機械工程測試與控制技術ⅱ項目設計基于matlab的信號處理與實例分析(編輯修改稿)
2024-11-30 18:21 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 可看出，采樣點數(shù)一定，采樣頻率越?。M足采樣定理是必須的），頻率分辨率越高；而在采樣頻率一定時，采樣點數(shù)越多，頻率分辨率越高。 在選擇采樣頻率時，我們必須首先保證采樣過程 能反映信號的全貌，對瞬態(tài)信 號應包括整個瞬態(tài)過程；對周期信號，理論上采集一個周期信號就可以了。 其次再考慮頻率分辨率，在采樣點數(shù)一定時，采樣時間長度越大，采樣頻率越小，Δ f 也就越小，能夠區(qū)分的頻率靈敏度也就越高。 對于采樣點數(shù)，根據(jù)采樣定理和信號的最小頻率可估算在頻率分辨率和采樣頻率確定情況下所需要的最小采樣點數(shù) N = f s /Δ f。對于此例，有圖可以看出，采樣點數(shù)較少的時候（ 100），頻譜圖的區(qū)分不是特別好，頻譜峰值泄漏較多 ； 而采樣點數(shù)為 500 時則有了較大改善；采樣點數(shù)為 1024 時則更加 完整 。對于計算機來說，采樣點數(shù)不是越大越好，這 樣會增機械工程測試與控制技術 8 加運算量，而對于要求不是太高的信號頻率，我們也沒必要設置過高的采樣點數(shù)，只要能夠滿足要求即可。 圖 15 采樣頻率為 4000Hz、采樣點數(shù)為 500 時的信號時域波形與幅值頻譜 . 噪聲對信號時域分析和頻域分析的影響 描述噪聲對信號的影響，有一個我們很熟悉的概念 —— 信噪比。這里面的信號指的是指我們需要的有用信號 信號 ； 噪聲是指 混雜在有用信號中 無規(guī)則的額外信號（或信息）。 這里，我們不必詳細了解信噪比的內(nèi)容，通過設置信號和噪 聲的幅值即可直觀地看出噪聲對信號的影響。我們有兩種方法：加強噪聲和減弱有用信號。 首先是加強噪聲方差。如圖 14，在程序初始設置中，三個正弦信號的幅值依次為 5，而白噪聲方差為 ，從時域波形中，我們能夠看出該噪聲對信號的影響 —— 波形不再光滑而是充滿“突刺”，但是還是能夠看出一定的周期性。而在圖 16 和圖 17 中，我們將白噪聲方差 分別 設置為 500。在時域中，波形受到的干擾更加嚴重，周期性不再直觀 ； 而頻譜圖中，噪聲對頻譜圖的干擾也在增大（圖 16 和圖 14 相比）；而當噪聲方差設置為 500時，可以看出（圖 17），時域波形更加混亂無序，而頻譜圖中顯示的干擾顯著增大，以至于都能“淹沒”有用信號了。 其次是減弱有用信號幅值。首先將噪聲信號方差設為 10，而三個正弦信號幅值設為 ，機械工程測試與控制技術 9 由圖 18 能夠看出時域波形毫無規(guī)律，而頻譜圖中也顯示不出任何有價值的信息。如果增大信號幅值，如圖 19，顯然之前被噪聲掩蓋的信號頻率又重新出現(xiàn)在了頻譜圖中。 由以上分析可知，信噪比越大越好。如果信號強度足夠大，那么噪聲對信號的影響就較??；反之則很大。 圖 16 a1=3, a2=4, a3=5, 白噪聲方差為 10 時信號的時域波形與幅值頻譜 機械工程測試與控制技術 10 圖 17 a1=3, a2=4, a3=5, 白噪聲方差為 500 時信號的時域波形與幅值頻譜 圖 18 a1=, a2=, a3=, 白噪聲方差為 10 時信號的時域波形與幅值頻譜 機械工程測試與控制技術 11 圖 19 a1=1, a2=1, a3=1, 白噪聲方差為 10 時信號的時域波形與幅值頻譜 2. 基于計算機的聲信號采集與分析 現(xiàn)代 計算機具有對聲音、視頻進行采樣的功能，把模擬信號轉換為數(shù)字信號。通過計算機上的麥克風及聲卡與 AD，錄制各人在不同環(huán)境噪聲、不同發(fā)聲狀態(tài)下講話“機械工程測試與控制技術”語句（不少于 3 次，最好是他人的聲音），利用軟件轉換語音數(shù)據(jù)文件為 ASCII碼，然后利用 MATLAB進行頻譜分析，畫出時域、頻域圖形。 討論： 1） 該設置至少為多少的采樣頻率？采樣長度多長為合適？ 采樣頻率是指計算機每秒鐘采集多少個聲音樣本，是描述聲音文件的音質、音調，衡量聲卡、聲音文件的質量標準。采樣頻率越高，即采樣的間隔時間越短，則在單位時間內(nèi)計 算機得到的聲音樣本數(shù)據(jù)就越多，對聲音波形的表示也越精確。采樣頻率與聲音頻率之間有一定的關系，根據(jù) 采樣定理 ，只有采樣頻率高于聲音信號最高頻率的兩倍時，才能把數(shù)字信號表示的聲音還原成為原來的聲音。這就是說采樣頻率是衡量聲卡采
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