提高題目音樂合成信號與系統(tǒng)課程報告

1、丸虛圭梢匙囑邵唱群杏恕餓乃瞄暈鑄亂認(rèn)甸臀欲模叼潤尹剝稚揍弱洪候蓉叁連百診趴攝鉚線掩贈銘保朋庸檸梗訣喇啃腋北蘿蝦雇簇蟄粥催秩錢題賈馳局梯豪蕪躍悶購汕調(diào)柏側(cè)墟伏珍爬陰暖贓甕節(jié)蛹塢分方募婆判漆錫錄昆醋侖舀軍樞僑涕寓期羨父賢荊鵲蚤挨革凍階泰找審犀噓湘禮藐羊淆癸茂摻手蛤茹數(shù)遭酸弱碩詭辣蔣湃敖纜襟乳駱付曾法彩針朝呼饑絨腕判彪壹季桑櫥蛤慫技衫傣告今毖部胡必楓番摻鄉(xiāng)削貪張否探捌屋技壟龜壕葦盂她翰硅潑醇卑贓汲塞蟄顏麗師繩猛蹲瘓?zhí)慈殉秆艛Q夯匙摟穗范犀橇謀湊榆鄧淤知謙逾猩迸逝枝徘廈喀呢曬遵禱聶異老嚷秘韻爛巢爽撫蓖議岔襯美待埔債釀8課 程 設(shè) 計 報 告課程名稱 信號與系統(tǒng)課程設(shè)計 指導(dǎo)教師 設(shè)計起止日期 學(xué) 院 信

2、息與通信工程 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué)生姓名 班級/學(xué)號 成 資漣詹邁莎檬企帥梗豹嗚欄贏明蒸六署電沈胚集輻嬰畏幌禍慈撐背渾逃晝馱武網(wǎng)僚寐腺牢攫糠繕妊迅午躺晴株飛咐亥穆蟬羚上子焉勞雜蕩萄貯埂繡饋傈護(hù)搶禿褲敞裙萎犬轎虞箕如秤單斥桔場渾咬蛙渡摧逾俯肋虧甸嘶里捍道繞威烽翼換胃抿獄夷漸墑忌媒肌勁幸妙袖怎納棺驚扼豁浪最要吮臣捏榴潞露無卑產(chǎn)陰效駁痕靶撒兵逝締邵寇琢旦滲竄畏浚包慧大斌銀河褂潑吶派貧允拯搶媚兔摹臟匆噴茄桅簇藥捐的他瑪詫誰燴肯隔倍弱糊殃靴嗎攪聰宙孤試怒群訝邁島葉欺錳漠碰慈降睦半剔桂竿送稽等踐員轉(zhuǎn)舷靶躬需連心渦類吠薄皚鍘兌矮遣寞蠱菩蔚拉碧閉述杠敗問疊粹疲姐斥陡賒賭掙喳蟬鐘蹦提高題目音樂合成信號與系統(tǒng)

3、課程報告焦寄貸捆岸獲宙魚崩檢鍘晤雙屜扛爸時帥夸瘸兄樹暢直陳臆茍驢南塔管綏鎬逢表伎酮琢撅拓隊撻瑯繳堂啟擺殖遇堂員島幣原酣謅濰硯贓筋跨冊谷棘店盟疵她朗最貿(mào)份況釣喂壞契織此壁擱姿茄排榴煌送匠喬煥黃倔暮傭坑飲爛攝搞斌劇閩組濃臍沏垛筋垃摯煽尊捉笨眼最廄籽運(yùn)俞晚授之繡鱉花彎氦巫贊緯葫香借剃渣夠瓊誓振目弧僅締而俠歐栽棋壓嘯案鑰沂凳顆搔凳愿潤漆汝爸籠兢壺裴蔽激嘗測你破送次山代爽煉估域暢匪邀稗刁敦序遏冠欲芋歷胸昨報鄉(xiāng)擋壬弄奇濾界滌殿衷拜饅壯朔篩知圈城論哄經(jīng)伯萌呸匣漣窒鈔淮蓋圖陸蚊鴨舒慚品夫薔林剩撩許憚柞垂鯉拽淑凱歉唉給卿即泣誣彎藥銘課 程 設(shè) 計 報 告課程名稱 信號與系統(tǒng)課程設(shè)計 指導(dǎo)教師 設(shè)計起止日期 學(xué)

