聲音的延時和混響仿真

1、武漢理工大學信息處理課群綜合訓練與設計報告書學 號： 0121209320304課 程 設 計題 目信息處理課群綜合訓練與設計學 院信息工程學院專 業(yè)通信工程班 級通信1203姓 名成雪彬指導教師許建霞2015年7月2日課程設計任務書學生姓名： 成雪彬 專業(yè)班級： 通信1203 指導教師： 許建霞 工作單位： 信息工程學院 題 目:聲音的延時和混響仿真 初始條件：Matlab應用軟件 Windows自帶的錄音功能延時和混響的相關知識要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）(1)利用Windows下的錄音機或其他軟件，錄制一段自己的語音信號，時間控制在1

2、s左右，并對錄制的信號進行采樣。(2)語音信號的頻譜分析，畫出采樣后語音信號的時域波形和頻譜圖。(3)將信號加入延時和混響，再分析其頻譜，并與原始信號頻譜進行比較。(4)設計幾種特殊類型的濾波器：單回聲濾波器，多重回聲濾波器，無限個回聲濾波器，全通結構的混響器，并畫出濾波器的頻域響應。(5)用自己設計的濾波器對采集的語音信號進行濾波。(6)分析得到信號的頻譜，畫出濾波后信號的時域波形和頻譜，并對濾波前后的信號進行對比，分析信號的變化。(7)回放語音信號。時間安排：1、理論講解，老師布置課程設計題目，學生根據(jù)選題開始查找資料；2、課程設計時間為2周。 （1）理解相關技術原理，確定技術方案， 時間

3、2天； （2）選擇仿真工具，進行仿真設計與分析，時間6天； （3）總結結果，完成課程設計報告，時間2天。指導教師簽名： 2015 年 6 月 10 日系主任（或責任教師）簽名： 2015年 6月 10 日目錄摘要4Abstract51 緒論61.1簡介61.2設計任務及要求61.3研究背景及意義72課題描述82.1課題背景及意義82.2課題目標83系統(tǒng)框架及實現(xiàn)93.1總體方案圖93.2程序流程圖104設計原理114.1混響和延時的基本原理114.1.1混響114.1.2延時124.2離散傅里葉變換134.3濾波器設計134.3.1特殊濾波器的系統(tǒng)函數(shù)144.3.2濾波函數(shù)filter144.

4、3.3濾波器設計145設計步驟165.1從windows系統(tǒng)中讀取1s的語音信號165.2采樣后語音信號的時域波形和頻譜165.3采樣后信號的延時與混響165.4對信號進行混響175.5單回聲濾波器175.6無限回聲濾波器175.7多重回聲濾波器185.8全通結構的混響器186運行結果207小結與體會26參考文獻27附錄28摘要數(shù)字信號處理是將信號以數(shù)字方式表示并處理的理論和技術，而MATLAB則是一款功能強大的集數(shù)學運算和仿真為一體的軟件。這次課設就是利用MATLAB軟件對聲音信號進行數(shù)字處理的過程。當然，這次主要運用了軟件強大的計算功能，尤其是軟件自帶的一些比較復雜的函數(shù)的調用，比方說：快

5、速傅里葉變換。同時也利用軟件的仿真功能，設計各種濾波器，對讀入的聲音信號進行濾波處理?？傮w上來講，通過課設學習了數(shù)字信號處理的相關理論知識，熟悉了軟件的使用和濾波器的設計，了解了語音信號的特點。關鍵詞：數(shù)字信號處理，快速傅里葉變換，延時與混響，濾波器。AbstractDigital signal processing is will signal to digital way said the theory and technique of the and processing, and MATLAB is a powerful mathematical operation and simul

6、ation of the set for one of the software. This class set is the use of the software MATLAB voice signal digital processing process. Of course, the main using software powerful computing functions, especially software bringing some complex function call, for example: fast Fourier transformation. At t

7、he same time also using the software simulation function, design of filter, to read in a voice signal filtering processing. In general, through the class set study the digital signal processing related theory knowledge, be familiar with the use of the software and the design of filter, understand th

8、e characteristics of the speech signal.Keywords: digital signal processing, fast Fourier transform, delay and reverb ,filter.1 緒論1.1 簡介數(shù)字信號處理主要是研究用數(shù)字或符號序列表示和處理信號。處理的目的可以是削弱信號中的多余內容，濾除混雜的噪聲和干擾，或者是將信號變換為容易分析和識別的形式，便于估計和選擇它的特征參數(shù)。語音信號分析是語音信號處理的前提和基礎，只有分析出可表示語音信號本質特征的參數(shù)，才有可能利用這些參數(shù)進行高效的語音通信、語音合成和語音識別等處理。而

