數(shù)字信號處理課程設(shè)計 對音樂信號的各種處理

1、實(shí)驗(yàn)11、音樂信號的音譜和頻譜觀察Q使用wavread語句讀取音樂信號，獲取抽樣率；輸出音樂信號的波形和頻譜，觀察現(xiàn)象；Q使用sound語句播放音樂信號，注意不同抽樣率下的音調(diào)變化，解釋現(xiàn)象。clearall;closeall;clca,fs,bit=wavread(c:MATLAB6p5work陪你一起看草原.wav);size(a);yl=a(:,l);al=yl(10000:60000)figure;subplot(2,1,1),plot(a);subplot(2,1,2),plot(a1);x1=resample(a1,2,1);%y=resample(x,p,q)返回量的長度是向量x

2、的p/q倍sound(x1,fs);%sound(a,fs);N1=length(a1);F1=fft(a1,N1);w=2/N1*0:N1-1;%頻譜圖橫坐標(biāo)設(shè)置figure;plot(w,abs(F1);N2=length(a1);t=0:1/N2:1/N2*(N2-1);title(傅利葉變換)；傅利葉變換；figure;plot(a1);title(時域波形)；時域波形；頻譜以二倍的抽樣率聽聲音信號時，音樂播放的特別快，像被壓縮了，播放的時間比原信號短。2，以二分之一的抽樣率聽聲音信號時，音樂播放的特別慢，像被拉長了，播放的時間比原信號長。3，原信號頻譜截止頻率為*pi實(shí)驗(yàn)22、音樂信

3、號的抽取(減抽樣)Q觀察音樂信號頻率上限，選擇適當(dāng)?shù)某槿￠g隔對信號進(jìn)行減抽樣(給出兩種抽取間隔,代表混疊和非混疊)；輸出減抽樣音樂信號的波形和頻譜，觀察現(xiàn)象，給出理論解釋；Q播放減抽樣音樂信號，注意抽樣率的改變，比較不同抽取間隔下的聲音，解釋現(xiàn)象。clearall;closeall;clca,fs,bit=wavread(c:MATLAB6p5work陪你一起看草原.wav);size(a);yl=a(:,l);al=yl(10000:60000)%減抽樣;D=2;l=length(al);yd=al(l:D:l);sound(yd,fs/D);N3=length(yd);t=0:1/N3:1

4、/N3*(N3-1);figure;plot(yd);title(減抽樣時域波形);xlabel(t);ylabel(幅度)；N4=length(yd);F2=fft(yd,N4);w=2/N4*0:N4-1;figure;plot(w,abs(F2);title(減抽樣頻譜);xlabel(f);ylabel(幅度)；%橫坐標(biāo)設(shè)置%時域波形;%減抽樣頻譜D=2,減抽樣減抽樣頻譜D=4,減抽樣原信號頻譜截止頻率為*pi,當(dāng)D=2時，頻譜剛好不混疊，當(dāng)D2時，頻譜就會混疊。減抽樣后的音樂信號聽起來變得尖銳，有失真。抽樣率隨著抽樣間隔的增大而逐漸變小，聲音越來越失真，音調(diào)變得急促，而尖銳，信號產(chǎn)生

5、混疊實(shí)驗(yàn)33、音樂信號的AM調(diào)制Q觀察音樂信號的頻率上限，選擇適當(dāng)調(diào)制頻率對信號進(jìn)行調(diào)制(給出高、低兩種調(diào)制頻率)；輸出調(diào)制信號的波形和頻譜，觀察現(xiàn)象，給出理論解釋；Q播放調(diào)制音樂信號，注意不同調(diào)制頻率下的聲音，解釋現(xiàn)象。clearall;closeall;clca,fs,bit=wavread(c:MATLAB6p5work陪你一起看草原.wav);size(a);yl=a(:,l);al=yl(10000:100000);%sound(al,fs);N=length(al);n1=0:N-1;y=cos*pi*n1);%產(chǎn)生余弦信號N1=length(a1);F1=fft(y,N1);w=

6、2/N1*0:N1-1;figure;plot(w,abs(F1);title(cos(wt)頻譜)；余弦頻譜xlabel(f);ylabel(幅度)；N2=length(a1);F2=fft(a1,N2);w=2/N2*0:N2-1;figure;plot(w,abs(F2);title(yinyue頻譜)；原信號頻譜xlabel(f);ylabel(幅度)；x1=a1.*y;%音樂信號與余弦信號點(diǎn)乘進(jìn)行調(diào)制figureplot(x1);N3=length(a1);F3=fft(x1,N3);%調(diào)制信號傅立葉變換w=2/N3*0:N3-1;figure;plot(w,abs(F3);titl