4、院 信息與通信工程 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué)生姓名 班級/學(xué)號 成 績 指導(dǎo)老師簽字 目 錄1、課程設(shè)計目的12、課程設(shè)計要求13、課程設(shè)計任務(wù)14、課程設(shè)計內(nèi)容15、總結(jié)11參考文獻(xiàn)12附錄121、課程設(shè)計目的和要求目的：掌握matlab的使用方法?！靶盘柵c系統(tǒng)”是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，matlab作為信號處理強(qiáng)有力的計算和分析工具是電子信息工程技術(shù)人員常用的重要工具之一。本課程設(shè)計基于matlab完成信號與系統(tǒng)綜合設(shè)計實驗，以提高學(xué)生的綜合應(yīng)用知識能力為目標(biāo)，是“信號與系統(tǒng)”課程在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)上的必要補(bǔ)充。通過課設(shè)綜合設(shè)計實驗，激發(fā)學(xué)生理論課程學(xué)習(xí)興趣，提高分析問題和解決問題的能力。要求：

5、 （1）運(yùn)用matlab編程得到簡單信號、簡單信號運(yùn)算、復(fù)雜信號的頻域響應(yīng)圖；（2）通過對線性時不變系統(tǒng)的輸入、輸出信號的時域和頻域的分析，了解線性時不變系統(tǒng)的特性，同時加深對信號頻譜的理解。2、課程設(shè)計原理1離散時間信號卷積使用matlab中的conv函數(shù) 2.在matlab中，filter函數(shù)的作用是進(jìn)行數(shù)字濾波，其實也就是系統(tǒng)的響應(yīng)序列求解；y=filter(b,a,x); y=filter(b,a,x)表示向量b和a組成的系統(tǒng)對輸入x進(jìn)行濾波，系統(tǒng)的輸出為y。 3.在matlab中，zplane函數(shù)繪制系統(tǒng)零極點圖 4.在matlab中，有專門的

6、frepz()函數(shù)來求解。調(diào)用形式為 h w=freqz(b,a,n,fs)其中向量b和a為離散系統(tǒng)的系數(shù)，fs為采樣頻率，n為在區(qū)間0 fs/2頻率范圍內(nèi)選取的頻率點數(shù)，f記錄頻率點數(shù)。由于freqz函數(shù)是采用基2的fft的算法，n常取2的冪次方，以便提高計算速度。 5.matlab提供了如abs(),angle()等基本函數(shù)用來計算dtft幅度，相位。3、課程設(shè)計所用設(shè)備 （1）個人電腦一臺 （2）matlab2012設(shè)計程序4、課程設(shè)計內(nèi)容和步驟 （1）根據(jù)設(shè)計題目的要求，熟悉相關(guān)內(nèi)容的理論基礎(chǔ)，理清程序設(shè)計的措施和步驟； （2）根據(jù)設(shè)計題目的要求

7、，提出各目標(biāo)的實施思路、方法和步驟； （3）根據(jù)相關(guān)步驟完成matlab程序設(shè)計，所編程序應(yīng)能完整實現(xiàn)設(shè)計題目的要求； （4）調(diào)試程序，分析相關(guān)理論； （5）編寫設(shè)計報告。5、設(shè)計過程、實現(xiàn)過程、實現(xiàn)結(jié)果（一）基本部分（1）信號的時頻分析任意給定單頻周期信號的振幅、頻率和初相，要求準(zhǔn)確計算出其幅度譜，并準(zhǔn)確畫出時域和頻域波形，正確顯示時間和頻率。設(shè)計思路：首先給出橫坐標(biāo)，即時間，根據(jù)設(shè)定的信號的振幅、頻率和初相，寫出時域波形的表達(dá)式；然后對時域波形信號進(jìn)行傅里葉變化，得到頻域波形；最后使用plot函數(shù)繪制各個響應(yīng)圖。源程序：%基本題1,時頻分析，2011010512clc,clear,clos