9、且，語音合成的音質好壞，語音識別率的高低，也都取決于對語音信號分橋的準確性和精確性。因此語音信號分析在語音信號處理應用中具有舉足輕重的地位。根據(jù)所分析出的參數(shù)的性質的不同，可將語音信號分析分為時域分析、頻域分析、倒領域分析等；時域分析方法具有簡單、計算量小、物理意義明確等優(yōu)點，但由于語音信號最重要的感知特性反映在功率譜中，而相位變化只起著很小的作用，所以相對于時域分析來說頻域分析更為重要。本文將簡要介紹時域分析、頻域分析。聲音信號是一維連續(xù)信號,而計算機只能處理離散信號。為了從離散信號還原連續(xù)信號,根據(jù)采樣定理,可以確定采樣頻率的最小值。wav文件是一種數(shù)字聲音文件格式,本課程設計基于Matl

10、ab分析了wav聲音文件頻譜與聲音的關系。通過采集個人的一段聲音進行頻譜分析等處理，然后設計數(shù)字濾波器處理這個原始聲音的wav文件,并比較濾波以后輸出聲音信號與原聲音信號的異同。1.2 設計任務及要求設計任務(1)利用Windows下的錄音機或其他軟件，錄制一段自己的語音信號，時間控制在1s左右，并對錄制的信號進行采樣。(2)語音信號的頻譜分析，畫出采樣后語音信號的時域波形和頻譜圖。(3)將信號加入延時和混響，再分析其頻譜，并與原始信號頻譜進行比較。(4)設計幾種特殊類型的濾波器：單回聲濾波器，多重回聲濾波器，無限個回聲濾波器，全通結構的混響器，并畫出濾波器的頻域響應。(5)用自己設計的濾波器

11、對采集的語音信號進行濾波。(6)分析得到信號的頻譜，畫出濾波后信號的時域波形和頻譜，并對濾波前后的信號進行對比，分析信號的變化。(7)回放語音信號。設計要求(1)熟悉離散信號和系統(tǒng)的時域特性。(2)熟悉語音信號的特點。(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)掌握序列快速傅里葉變換方法。(5)學會MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序設計方法。(6)掌握MATLAB設計各種數(shù)字濾波器的方法和對信號進行濾波的方法。1.3研究背景及意義音頻信號在人類社會中發(fā)揮著舉足輕重的作用。從古至今人類始終依靠聲音信息傳遞自己的信息、感情?，F(xiàn)今，隨著計算機、通信、微電子和網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展

12、，人們已經(jīng)改變了傳統(tǒng)的利用聲音、傳遞聲音的方式。從搖旗吶喊到無線通信，人類利用聲音的方式始終與時代最高科技水平聯(lián)系在一起，因為聲音是人類最重要的交流工具?；祉懺谌藗兊纳钪惺且环N常見的聲學現(xiàn)象。無論是在會議室里開會，還是在音樂廳里欣賞音樂，人們都會明顯感覺到混響聲音的存在。不同類型的聲音對聲學環(huán)境的要求是不同的。按照某一固定聲學設計無法滿足現(xiàn)代多功能廳所擔負的最佳混響效果不同的要求。傳統(tǒng)上采用在房間內布置不同吸音系數(shù)的反射板或升降吊頂來改變廳堂的容積，以調節(jié)廳內的混響時間的方法，顯然不僅麻煩，且難以調到最佳效果。隨著電子技術的發(fā)展，數(shù)字信號處理器性能的不斷提高，上述原本只有通過建筑聲學才能解決

13、的聲學效果問題，現(xiàn)在可以利用電聲學知識以數(shù)字信號處理的手段較為方便地解決?？梢哉f電子技術的發(fā)展，數(shù)字信號處理技術的完善，給聲學帶來一次前所未有的重大變革。濾波在信號處理中一直占有十分重要的地位?，F(xiàn)在幾乎在所有需要信號處理的領域都可以使用數(shù)字信號處理技術精確快速的對復雜數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)字濾波是數(shù)字信號處理技術的基本方法，如對信號的過濾、檢測、預測等，都要廣泛地用到濾波器。數(shù)字濾波器分成兩種形態(tài)：有限長脈沖響應濾波器（FIR）和無限長脈沖響應濾波器（IIR）。無論哪一種濾波器的設計都需要大量的計算，用手工計算已不現(xiàn)實，因此必須借助計算機來完成。其中，MATLAB是一款十分優(yōu)秀的計算和仿真軟件。MA

