機(jī)械工程測(cè)試與控制技術(shù)ⅱ項(xiàng)目設(shè)計(jì)基于matlab的信號(hào)處理與實(shí)例分析(編輯修改稿)
2024-11-30 18:21 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可看出，采樣點(diǎn)數(shù)一定，采樣頻率越小（滿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(shí)，采樣點(diǎn)數(shù)越多，頻率分辨率越高。 在選擇采樣頻率時(shí)，我們必須首先保證采樣過程 能反映信號(hào)的全貌，對(duì)瞬態(tài)信 號(hào)應(yīng)包括整個(gè)瞬態(tài)過程；對(duì)周期信號(hào)，理論上采集一個(gè)周期信號(hào)就可以了。 其次再考慮頻率分辨率，在采樣點(diǎn)數(shù)一定時(shí)，采樣時(shí)間長(zhǎng)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(duì)于采樣點(diǎn)數(shù)，根據(jù)采樣定理和信號(hào)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(diǎn)數(shù) N = f s /Δ f。對(duì)于此例，有圖可以看出，采樣點(diǎn)數(shù)較少的時(shí)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(diǎn)數(shù)為 500 時(shí)則有了較大改善；采樣點(diǎn)數(shù)為 1024 時(shí)則更加 完整 。對(duì)于計(jì)算機(jī)來說，采樣點(diǎn)數(shù)不是越大越好，這 樣會(huì)增機(jī)械工程測(cè)試與控制技術(shù) 8 加運(yùn)算量，而對(duì)于要求不是太高的信號(hào)頻率，我們也沒必要設(shè)置過高的采樣點(diǎn)數(shù)，只要能夠滿足要求即可。 圖 15 采樣頻率為 4000Hz、采樣點(diǎn)數(shù)為 500 時(shí)的信號(hào)時(shí)域波形與幅值頻譜 . 噪聲對(duì)信號(hào)時(shí)域分析和頻域分析的影響 描述噪聲對(duì)信號(hào)的影響，有一個(gè)我們很熟悉的概念 —— 信噪比。這里面的信號(hào)指的是指我們需要的有用信號(hào) 信號(hào) ； 噪聲是指 混雜在有用信號(hào)中 無規(guī)則的額外信號(hào)（或信息）。 這里，我們不必詳細(xì)了解信噪比的內(nèi)容，通過設(shè)置信號(hào)和噪 聲的幅值即可直觀地看出噪聲對(duì)信號(hào)的影響。我們有兩種方法：加強(qiáng)噪聲和減弱有用信號(hào)。 首先是加強(qiáng)噪聲方差。如圖 14，在程序初始設(shè)置中，三個(gè)正弦信號(hào)的幅值依次為 5，而白噪聲方差為 ，從時(shí)域波形中，我們能夠看出該噪聲對(duì)信號(hào)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(shè)置為 500。在時(shí)域中，波形受到的干擾更加嚴(yán)重，周期性不再直觀 ； 而頻譜圖中，噪聲對(duì)頻譜圖的干擾也在增大（圖 16 和圖 14 相比）；而當(dāng)噪聲方差設(shè)置為 500時(shí)，可以看出（圖 17），時(shí)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(hào)了。 其次是減弱有用信號(hào)幅值。首先將噪聲信號(hào)方差設(shè)為 10，而三個(gè)正弦信號(hào)幅值設(shè)為 ，機(jī)械工程測(cè)試與控制技術(shù) 9 由圖 18 能夠看出時(shí)域波形毫無規(guī)律，而頻譜圖中也顯示不出任何有價(jià)值的信息。如果增大信號(hào)幅值，如圖 19，顯然之前被噪聲掩蓋的信號(hào)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(hào)強(qiáng)度足夠大，那么噪聲對(duì)信號(hào)的影響就較?。环粗畡t很大。 圖 16 a1=3, a2=4, a3=5, 白噪聲方差為 10 時(shí)信號(hào)的時(shí)域波形與幅值頻譜 機(jī)械工程測(cè)試與控制技術(shù) 10 圖 17 a1=3, a2=4, a3=5, 白噪聲方差為 500 時(shí)信號(hào)的時(shí)域波形與幅值頻譜 圖 18 a1=, a2=, a3=, 白噪聲方差為 10 時(shí)信號(hào)的時(shí)域波形與幅值頻譜 機(jī)械工程測(cè)試與控制技術(shù) 11 圖 19 a1=1, a2=1, a3=1, 白噪聲方差為 10 時(shí)信號(hào)的時(shí)域波形與幅值頻譜 2. 基于計(jì)算機(jī)的聲信號(hào)采集與分析 現(xiàn)代 計(jì)算機(jī)具有對(duì)聲音、視頻進(jìn)行采樣的功能，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。通過計(jì)算機(jī)上的麥克風(fēng)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(jī)械工程測(cè)試與控制技術(shù)”語(yǔ)句（不少于 3 次，最好是他人的聲音），利用軟件轉(zhuǎn)換語(yǔ)音數(shù)據(jù)文件為 ASCII碼，然后利用 MATLAB進(jìn)行頻譜分析，畫出時(shí)域、頻域圖形。 討論： 1） 該設(shè)置至少為多少的采樣頻率？采樣長(zhǎng)度多長(zhǎng)為合適？ 采樣頻率是指計(jì)算機(jī)每秒鐘采集多少個(gè)聲音樣本，是描述聲音文件的音質(zhì)、音調(diào)，衡量聲卡、聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。采樣頻率越高，即采樣的間隔時(shí)間越短，則在單位時(shí)間內(nèi)計(jì) 算機(jī)得到的聲音樣本數(shù)據(jù)就越多，對(duì)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(guān)系，根據(jù) 采樣定理 ，只有采樣頻率高于聲音信號(hào)最高頻率的兩倍時(shí)，才能把數(shù)字信號(hào)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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