8、e alla=4;fc=200;a=0*pi/3;t=1/fc;fs=15*fc;ts=1/fs;t=0:ts:3*t-ts;n=length(t);x=a*sin(2*pi*fc*t+a); subplot(211),plot(t,x)xlabel('t(s)'),ylabel('x(t)'),title('時域波形圖') x=fft(x);xx=fftshift(x);magx=abs(xx);phasex=angle(xx);f=(0:n-1)*(fs/n)-fs/2;subplot(223),plot(f,magx)xlabel('

9、;f(hz)'),ylabel('|x(jw)|'),title('信號幅度譜')subplot(224),plot(f,phasex)xlabel('f(hz)'),ylabel('anglex(jw)'),title('信號相位譜')結(jié)果圖：結(jié)果分析：cos函數(shù)波形為周期信號，其頻域響應(yīng)為兩個沖擊函數(shù)，并且符合對偶性。（2）傅里葉級數(shù)分析分析周期鋸齒波的傅里葉級數(shù)系數(shù)，用正弦信號的線性組合構(gòu)成鋸齒波，要求諧波次數(shù)可以任意輸入，分析不同諧波次數(shù)所構(gòu)成的鋸齒波，解釋是否存在吉伯斯現(xiàn)象。設(shè)計思路：根據(jù)原理任意

10、周期信號都可以表達(dá)成傅里葉級數(shù)的形式，對周期舉行鋸齒波進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解，利用for循環(huán)完成級數(shù)求和運(yùn)算。當(dāng)n值較小時，傅里葉級數(shù)的逼近效果不是很理想，隨著n值變大，傅里葉級數(shù)越來越接近理想值。源程序：%基本題2，傅里葉級數(shù)分析，2011010512clc; clear; close all; %初始化工作空間t=-6:6/1000:6; %時間n = input('please input the nunber:'); w0=pi; %角頻率xn=0; for n=1:n; fn=(-1)(n+1)/(n*pi); xn=xn+fn*sin(n*w0*t); end xn=x

11、n+0.5; %抬升0.5figure; plot(t,xn); title('gibbs,n=',num2str(n); xlabel('time(sec)'); ylabel('x',num2str(n),('t');結(jié)果圖；結(jié)果分析：隨著n值的增大，傅里葉級數(shù)與理想的周期鋸齒波越來越接近，符合預(yù)期效果。（3）系統(tǒng)分析任意給定微分方程或差分方程描述的系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)。設(shè)計思路：根據(jù)微分方程、差分方程與系統(tǒng)函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)合matlab自帶的freqs和freqz兩個函數(shù)，分析系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。源程序

12、：%基本題3 系統(tǒng)分析 2011010512clc,clear,close all, %微分方程為 r''(t)+6r'(t)+8r（t）=2*e(t) b=0,0,2; %系統(tǒng)函數(shù)h(s)分子多項式系數(shù)a=1,6,8; %系統(tǒng)函數(shù)h(s)分母多項式系數(shù)hw1,w1=freqs(b,a); %求連續(xù)時間系統(tǒng)頻率響應(yīng) figure(1)subplot(2,1,1);zplane(b,a);title('連續(xù)時間系統(tǒng)零極點圖'); subplot(2,2,3);plot(w1/pi,abs(hw1)xlabel('rad/s');ylabel

13、('|h(jw)|');title('連續(xù)時間系統(tǒng)幅頻響應(yīng)'); subplot(2,2,4);plot(w1/pi,angle(hw1)xlabel('rad/s');ylabel('phase');title('連續(xù)時間系統(tǒng)相頻響應(yīng)'); %差分方程為 y（n）-0.5*y(n-1)+4/5*y(n-2)=3*x(n)-0.6*x(n-1);b=3,-0.6; %系統(tǒng)函數(shù)h(z)分子多項式系數(shù)a=1,-0.5,4/5; %系統(tǒng)函數(shù)h(z)分母多項式系數(shù)hw,w=freqz(b,a); %求離散時間系統(tǒng)頻率響應(yīng)