14、TLAB是一種面向科學和工程計算的語言，它集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，具有編程效率高、調試手段豐富、擴充能力強等特點。MATLAB的信號處理工具箱具有強大的函數(shù)功能，它不僅可以用來設計數(shù)字濾波器，還可以使設計達到最優(yōu)化，是數(shù)字濾波器設計的強有力工具。2 課題描述2.1課題背景及意義語音信號處理是一門比較實用的電子工程的專業(yè)課程，語音是人類獲取信息的重要來源和利用信息的重要手段。通過語言相互傳遞信息是人類最重要的基本功能之一。語言是人類特有的功能，它是創(chuàng)造和記載幾千年人類文明史的根本手段，沒有語言就沒有今天的人類文明。語音是語言的聲學表現(xiàn)，是相互傳遞信息的最重要的手段，是人類

15、最重要、最有效、最常用和最方便的交換信息的形式。近年來,隨著計算機及大規(guī)模數(shù)字集成電路的迅速發(fā)展,語音數(shù)字信號處理得到了相應的發(fā)展。語音信號分析模擬、語音合成、語音識別等的研究已較成熟。、各種聲碼器、聲控器、語聲識別系統(tǒng)、語聲合成器等已逐漸有商品出現(xiàn)。2.2課題目標對于錄制一個wav語音文件，對其進行采樣信號、對加入延時和混響后的信號和通過幾種特殊濾波器后的信號分別畫出對應的時域波形和頻譜圖，并對比進行分析。3系統(tǒng)框架及實現(xiàn)3.1總體方案圖利用Windows下的錄音機或其他軟件，錄制一段自己的語音信號，時間控制在1s左右，并對錄制的信號進行采樣語音信號的頻譜分析，畫出采樣后語音信號的時域波形和

16、頻譜圖將信號加入延時和混響，再分析其頻譜，并與原始信號頻譜進行比較設計幾種特殊類型的濾波器：無限個回聲濾波器，全通結構的混響器，并畫出濾波器的頻域響應。用自己設計的濾波器對采集的語音信號進行濾波分析得到信號的頻譜，畫出濾波后信號的時域波形和頻譜，并對濾波前后的信號進行對比，分析信號的變化回放語音信號圖3.1 程序總體框圖3.2程序流程圖用wavread從自己的電腦導入Windows下1s語音信號畫出采樣后語音信號的時域波形與頻譜圖。N=2001,和調用fft函數(shù)快速傅里葉變換。對采樣后語音信號進行延時30，在調整采樣信號的長度，兩者相加，就得到混響。單回聲濾波器a=0.5;yy1=x+z*0.

17、5;YY1=fft(yy1,2001);無限個回聲濾波器Bz=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1;Az=1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-a;yy2=filter(Bz,Az,x);YY2=fft(yy2,2001);多重回聲濾波器N=5Bz1=1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-aN Az1=1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-a;yy3=filter(Bz1,Az1,x); YY3=fft(yy3,2001);全通結構的混響器Bz1=a,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1;Az1=1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,a;yy4=filter(Bz1,Az

18、1,x);YY4=fft(yy4,20001);sound(yy1,fs,bits);sound(yy2,fs,bits);sound(yy3,fs,bits);sound(yy3,fs,bit);圖3.2 程序流程框圖4設計原理4.1混響和延時的基本原理4.1.1混響聲音是通過媒質傳入人的聽覺器官的。媒質，既是聲音的傳播途徑，也是聲音的載體。用一個日常生活中司空見慣的例子來說，媒質，就像湖中傳遞波浪的湖水。在平靜的湖面投人一塊石子，石子擊起水波，波紋越來越大，水波越傳越遠。這湖水，就是傳播水波的媒質。聲音也仿佛如此:當某一聲源發(fā)音，空氣中聲波的震蕩就會改變周圍空氣的靜止狀態(tài)，使之形成時而壓縮

