變聲器設(shè)計方案

1、MATLAB變聲器的設(shè)計前言隨著生活水平的提高，科技的不斷進步，很多人為了娛樂，從而希望改變自己的聲音；還有如今的許多的訪問節(jié)目為了保護被訪問者，都對聲音進行了相應(yīng)的處理。本設(shè)計通過編寫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，在輸出時達(dá)到變聲。1變聲原理在進行性別變聲時， 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，基頻、共振峰同時變化，若伸展既有男變女、女變童，反之亦可。本實驗是基于男生錄制的聲音進行相關(guān)參數(shù)提取，修改接近于女聲，實現(xiàn)男聲到女聲的變換。人群基頻分布（Hz）共振峰頻率分布男聲50 ,18

2、0偏低女聲160,380中童聲400 ,1000偏咼圖12提取參數(shù)基于短時自相關(guān)法的基音周期估值進行自相關(guān)的計算，通過MATLAB編程采用自相關(guān)算法可以實現(xiàn)基音周期的估值， 即對語音信號進行低通濾波， 然后進行自相關(guān)計算。 在低通濾波時， 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)人的說話特征設(shè)定相應(yīng)指標(biāo)參數(shù)，對本段語音設(shè)計算出巴特沃斯模擬濾波器的階數(shù)N為5，3dB截止頻率二丄算出說【0.175，歸一化低通原型系統(tǒng)函數(shù)為1P5+&+&2P2+pH-如將將卜一 u,帶人f：訂；和 中，得到低通濾波器,B sb+ 瓦龜 + 婦盤/曲 + 雖（15 4-根據(jù)設(shè)定的濾波器

3、編寫 MATLAB?序，當(dāng)信號經(jīng)過低通濾波器后，對原始信號濾波產(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采樣頻率進行采樣，采樣序列為x（n），后進行下一步的自相關(guān)計算。伸 Vi ii.*； n 紅Jr-f"1 -I偉此崛!血腐贈R KI*7TfOOOtlju (Mi140(10圖22.1.2語音信號的短時自相關(guān)函數(shù)定義語音信號的自相關(guān)函數(shù)如下：N-k-lnCfc)=町6+巧n=0其中k為信號延遲點數(shù) 普戎t劫為語音信號；N為語音幀長度。經(jīng)過低通濾波之后,取160個樣點數(shù)，幀長取10ms對每幀語音求短時自相關(guān)，取得自相關(guān)最大點 數(shù)，自相關(guān)函數(shù)在基音周期處表現(xiàn)為峰值，

4、 這些峰值點之間的間隔的平均值就是 基音周期，從而估計出基音周期，但是由于圖中存在野點，編寫MATLAB?序除去野點算出對應(yīng)基音周期如圖3所示，設(shè)基音周期值為PT,調(diào)動PT,接近女 聲，設(shè)新的為PT1;T*" 2 y wmMl. * 1“ :ii '"ri: :,ddi H屮1li*U.圖32.2 LPC倒譜法提取共振峰通過線性預(yù)測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)，匚為預(yù)測系數(shù)。下面求h( n)的倒譜l(n),首先根據(jù)同態(tài)分析方法有=匚-，因為H(z)是最小相位的，即在單位圓內(nèi)是解析的，所以說御同;可以展開成級數(shù)形式，即 瓠4踰遜遵疋

5、.就是說的逆變換(n)是存在的，設(shè)(0)=0,將式兩端同時對求導(dǎo)，得到:一屮有（:.略叫尸）（；,._ ）=_：，令式左右兩邊Z的各次幕前系數(shù)分別相等得到:rK(i) = 5/i(n) = ttjj +j 0E=1n1_X(n) =(1 - a£fi(n i)Ir=il<n <pn>p在本實驗中，取預(yù)測階數(shù)為10，語音的樣點數(shù)為160，按照上式可直接從預(yù)測系 數(shù)求得倒譜胃、鬧，這個倒譜是根據(jù)線性預(yù)測模型得到，即稱為 LPC倒譜。編寫MATLAB程序，實現(xiàn)如圖4所示，譜的峰值基本上對應(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;

6、圖43線性預(yù)測語音信號的合成 根據(jù)線性預(yù)測的基本思想，用過去M個樣點值來預(yù)測現(xiàn)在或未來的樣點值:£=1做伽S為預(yù)測信號，：為預(yù)測系數(shù)，y（ n）為取樣信號，預(yù)測誤差：:=2這樣就可以通過在某個準(zhǔn)則下使預(yù)測誤差達(dá)到最小值的方法來決定唯一的一組線性預(yù)測參數(shù)- （i=1,2?，M）把語音信號的某一幀內(nèi)的短時均方預(yù)測誤差定義為：E'1；沁=E: 為使Eg%癮;最小，對求偏導(dǎo)，并令其為零，有：Ey&訂一 £怛識口0-0羅伍一 f)=0j=1,。，M上式表明采用最佳預(yù)測系數(shù)時，預(yù)測誤差醴縛與過去的樣點值正交。由于語音信號的短時平穩(wěn)性，要分幀處理，對于每一個樣點值記為y( n),. . .,y( n+N-1),這段語音記為Ye對于語音段Yn,并記,' j '.':.：,對于語音段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參數(shù)u(n)和預(yù)測系數(shù).，并使用修改過后的基因周期和共振峰參數(shù)，就能合成出語音，合 成語音樣本如下：S(n)三“護斶4傑弒阿；為預(yù)測系數(shù)，G為