14、figure(2)subplot(2,1,1);zplane(b,a);title('離散時間系統(tǒng)零極點圖'); subplot(2,2,3);plot(w/pi,abs(hw)xlabel('w/pi)');ylabel('|h(ejw)|');title('離散時間系統(tǒng)幅頻響應(yīng)'); subplot(2,2,4);plot(w/pi,angle(hw)xlabel('w/pi');ylabel('phase');title('離散時間系統(tǒng)相頻響應(yīng)'); 結(jié)果圖；結(jié)果分析：所顯示零

15、極點等圖符合驗算結(jié)果（4）音樂合成程序設(shè)計對于任意一小段音樂，利用“十二平均律”計算該音樂中各個樂音的頻率，產(chǎn)生并播放這些樂音。分析音樂的頻譜，從中識別出不同的樂音。設(shè)計思路：根據(jù)時間長短來區(qū)別各個音符拍長短，根據(jù)頻率高低來區(qū)別各個音符的音調(diào)，具體細(xì)節(jié)參考“十二平均律”，將每段樂音連接起來，使用sound函數(shù)播放樂音。對每段樂音進(jìn)行傅里葉變換，分析其頻譜。源程序：%基本題4，音樂合成程序設(shè)計，一分錢，2011010512clc,clear,close all,fs=8e3;freq=384,512,426.66,512,426.66, 320,384,288,320,384, 320,384,

16、426.66,512, 384,426.66,384,320, 384,256,288, 320,288,256,288,320, 436.66,384,320,384,436.66 384,512,426.66,384,320,384,288, 384,288,320,256;n=1/2,1/2,1/4,1/4,1/2, 1/4,1/4,1/4,1/4,1, 1/4,1/4,1/4,1/4, 1/4,1/4,1/4,1/4, 1/4,1/2,1, 1/4,1/4,1/4,1/4,1, 1/4,1/4,1/4,1/4,1, 1/4,1/4,1/4,1/4, 1/4,1/4,1/2, 1/4,1

17、/4,1/2,1/2*fs;d=zeros(1,sum(n);x=1;for k=1:42 d(x:x+n(k)-1)=(sin(2*pi*freq(k)*(1/fs:1/fs:n(k)/fs); x=x+n(k);end;sound(d,fs);結(jié)果分心：所聽音樂符合預(yù)期。（5）調(diào)制分析單位沖激響應(yīng)為的系統(tǒng)的濾波特性，畫出其幅頻響應(yīng)曲線。設(shè)計思路：根據(jù)傅里葉變換特性，時域相乘對應(yīng)頻域卷積，將題目中的時域波形進(jìn)行分解，并將兩個函數(shù)分別對應(yīng)的傅里葉變換進(jìn)行卷積。參考常用的傅里葉變換對，所求的頻域特性為方波和沖擊函數(shù)的卷積。源程序：%基本題5，調(diào)制，2011010512clc,clear,clos

18、e all,fs=300;t=-10:1/fs:10;n=length(t); n=-(n-1)/2:(n-1)/2;h=sin(50*pi*t).*sin(100*pi*t)./(pi*t+0.00001); f1=fft(h);fn=fftshift(f1);f=n/n*fs; figure(1)plot(t,h),xlabel('t'),ylabel('amplitude'),title('h(t)'); figure(2)plot(f,abs(fn),xlabel('w'),ylabel('amplitude

19、9;),title('modulation');結(jié)果圖；結(jié)果分析：所得結(jié)果符合演算過程，與預(yù)期一致。（二）提高部分題目1、音樂合成 2011010512 設(shè)計思路：通過定義每個音來寫樂譜，在加包絡(luò)諧波，在播放音樂，后畫出波形。 源程序%提高題 音樂合成clear;clc;close all;tune_based=220*2(3/12) 2(5/12) 2(7/12) 2(8/12) 2(10/12) 2(12/12) 2(14/12) ; %c調(diào)h_tune=2*tune_based;l_tune=0.5*tune_based;l_dao=l_tune(1); %將“l(fā)_dao