7、e(調(diào)制頻譜)；調(diào)制信號頻譜xlabel(f);ylabel(幅度)；sound(x1,fs);33CDar-Di406幅度IMLnQDIIM調(diào)制頻譜w=*pi時.調(diào)制頻譜w=*pi時.調(diào)制頻譜由原信號頻譜知，信號截止頻率約為，則產(chǎn)生混疊的閾值為。原信號的調(diào)制相當(dāng)于頻譜搬移，左移一個右移一個，當(dāng)調(diào)制頻率（余弦頻率）小于或大于時就會產(chǎn)生混疊或丟失一部分信息。3，當(dāng)余弦點(diǎn)數(shù)取得少時，余弦頻譜會產(chǎn)生泄漏。4，當(dāng)調(diào)制頻率較高時（發(fā)生混疊），聲音響度低，幾乎只能聽見茲茲的聲音，信號幾乎完全失真，當(dāng)調(diào)制頻率較低時（未發(fā)生混疊），聲音很尖銳，響度較大，稍微能聽出一點(diǎn)調(diào)子，但也有茲茲的聲音。實(shí)驗(yàn)44、AM調(diào)制

8、音樂信號的同步解調(diào)Q設(shè)計巴特沃斯IIR濾波器完成同步解調(diào)；觀察濾波器頻率響應(yīng)曲線；Q用窗函數(shù)設(shè)計FIR濾波器完成同步解調(diào)，觀察濾波器頻率響應(yīng)曲線；（要求：分別使用矩形窗和布萊克曼窗，進(jìn)行比較）；Q輸出解調(diào)音樂信號，比較不同濾波器下的聲音，解釋現(xiàn)象。clearall;closeall;clcfunctionhd=ideal(N,wc)forn=0:N-1ifn=(N-1)/2hd(n+1)=wc/pi;elsehd(n+1)=sin(wc*(n-(N-1)/2)/(pi*(n-(N-1)/2);endenda,fs,bit=wavread(c:MATLAB6p5work陪你一起看草原.wav);

9、size(a);yl=a(:,l);al=yl(10000:100000);%調(diào)制信號傅立葉變換%sound(a1,fs);N=length(a1);n1=0:N-1;y=cos*pi*n1);x1=a1.*y;%點(diǎn)乘figureplot(x1);N1=length(a1);F1=fft(x1,N1);w=2/Nl*0:Nl-l;figureplot(w,abs(F1);title(調(diào)制頻譜)；調(diào)制信號頻譜xlabel(f);ylabel(幅度)；%sound(x1,fs);%播放調(diào)制后的信號x2=x1.*y;figureplot(x2);%解調(diào)后信號F2=fft(x2,N1);%解調(diào)信號傅立

10、葉變換w=2/N1*0:N1-1;figureplot(w,abs(F2);title(解調(diào)頻譜)；解調(diào)頻譜xlabel(f);ylabel(幅度)；%sound(x2,fs);%播放解調(diào)后的信號N,Wc=buttord,1,15);B,A=butter(N,Wc);H,W=freqz(B,A);figureplot(W/pi,abs(H);title(數(shù)字巴特沃斯濾波器)；數(shù)字巴特沃斯濾波器x3=filter(B,A,x2);%濾波后信號w=2/N1*0:N1-1;fx=fft(x3,N1);fa=fft(a1,N1);figuresubplot(2,1,1),plot(w,abs(fa);

11、title(yuanxinhaopinpu);subplot(2,1,2),plot(w,abs(fx);title(數(shù)字巴特沃斯濾波器濾波頻譜)；濾波后頻譜shengyinsound(x3,fs);%播放巴特沃斯濾波器濾波后信N=33;wc=*pi;hd=ideal(N,wc);w1=boxcar(N);%矩形窗w2=blackman(N);%布萊克曼窗hl=hd.*wl;h2=hd.*w2;y3=conv(x2,h1);%解調(diào)后信號與矩形窗函數(shù)卷積y4=conv(x2,h2);%解調(diào)后信號與布萊克曼窗函數(shù)卷積%sound(y3,fs);%播放矩形窗濾波后信號shengyin%sound(y

