標志 。 圖 4 3 棗莊學院語譜圖 基于 Matlab 的聲信號采集與譜分析設(shè)計 作者： 尹青山 第 19 頁 共 22 頁 第 5章 圖形用戶界面制作 圖形用戶界面是指由窗口、菜單、對話框等各種元素組 成的用戶界面。圖形用戶界面 GUI 是包含圖形對象（如圖形窗口、菜單、控件、文本）的用戶界面，用戶以某種方式選擇或者激活這些對象會發(fā)生變化或引起動作。 Fig 文件：該文件包括圖形窗口及其所有后裔的完全描述，包括所有對象的屬性值。這個 M 文件可以分為 GUI 初始化和回調(diào)函數(shù)兩個部分，用戶控件的回調(diào)函數(shù)根據(jù)用戶與 GUI 的具體交互方式分別調(diào)用。 根據(jù)不同的信號來源，界面主要采用兩 種 不同 輸入方式。 打開文件的 同時 首先在坐標軸中會顯示原始信號波形。 另一種信號來源是打開 mat文件中已存的兩個不同頻率疊加的聲音信號，把該信號作為一種輸入方式。 圖 5 3 輸入信號 為串口接收的數(shù)據(jù)界面 基于 Matlab 的聲信號采集與譜分析設(shè)計 作者： 尹青山 第 22 頁 共 22 頁 圖 5 4 輸入信號為 mat文件已存 的數(shù)據(jù) 基于 Matlab 的聲信號采集與譜分析設(shè)計 作者： 尹青山 第 23 頁 共 22 頁 參 考 文 獻 [1]胡航．語音信號處理【 M】．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社， 2021 [2]樊昌信．通信原理【 M】北京：國防工業(yè)出版社， 2021 [3]張旭東 ,陸明泉 .離散隨機信號處理 [M].北京 :清華大學出版社 ,~38 [4]宋 寧 ,關(guān)華 .經(jīng)典功率譜估計及其仿真 [M].現(xiàn)代電子技術(shù) ,2021,~26 [5]楊述斌， 數(shù)字信號處理實踐教程 .武漢：華中科技大學出版社， 2021 [6]維納 . .數(shù)字信號處理（ MATLAB 版） [M].西安 :西安交通大學出版社 .2021 [7]皇甫堪，陳建文，樓生強 .現(xiàn)代信號數(shù)字處理 [M].北京 :電子工業(yè)出版社，~225 [8]金連文 ,韋崗 .數(shù)字信號處理簡明教 [M].北京 :清華大學出版社 ,~123 [9]朱學芳，徐建平．計算機語音信號處理與語音識別系統(tǒng) [J]．南京郵電學院學報， 1998，18(5— 6)： 113— 11 [10]周淵，王炳和，劉斌勝．基于 MATLAB 的噪聲信號采集和分析系統(tǒng)的設(shè)計【 J】．噪聲控制． 2021(7)： 5254． [11]John Digital Spectrum Analysis of Periodic Signals[J].Audio and Electroacoust,~102 [12]張志涌，精通 MATLAB 北京航空航天大學出版社， 2021 [13]丁玉美．高西全．數(shù)字信號處理【 M】．西安電子科技大學出版社， 2021 [14]張威． MATLAB基礎(chǔ)與編程入門【 M】．西安電子科技大學出版社， 2021 [15]林福宗．多媒體技術(shù)基礎(chǔ)【 M】．北京：清華大學出版社， 2021． [16]張志涌，精通 MATLAB 北京航空航天大學出版社， 2021 [17]韋曉東，等．應(yīng)用倒譜特征的帶噪語音端點檢測方法 [J]．上海交通大學學報， 2021，34(2)： 185— 188. [18]任玉杰 .數(shù)值分析及其 MATLAB實現(xiàn)多媒體教學軟件 [M].北京 :高等教育出版社 ,~75 [19]吳仁彪 .現(xiàn)代信號譜分析 [M].電子工業(yè)出版社 ,~78 [20]張明照 .應(yīng)用 MATLAB實現(xiàn)信號分析和處理 [M].北京 :科學出版社 ,~187 端面泵浦方式對光纖激光器斜率效率的影響 作者： 尹青山 第 24 頁 共 22 頁 致謝 本文論文的主要內(nèi)容寫作 始終都是在導師 王麗麗、陳慶鵬 老師的悉心指導下完成的。 飲水思源，師恩難忘，再次衷心感謝 教育、指導 我的 老師 們 ！ 尹青山