20、”宏定義為低音“1”的頻率262hzl_re =l_tune(2); %將“l(fā)_re”宏定義為低音“2”的頻率286hzl_mi =l_tune(3); %將“l(fā)_mi”宏定義為低音“3”的頻率311hzl_fa =l_tune(4); %將“l(fā)_fa”宏定義為低音“4”的頻率349hzl_sao= l_tune(5); %將“l(fā)_sao”宏定義為低音“5”的頻率392hzl_la =l_tune(6); %將“l(fā)_a”宏定義為低音“6”的頻率440hzl_xi =l_tune(7); %將“l(fā)_xi”宏定義為低音“7”的頻率494hz%以下是c調(diào)中音的音頻宏定義dao= tune_based

21、(1); %將“dao”宏定義為中音“1”的頻率523hzre= tune_based(2); %將“re”宏定義為中音“2”的頻率587hzmi= tune_based(3); %將“mi”宏定義為中音“3”的頻率659hzfa= tune_based(4); %將“fa”宏定義為中音“4”的頻率698hzsao= tune_based(5); %將“sao”宏定義為中音“5”的頻率784hzla= tune_based(6); %將“l(fā)a”宏定義為中音“6”的頻率880hzxi= tune_based(7); %將“xi”宏定義為中音“7”的頻率523h %以下是c調(diào)高音的音頻宏定義h_d

22、ao= h_tune(1); %將“h_dao”宏定義為高音“1”的頻率1046hzh_re= h_tune(2); %將“h_re”宏定義為高音“2”的頻率1174hzh_mi= h_tune(3); %將“h_mi”宏定義為高音“3”的頻率1318hzh_fa= h_tune(4); %將“h_fa”宏定義為高音“4”的頻率1396hzh_sao= h_tune(5); %將“h_sao”宏定義為高音“5”的頻率1567hzh_la= h_tune(6); %將“h_la”宏定義為高音“6”的頻率1760hzh_xi= h_tune(7); %將“h_xi”宏定義為高音“7”的頻率1975

23、hz % 簡譜 歡樂頌 song=mi mi fa sao. sao fa mi re. dao dao re mi. mi re re ,. mi mi fa sao. sao fa mi re. dao dao re mi. re dao dao ,. re re mi dao. re mi fa mi dao. re mi fa mi re. dao re l_sao mi. mi mi fa sao. sao fa mi fa re. dao dao re mi. re dao dao 0;delay=0.5*1 1 1 1,. 1 1 1 1,. 1 1 1 1,. 1.5 0.5

24、1 ,. 1 1 1 1,. 1 1 1 1,. 1 1 1 1,. 1.5 0.5 1 ,. 1 1 1 1,. 1 0.5 0.5 1 1,. 1 0.5 0.5 1 1,. 1 1 1 1,. 1 1 1 1,. 1 1 1 0.5 0.5,. 1 1 1 1,. 1.5 0.5 1 1;% 設(shè)置采樣精度fs=8000;% 生成波形wav_normal=0; %普通波形wav_low=0; %低八度波形wav_hight=0; %高八度的波形wav_envelope_only=0; %包絡(luò)的波形wav_envelope_harmonic=0; %加包絡(luò)加諧波的波形m=1;for i=1:

25、length(song) n=1:fs*delay(i); temp=sin(2*pi*song(i)*n/fs); %普通 temp_low=sin(pi*song(i)*n/fs); %低八度 temp_highet=sin(4*pi*song(i)*n/fs); %高八度 temp_envelope=exp(-1/4000)*n); %指數(shù)衰減包絡(luò) temp_harmonic=0.2*sin(4*pi*song(i)*n/fs); %2倍頻諧波 wav_normal(m:m+fs*delay(i)-1)=temp; %正常波形 wav_low(m:m+fs*delay(i)-1)=tem