19、，時而稀疏的前進波，聲波就這樣不斷地散發(fā)開去，傳播聲音的媒質就是空氣。在閉室中，當聲源發(fā)出一個聲音信號(例如是一個脈沖聲信號)時，位于室內任何一點的聽者所接收到的聲音中，應包含兩部分成份，一部分是由聲源直接傳到聽者的聲音，我們稱其為“直達聲”。另一部分是聲波傳到墻壁或障礙物處反射出的聲音，其中有一些被聽者接收到，另外一些又會傳到其它墻壁處再次發(fā)生反射，反射后的聲音中又有一些被聽者接收到，類似地持續(xù)下去，將聽者接收到的這部分聲音，統(tǒng)稱為“反射聲”。從時間上看，反射聲較直達聲落后(或稱為延遲聲)，從能量角度看，由于每經(jīng)一次反射都會有部分能量被吸收，因此反射聲是一系列能量逐漸衰減的延遲聲。數(shù)字混響可

20、以通過用人工創(chuàng)作的回音并將它加入原始信號里，從而把隔音錄音室里錄制的聲音轉換為一種自然的聲音形式；回音可以簡單地由延遲單元產(chǎn)生?；祉懶Ч饕怯糜谠黾右粼吹娜诤细小Ｗ匀灰粼吹难訒r聲陣列非常密集、復雜，所以模擬混響效果的程序也復雜多變。常見參數(shù)有以下幾種：（1）混響時間：能逼真的模擬自然混響的數(shù)碼混響器上都有一套復雜的程序，其上雖然有很多技術參數(shù)可調，然而對這些技術參數(shù)的調整都不會比原有的效果更為自然，尤其是混響時間。（2）高頻滾降：此項參數(shù)用于模擬自然混響當中，空氣對高頻的吸收效應，以產(chǎn)生較為自然的混響效果。一般高頻混降的可調范圍為0.11.0。此值較高時，混響效果也較接近自然混響；此值較低時

21、，混響效果則較清澈。（3）擴散度：此項參數(shù)可調整混響聲陣密度的增長速度，其可調范圍為010，其值較高時，混響效果比較豐厚、溫暖；其值較低時，混響效果則較空曠、冷僻。（4）預延時：自然混響聲陣的建立都會延遲一段時間，預延時即為模擬次效應而設置。（5）聲陣密度：此項參數(shù)可調整聲陣的密度，其值較高時，混響效果較為溫暖，但有明顯的聲染色；其值較低時，混響效果較深邃，切聲染色也較弱。（6）頻率調制：這是一項技術性的參數(shù)，因為電子混響的聲陣密度比自然混響稀疏，為了使混響的聲音比較平滑、連貫，需要對混響聲陣列的延時時間進行調制。此項技術可以有效的消除延時聲陣列的段裂聲，可以增加混響聲的柔和感。（7）調治深度

22、：指上述調頻電路的調治深度。4.1.2延時延時就是將音源延遲一段時間后，再欲播放的效果處理。依其延遲時間的不同，可分別產(chǎn)生合唱、鑲邊、回音等效果。當延遲時間在335ms之間時人耳感覺不到滯后音的存在，并且他與原音源疊加后，會因其相位干涉而產(chǎn)生"梳狀濾波"效應，這就是鑲邊效果。如果延遲時間在50ms以上時，其延遲音就清晰可辨，此時的處理效果才是回音?；匾籼幚硪话愣际怯糜诋a(chǎn)生簡單的混響效果。延時、合唱、鑲邊、回音等效果的可調參數(shù)都差不多，具體有以下幾項：延時時間（Dly），即主延時電路的延時時間調整。反饋增益（FB Gain），即延時反饋的增益控制。反饋高頻比（Hi Ratio

23、），即反饋回路上的高頻衰減控制。調制頻率（Freq），指主延時的調頻周期。調制深度（Depth），指上述調頻電路的調制深度。高頻增益（HF），指高頻均衡控制。預延時（Ini Dly），指主延時電路預延時時間調整。均衡頻率（EQ F），這里的頻率均衡用于音色調整，此為均衡的中點頻率選擇。由于延時產(chǎn)生的效果都比較復雜多變，如果不是效果處理專家，建議使用設備提供的預置參數(shù)，因為這些預置參數(shù)給出的處理效果一般都比較好。4.2離散傅里葉變換在MATLAB的信號處理工具箱中函數(shù)FFT和IFFT用于快速傅立葉變換和逆變換。下面介紹這些函數(shù)。函數(shù)FFT用于序列快速傅立葉變換。函數(shù)的一種調用格式為 &

