變聲器設(shè)計(jì)方案復(fù)習(xí)過(guò)程

1、變聲器設(shè)計(jì)方案MATLAB 變聲器的設(shè)計(jì)前言 隨著生活水平的提高，科技的不斷進(jìn)步，很多人為了娛樂(lè)，從而希望改變 自己的聲音；還有如今的許多的訪(fǎng)問(wèn)節(jié)目為了保護(hù)被訪(fǎng)問(wèn)者，都對(duì)聲音進(jìn)行了 相應(yīng)的處理。本設(shè)計(jì)通過(guò)編寫(xiě) MATLAB 程序，修改相關(guān)聲音參數(shù)，使其頻率 發(fā)生相應(yīng)的變化，在輸出時(shí)達(dá)到變聲。1 變聲原理 在進(jìn)行性別變聲時(shí)，主要考慮基音周期、基頻和共振峰頻率的變化。其中男 生、女生和和童聲的基頻、共振峰的關(guān)系如圖 1 所示；基音周期改變時(shí)，基 頻、共振峰同時(shí)變化，若伸展既有男變女、女變童，反之亦可。本實(shí)驗(yàn)是基于 男生錄制的聲音進(jìn)行相關(guān)參數(shù)提取，修改接近于女聲，實(shí)現(xiàn)男聲到女聲的變 換。人群基頻分布

2、 （Hz）共振峰頻率分布男聲50 , 180偏低女聲160 , 380中童聲400 , 1000偏高圖12 提取參數(shù)基于短時(shí)自相關(guān)法的基音周期估值進(jìn)行自相關(guān)的計(jì)算，通過(guò) MATLAB 編程采 用自相關(guān)算法可以實(shí)現(xiàn)基音周期的估值，即對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行低通濾波，然后進(jìn) 行自相關(guān)計(jì)算。在低通濾波時(shí)，采用巴特沃斯濾波器。2.1.1 構(gòu)建巴特沃斯低通濾波器根據(jù)人的說(shuō)話(huà)特征設(shè)定相應(yīng)指標(biāo)參數(shù)，對(duì)本段語(yǔ)音設(shè)計(jì)算出巴特沃斯模擬濾波 器的階數(shù) N 為 5，3dB 截止頻率 , 算出0.175，歸一化低通原型系統(tǒng)函數(shù)為其中 ， ，將將 帶人 中，得到低通濾波器，根據(jù)設(shè)定的濾波器編寫(xiě) MATLAB程序，當(dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波

3、器后，對(duì)原始信號(hào)濾波產(chǎn)生結(jié)果如圖 2 所示，低通濾波后，保留基音頻率，然后再用 2kHz采樣頻率 進(jìn)行采樣，采樣序列為 x(n) ，后進(jìn)行下一步的自相關(guān)計(jì)算。圖22.1.2 語(yǔ)音信號(hào)的短時(shí)自相關(guān)函數(shù)定義語(yǔ)音信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)如下：其中 k 為信號(hào)延遲點(diǎn)數(shù) ;為語(yǔ)音信號(hào)； N為語(yǔ)音幀長(zhǎng)度。經(jīng)過(guò)低通濾波之后，取 160 個(gè)樣點(diǎn)數(shù)，幀長(zhǎng)取 10ms，對(duì)每幀語(yǔ)音求短時(shí)自相關(guān)，取得自相關(guān)最 大點(diǎn)數(shù)，自相關(guān)函數(shù)在基音周期處表現(xiàn)為峰值，這些峰值點(diǎn)之間的間隔的平均 值就是基音周期，從而估計(jì)出基音周期，但是由于圖中存在野點(diǎn)，編寫(xiě) MATLAB 程序除去野點(diǎn)算出對(duì)應(yīng)基音周期如圖 3 所示，設(shè)基音周期值為 PT，調(diào)動(dòng)

4、 PT，接 近女 聲，設(shè)新的為 PT1；圖32.2 LPC 倒譜法提取共振峰 通過(guò)線(xiàn)性預(yù)測(cè)分析得到合成濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為：H(z)=其中 h(n)為沖擊響應(yīng)， 為預(yù)測(cè)系數(shù)。下面求 h(n)的倒譜 (n),首先根據(jù)同態(tài)分析方法有，因?yàn)?H(z)是最小相位的，即在單位圓內(nèi)是解析的，所以說(shuō) 可以展開(kāi)成級(jí)數(shù)形式，即，就是說(shuō) 的逆變換 (n)是存在的，設(shè) (0)=0，將式兩端 同時(shí)對(duì) 求導(dǎo)，得到：前系數(shù)分別相等得到：，令式左右兩邊 Z 的各次冪在本實(shí)驗(yàn)中，取預(yù)測(cè)階數(shù)為 10，語(yǔ)音的樣點(diǎn)數(shù)為 160，按照上式可直接從預(yù)測(cè) 系數(shù) 求得倒譜，這個(gè)倒譜是根據(jù)線(xiàn)性預(yù)測(cè)模型得到，即稱(chēng)為 LPC 倒譜。編寫(xiě) MATL

5、AB 程序，實(shí)現(xiàn)如圖 4 所示，譜的峰值基本上對(duì)應(yīng)于共振峰頻 率，用 GT 表示共振峰；修改共振峰，使共振峰接近女聲范圍，新的為 GT1；圖43 線(xiàn)性預(yù)測(cè)語(yǔ)音信號(hào)的合成根據(jù)線(xiàn)性預(yù)測(cè)的基本思想，用過(guò)去 M 個(gè)樣點(diǎn)值來(lái)預(yù)測(cè)現(xiàn)在或未來(lái)的樣點(diǎn)值：為預(yù)測(cè)信號(hào)， 為預(yù)測(cè)系數(shù)， y(n)為取樣信號(hào)，預(yù)測(cè)誤差:這樣就可以通過(guò)在某個(gè)準(zhǔn)則下使預(yù)測(cè)誤差 達(dá)到最小值的方法來(lái)決定唯一的 一組線(xiàn)性預(yù)測(cè)參數(shù) (i=1,2,? ，M) 把語(yǔ)音信號(hào)的某一幀內(nèi)的短時(shí)均方預(yù)測(cè)誤差定義為：E =E 為使 E 最小，對(duì) 求偏導(dǎo)，并令其為零，有：E )=0j=1, 。 ,M上式表明采用最佳預(yù)測(cè)系數(shù)時(shí)，預(yù)測(cè)誤差 與過(guò)去的樣點(diǎn)值正交。由于語(yǔ)音 信號(hào)的短時(shí)平穩(wěn)性，要分幀處理，對(duì)于每一個(gè)樣點(diǎn)值記為 y(n),. . .,y(n+N-1), 這 段語(yǔ)音記為 Yn 。對(duì)于語(yǔ)音段 Yn，并記, 對(duì)于語(yǔ)音段 Yn,它的自相關(guān)函數(shù)為：j=1, . . .,M根據(jù) Yule walker 方程，可以解出樣值，用這種方法定期地改變激勵(lì)參數(shù) u(n) 和預(yù)測(cè)系數(shù) ，并使用修改過(guò)后的基因周期和共振峰參數(shù)，就能合成出語(yǔ)音， 合成語(yǔ)音樣本如下：S(n)=為預(yù)測(cè)系數(shù)， G 為模型增益， u(n)為激勵(lì)，合成樣本 s