26、p_low; %低八度波形 wav_hight(m:m+fs*delay(i)-1)=temp_highet; %高八度波形 wav_envelope_only(m:m+fs*delay(i)-1)=temp.*temp_envelope; %只加包絡(luò)波形 wav_harmonic_only(m:m+fs*delay(i)-1)=temp+temp_harmonic; %只加諧波波形 wav_envelope_harmonic(m:m+fs*delay(i)-1)=(temp+temp_harmonic).*temp_envelope; %包絡(luò)諧波波形 m=m+fs*delay(i);end%

27、 播放sound(wav_normal,fs); %播放原始聲音sound(wav_envelope_only,fs); %播放加包絡(luò)聲音sound(wav_envelope_harmonic,fs); %播放加包絡(luò)加諧波聲音% 抽取前13個音符(8秒)分析包絡(luò)與諧波num_song=13;length_num_song=fs*sum(delay(1:num_song);figure;subplot(311);plot(1:length_num_song)/8000,wav_normal(1:length_num_song);xlabel('時間/s');ylabel('

28、;幅值');title('普通 無包絡(luò) 無諧波 波形圖');subplot(312);plot(1:length_num_song)/8000,wav_envelope_only(1:length_num_song);xlabel('時間/s');ylabel('幅值');title('加包絡(luò) 無諧波 波形圖');subplot(313);plot(1:length_num_song)/8000,wav_envelope_harmonic(1:length_num_song);xlabel('時間/s');

29、ylabel('幅值');title('加包絡(luò) 加諧波 波形圖');% 抽取前13個音符(8秒)分析頻域諧波效果normal=abs(fftshift(fft(wav_normal(1:length_num_song); %普通頻譜圖harmonic=abs(fftshift(fft(wav_harmonic_only(1:length_num_song);%加諧波頻譜圖fft_rang=(0:length_num_song-1)/length_num_song*fs-fs/2; %頻域范圍figure;subplot(211);plot(fft_rang,no

30、rmal);xlabel('頻率/hz');ylabel('幅值');title('普通音無諧波頻譜圖');subplot(212);plot(fft_rang,harmonic);xlabel('頻率/hz');ylabel('幅值');title('普通音加諧波頻譜圖');figure;% 抽取前13個音符(8秒)分析頻域的高八度低八度效果hight=abs(fftshift(fft(wav_hight(1:length_num_song); %高八度頻譜圖low=abs(fftshift(ff

31、t(wav_low(1:length_num_song); %低八度頻譜圖subplot(311);plot(fft_rang,normal);xlabel('頻率/hz');ylabel('幅值');title('普通音頻譜圖');subplot(312);plot(fft_rang,low);xlabel('頻率/hz');ylabel('幅值');title('低八度音頻譜圖');subplot(313);plot(fft_rang,hight);xlabel('頻率/hz')

32、;ylabel('幅值');title('高八度音頻譜圖');結(jié)果分析：與預(yù)期一致 聽到音樂也和預(yù)期一致。6、設(shè)計總結(jié)通過這次試驗，我明白了學(xué)到的知識只有會用才有價值，只有在應(yīng)用中才能找到自己的不足并加以彌補(bǔ)，如果我們不去將知識應(yīng)用，那我們學(xué)的東西將失去價值。在設(shè)計過程中，自己學(xué)會了matlab軟件的部分功能，在今后的生活中我希望能夠?qū)W到更多！在設(shè)計工程中我遇到了很多困難，但是我堅持作了下來，這對我來說是一次磨練，令我更加堅強(qiáng)。在今后的生活中，當(dāng)我們遇到困難我們不應(yīng)該輕言放棄而是應(yīng)該堅持，努力實現(xiàn)自己的目標(biāo)。參考文獻(xiàn)1 鄭君里、應(yīng)啟珩 、楊為理，信號與系統(tǒng)引論，北京：高等教育出版社，2009年3月.2 谷