24、#160;      y=fft(x) （式4-1）其中，x是序列，y是序列的FFT，x可以為一向量或矩陣，若x為一向量，y是x的FFT。且和x相同長度。若x為一矩陣，則y是對矩陣的每一列向量進行FFT。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。函數(shù)FFT的另一種調用格式為         y=fft(x,N) （式4-2）式中，x，y意義同前，N為正整數(shù)。函數(shù)執(zhí)行N點的FFT。若x為向量且

25、長度小于N，則函數(shù)將x補零至長度N。若向量x的長度大于N，則函數(shù)截短x使之長度為N。若x 為矩陣，按相同方法對x進行處理。經(jīng)函數(shù)fft求得的序列y一般是復序列，通常要求其幅值和相位。MATLAB提供求復數(shù)的幅值和相位函數(shù)：abs，angle，這些函數(shù)一般和FFT同時使用。用MATLAB工具箱函數(shù)fft進行頻譜分析時需注意：（1）    函數(shù)fft返回值y的數(shù)據(jù)結構對稱性。（2）    頻率計算。（3）    作FFT分析時，幅值大小與FFT選擇點數(shù)有關，但不影響分析結果。4.3濾波器設計數(shù)字濾波器的作用是

26、利用離散時間系統(tǒng)的特性對輸入信號波形(或頻譜)進行加工處理，或者說利用數(shù)字方法按預定的要求對信號進行變換。數(shù)字濾波器可以理解為是一個計算程序或算法，將代表輸入信號的數(shù)字時間序列轉化為代表輸出信號的數(shù)字時間序列，并在轉化過程中，使信號按預定的形式變化。4.3.1特殊濾波器的系統(tǒng)函數(shù)1. 單回聲濾波器的系統(tǒng)函數(shù)：H(z)= <1 （式4-3）2. 無限個回聲濾波器的系統(tǒng)函數(shù):H(z)= <1 （式4-4）3. 多重回聲濾波器的系統(tǒng)函數(shù) ：H(z)= <1 （式4-5）4. 全通結構的混響器的系統(tǒng)函數(shù):H(z)= <1 （式4-6）4.3.2濾波函數(shù)filter系統(tǒng)還是離散時

27、間LTI系統(tǒng)，系統(tǒng)對輸入信號的響應，實質上就是對輸入信號從頻域角度，無論是連續(xù)時間LTI的頻譜進行不同選擇處理的過程，這個過程稱為濾波。因此，在MATLAB的信息處理工具箱中，提供了一維濾波器函數(shù)filter和二維濾波器函數(shù)filter2。 函數(shù)filter的調用格式為          y=filter(b,a,x) （ 式4-7）該格式采用數(shù)字濾波器對數(shù)據(jù)進行濾波，既可以用于IIR濾波器，也可以用于FIR濾波器。其中向量b和a分別表示系統(tǒng)函數(shù)的分子、分母多項式的系數(shù)，若a1，此時表示FIR濾波器，否則

28、就是IIR濾波器。該函數(shù)是利用給出的向量b和a，對x中的數(shù)據(jù)進行濾波，結果放入向量y。4.3.3濾波器設計先對本設計中用到的各種濾波器進行簡介。（1）單回聲濾波器回聲可以由簡單的延時單元產(chǎn)生。直達聲和在m個抽樣周期后出現(xiàn)的一種單個回聲，可以用FIR濾波器產(chǎn)生，差分方程為：yn=xn+xn-m，|<1單回聲濾波器的傳輸函數(shù)為：傳輸函數(shù)的幅頻響應形狀象梳子，這種濾波器又叫梳狀濾波器。（2）多重回聲濾波器為了產(chǎn)生以間隔m個抽樣周期分開的具有指數(shù)衰減振幅的多重回聲，可用一個以下形式傳輸函數(shù)的FIR濾波器：無限個振幅以指數(shù)衰減、間隔為m個抽樣周期的多重回聲可用以下形式傳輸函數(shù)的IIR濾波器生成：（

29、3）無限個回聲濾波器無限個回聲濾波器的傳輸函數(shù)為：上述多重回聲濾波器不能提供自然聲音混響。由其幅頻特性可知，其幅度響應對于所有頻率不是常數(shù)，收聽效果不能令人滿意。其次每秒回聲數(shù)量太少會引起合成聲的顫動，需要每秒約1000個回聲才能生成沒有顫動的反射聲。（4）全通結構混響器為了生成更真實的混響，提出一種有全通結構的混響器，傳輸函數(shù)為：此外，還可以用函數(shù)filter對語音信號進行濾波。其調用格式為 ：       y=filter(b,a,x)該格式采用數(shù)字濾波器對數(shù)據(jù)進行濾波，既可以用于IIR濾波器，也可以用于FIR

30、濾波器。其中向量b和a分別表示系統(tǒng)函數(shù)的分子、分母多項式的系數(shù)，若a1，此時表示FIR濾波器，否則就是IIR濾波器。該函數(shù)是利用給出的向量b和a，對x中的數(shù)據(jù)進行濾波，結果放入向量y。5設計步驟5.1從windows系統(tǒng)中讀取1s的語音信號Matlab語句x,fs,bits=wavread('make.wav',500 50000)用于讀取語音，采樣值放在向量x中，fs表示采樣頻率(Hz)，bits表示采樣位數(shù)。500 50000表示讀取從501點到50000點的值（若只有一個N的點則表示讀取前N點的采樣值）。5.2采樣后語音信號的時域波形和頻譜x,fs,bits=wavrea

31、d('make.wav',10000 40000);x=x(:,1); %只取單聲道sound(5*x,fs); %對聲音的回放n1=0:2000;N=size(x,1);figure（2）;subplot(2,1,1);plot(x);title('采樣后語音信號的時域波形');Y=fft(x,2001); subplot(2,1,2); %對信號做2001點FFT變換plot(n1(1:1000),Y(1:1000); title('采樣后語音信號的頻譜圖'); %信號幅度其中x,fs,bits=wavread('make.wav&#

32、39;,10000 40000);用于讀取語音，采樣值放在向量x中，fs表示采樣頻率(Hz)，bits表示采樣位數(shù)。Sound函數(shù)用來對于聲音的回放，X代表一個信號。fft函數(shù)是用于求解傅里葉變換，得出采樣信號。5.3采樣后信號的延時與混響z=zeros(200,1);x; figure(3); %信號的延時subplot(2,1,1);plot(z); title('延時后的時域圖'); %畫出延時后的信號時域圖 Z=fft(z,2001); subplot(2,1,2);plot(n1(1:1000),Z(1:1000); %延時后的信號頻譜圖 title('延時后

33、的頻譜圖 '); 其中用zeros函數(shù)來使信號延時，zeros是用來生成全0矩陣的，比如，zeros(M，N) 表示的是M行*N列的0矩陣。5.4對信號進行混響z=zeros(200,1);x; %對語音信號進行延時x=x;zeros(200,1); %使語音信號與延時后信號同等長度y1=x+z; %信號的混響figure(4);subplot(2,1,1);plot(y1); title('混響的時域圖'); %混響時域圖Y1=fft(y1,2001); %對混響信號2001點的FFT變換subplot(2,1,2);plot(n1(1:1000),Y1(1:1000

34、); %混響頻譜圖title('混響的頻譜圖');對語音信號進行延時后，在使原語音信號的長度變換得與延時的信號同長，最后時這兩個信號相加便可以得到混響后的信號。5.5單回聲濾波器a=0.5; %a取小于等于1yy1=x+z*0.5; %信號經(jīng)單回聲濾波figure（5）;subplot(2,1,1);plot(yy1);title('單回聲濾波器時域圖');YY1=fft(yy1,2001); %對單回聲信號做2001點的FFT變換subplot(2,1,2);plot(n1(1:1000),Y2(1:1000); %單回聲信號頻譜圖title('單回聲

35、濾波器頻譜圖');其中，用函數(shù)yy1=x+z*0.5來對信號進行單回聲濾波。5.6無限回聲濾波器a=0.5; %a取小于等于1Bz=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1; %分子的系數(shù)Az=1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-a; %分母的系數(shù)yy2=filter(Bz,Az,x); %濾波器進行濾波figure(6);subplot(2,1,1);plot(yy2); %無限回聲濾波器時域波形title('無限個回聲濾波器時域波形');YY2=fft(yy2,2001); %經(jīng)無限回聲濾波器后的信號做2001點的FFT變換subplot(2,1,2);pl

36、ot(n1(1:1000),YY2(1:1000); %無限回聲濾波器頻譜圖title('無限個回聲濾波器頻譜圖 ');其中，編寫出如上對應的無限回聲濾波器函數(shù)，然后用filter函數(shù)調用濾波器。5.7多重回聲濾波器a=0.5; %a取小于等于1N=5Bz1=1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-0.5N %分子的系數(shù)Az1=1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-0.5; %分母的系數(shù)yy3=filter(Bz1,Az1,x); figure(7); %濾波器進行濾波subplot(2,1,1);plot(yy3); title('多重回聲濾波器的時域圖'

37、;)%多重回聲濾波器的混響器時域波形YY3=fft(yy3,2001); %經(jīng)多重回聲濾波器后的信號做2001點的FFT變換subplot(2,1,2);plot(n1(1:1000),YY3(1:1000); %多重回聲濾波器的頻譜圖title('多重回聲的頻譜圖')5.8全通結構的混響器a=0.5; %a取小于等于1Bz1=a,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1; %分子的系數(shù)Az1=1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,a; %分母的系數(shù)yy3=filter(Bz1,Az1,x); figure(6); %濾波器進行濾波subplot(2,1,1);plot(yy2

38、); title('全通應的時域圖')%全通結構的混響器時域波形YY2=fft(yy2,2001); %經(jīng)全通結構的混響器后的信號做2001點的FFT變換subplot(2,1,2);plot(n1(1:1000),YY2(1:1000); %全通結構的混響器頻譜圖title('全通應的頻譜圖')同理，得出全通結構濾波器的函數(shù)，用filter函數(shù)調用濾波器，再用fft函數(shù)進行傅里葉變換，就可以得出對應的時域波形和頻譜結構。6運行結果圖6.1 原始信號的時域波形圖6.2 采樣后的時域波形圖和頻譜圖圖6.3 延時后的時域波形和頻譜圖分析：1）從時域上看，延時后的波形

39、向右移動。 2）從頻譜圖上看，延時前曲線向下，延時后曲線往上，幅值上幾乎不變。圖6.4混響后的時域波形圖和頻譜圖分析：1)從時域上看，混響之后時域波形發(fā)生了一定變化。在24000HZ之前，主要是幅度有一定變化。在24000HZ之后，波形有明顯變化 2)從頻譜圖上看，混響后頻譜有上下跳動，其幅值有一定改變，如在采樣點200點處可以看到混響較為明顯?；祉懞蟮牟ㄐ排c原始波形相比已有明顯差異。從時域圖看，經(jīng)混響的波形在前前一小部分沒有變化，之后的波形很多地方幅度增強了，但也有地方的幅度減小了，這和程序中設計的混響效果是相同的：原始語音信號和延時后的信號（充當回音）疊加，引起波形幅度的變化。圖6.5單回

40、聲濾波器的時域波形圖和頻譜圖分析：1) 從時域上看，濾波后波形有一定變化，特別是在24000HZ之后，波形的變化較為明顯。 2)從頻譜上看，濾波后頻譜有微小的上下跳動。圖6.6無限回聲濾波器的時域波形圖和頻譜圖分析：1) 從時域上看，波形與濾波前的波形大體相同，幅度上有微小變化； 2)從頻譜圖上看，幅度有一定變化，在采樣點100點到200點之間可以看到幅值變化明顯，且曲線相對于濾波前總體有向上變化的趨勢。圖6.7多重回聲濾波器的時域波形圖和頻譜圖分析：1)從時域上看，波形變化大，在20000HZ之后，可觀察到其波形的形狀有明顯。且濾波前的波形只有到30000HZ，之后便沒有了，而經(jīng)多重回聲濾波

41、器之后，其時域波形延長到了80000HZ. 2)從頻譜圖上看，幅值總體減小。圖6.8全通結構混響的時域波形圖和頻譜圖分析：1） 從時域上看，波形與濾波前的波形大體相同，幅度上有微小變化； 2）從頻譜圖上看，幅值略微減小，曲線總體趨勢向下。7小結與體會說實話，Matlab編程并不是我的強項，因為我平時更多的是用C來編程。在這次設計過程中，我先把基本的原理、概念大致弄清楚，然后找一個例程一句句地分析，我發(fā)現(xiàn)該matlab程序的核心實際就是把數(shù)學表達式轉變成Matlab語言，然后Matlab軟件便可識別、執(zhí)行。于是我試著對照各種濾波器的系統(tǒng)函數(shù)表達式，自己來寫Matlab程序。經(jīng)過不斷修改、調試，終

42、于獲得成功。觸類旁通，接下來我的設計工作也就順利多了。通過這次的信息處理課群綜合訓練與設計，我對數(shù)字信號處理有了更進一步的熟悉，在親手設計過程中加深了對課本上的知識的理解。本次課題是基于MATLAB的語音信號的特技處理，對語音信號進行延時、混響、濾波等操作。通過上網(wǎng)搜索資料，查閱課本及課外書籍，動手設計濾波器，采集語音，語音分析等工作，我加強了對MATLAB程序的編寫能力以及對數(shù)字信號處理的相關知識的理解。課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn)、分析和解決實際問題、鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。通過課程設計，我們能夠比較系統(tǒng)的了解理論知識，把理論和實踐相結

43、合，并且用到生活當中。在做設計的過程中總會出現(xiàn)各種問題，在這種情況下我們都會努力尋求最佳路徑解決問題，無形間提高了我們的動手，動腦能力，并且同學之間還能相互探討問題，研究解決方案，增加大家的團隊意識。通過課程設計讓我知道了，我們平時所學的知識如果不加以實踐的話就等于紙上談兵。課程設計主要是我們理論知識的延伸，它的目的主要是要在設計中發(fā)現(xiàn)問題，并且自己要能找到解決問題的方案，形成一種獨立的意識。我們還能從設計中檢驗我們所學的理論知識到底有多少，鞏固我們已經(jīng)學會的，不斷學習我們所忽略的新知識，以期提升自己的專業(yè)技能。參考文獻1 鄒彥，DSP原理及應用，第一版，電子工業(yè)出版社，20062 周開利，M

44、ATLAB基礎及其應用教程，北京大學出版社.3 張雄偉，DSP集成開發(fā)與應用實例，第一版，電子工業(yè)出版社，20024 劉幺和、宋庭新，語音識別與控制技術，科學出版社.5 彭啟琮等，DSP技術的發(fā)展與應用，第二版，高等教育出版社，20076 楊述斌等，數(shù)字信號處理實踐教程，第一版，華中科技大學出版社，2007附錄程序如下：1. 原始信號x1=wavread('make.wav'); %讀取信號figure(1);plot(x1);title('原始信號');sound(5*x1,40000);2. 采樣信號x,fs,bits=wavread('make.w

45、av',10000 40000);x=x(:,1); %只取單聲道sound(5*x,fs); %對聲音的回放n1=0:2000;N=size(x,1);figure(2);subplot(2,1,1);plot(x);title('采樣后語音信號的時域波形');Y=fft(x,2001); subplot(2,1,2); %對信號做2001點FFT變換plot(n1(1:1000),Y(1:1000); title('采樣后語音信號的頻譜圖'); %信號幅度3. 延時的信號x,fs,bits=wavread('make.wav',100

46、00 40000);x=x(:,1); %只取單聲道n1=0:2000;z=zeros(200,1);x; figure(3); %信號的延時subplot(2,1,1);plot(z); title('延時后的時域圖'); %畫出延時后的信號時域圖 Z=fft(z,2001); subplot(2,1,2);plot(n1(1:1000),Z(1:1000); %延時后的信號頻譜圖 title('延時后的頻譜圖 '); sound(5*z,fs);4. 混響后信號x,fs,bits=wavread('make.wav',10000 40000)

47、; %讀取語音信號x=x(:,1); %只取單聲道n1=0:2000;z=zeros(200,1);x; %對語音信號進行延時x=x;zeros(200,1); %使語音信號與延時后信號同等長度y1=x+z; %信號的混響figure(4);subplot(2,1,1);plot(y1); title('混響的時域圖'); %混響時域圖Y1=fft(y1,2001); %對混響信號2001點的FFT變換subplot(2,1,2);plot(n1(1:1000),Y1(1:1000); %混響頻譜圖title('混響的頻譜圖');sound(5*y1,fs);

48、%回放混響后的信號5. 單回聲濾波器x,fs,bits=wavread('make.wav',10000 40000); %讀取語音信號x=x(:,1); %只取單聲道n1=0:2000;a=0.5; %a取小于等于1z=zeros(200,1);x; %對語音信號進行延時x=x;zeros(200,1); %使語音信號與延時后信號同等長度yy1=x+z*0.5; %信號經(jīng)單回聲濾波figure(5);subplot(2,1,1);plot(yy1);title('單回聲濾波器時域圖');YY1=fft(yy1,2001); %對單回聲信號做2001點的FFT變換subplot(2,1,2);plot(n1(1:1