12、4,fs);%播放布萊克曼窗濾波后信號shengyinfigure;subplot(2,1,1),plot(y3);title(矩形窗濾波后信號)；subplot(2,1,2);plot(y3);title(布萊克曼窗濾波后信號)；fh1=fft(h1,N1);db1=-20*log10(abs(fh1(1)./(abs(fh1)+eps);%理想低通濾波器加窗后幅度響應(yīng)fh2=fft(h2,N1);db2=-20*log10(abs(fh2(1)./(abs(fh2)+eps);w=2/N1*0:N1-1;figure;subplot(3,1,1),stem(h1);%矩形窗函數(shù)gridon

13、;title(矩形窗)；xlabel(n);ylabel(h(n);subplot(3,1,2),plot(w,abs(fh1);gridon;title(矩形窗)；xlabel(w);ylabel(H(k);subplot(3,1,3);plot(w,db1);%矩形窗函數(shù)分貝圖gridon;figure;subplot(3,1,1);stem(h2);gridon;title(布萊克曼窗)；xlabel(n);ylabel(h(n);subplot(3,1,2);plot(w,abs(fh2);gridon;title(布萊克曼窗)；xlabel(w);ylabel(H(k);44subp

14、lot(3,l,3);plot(w,db2);gridon;%布萊克曼窗窗函數(shù)分貝圖w=2/N1*0:N1-1;Fy1=fft(y3,N1);Fy2=fft(y4,N1);figure;subplot(2,1,1);plot(w,abs(Fy1);title(矩形窗濾波后頻譜)；subplot(2,1,2);plot(w,abs(Fy2);title(布萊克曼窗濾波后頻譜);Liaozhihoushiyu0.811111r-8IIIIIIIII01234&67S910 x10調(diào)制頻譜解調(diào)頻譜十n-n.1200-1000S001nE三600400200n11111llllbb.51皿IlliIl

15、liHiLLIiLl!L.”血|U00.20.40.6O.8f1.21.41.61.S2數(shù)字巴特沃斯濾波器濾波頻譜-200-2000.50100布菜克曼窗IIIZIIIIIIriIIi:：&Q:IIIIIIOOOO&OO心O百Go匕旳II9/心0皿。心00。0&001.510.50-1001,解調(diào)后信號頻譜在高頻和低頻處均有一部分，且成對稱分布，需要濾掉高頻才可大致還原原信號。2，原信號的截止頻率為，使用數(shù)字巴特沃斯濾波器濾波器濾波參數(shù)通帶截止頻率，阻帶開始頻率，阻帶衰減15db。濾波效果很好，基本還原了原信號。3，使用窗函數(shù)濾波要根據(jù)過渡帶寬算階數(shù)N,選截止頻率為。4，使用矩形窗濾波，矩形窗

16、過渡帶窄，但是阻帶有波紋，高頻部分有小部分未濾掉。5，使用布萊克曼窗濾波，布萊克曼窗過渡帶寬，但是阻帶較好。6，使用矩形窗和布萊克曼窗濾波，效果都行，基本都能還原原信號實(shí)驗(yàn)55、音樂信號的濾波去噪Q給原始音樂信號疊加幅度為，頻率為3kHz、5kHz、8kHz的三余弦混合噪聲，觀察噪聲頻譜以及加噪后音樂信號的音譜和頻譜，并播放音樂，感受噪聲對音樂信號的影響；給原始音樂信號疊加幅度為的隨機(jī)白噪聲（可用rand語句產(chǎn)生），觀察噪聲頻譜以及加噪后音樂信號的音譜和頻譜，并播放音樂，感受噪聲對音樂信號的影響；Q根據(jù)步驟Q、Q觀察到的頻譜，選擇合適指標(biāo)設(shè)計濾波器進(jìn)行濾波去噪，觀察去噪后信號音譜和頻譜，并播放

17、音樂，解釋現(xiàn)象。clearall;closeall;clca,fs,bit=wavread(c:MATLAB6p5work陪你一起看草原.wav);size(a);yl=a(:,l);al=yl(10000:100000);%sound(a1,fs);N1=length(a1);n1=0:N1-1;x1=*cos(2*pi*3000*n1/fs);x2=*cos(2*pi*5000*n1/fs);x3=*cos(2*pi*8000*n1/fs);x4=x1+x2+x3;figure;plot(x4);%疊加余弦信號F1=fft(x4,N1);%疊加余弦信號傅立葉變換w=2/N1*0:N1-1;

18、figureplot(w,abs(F1);title(疊加余弦信號頻譜);疊加余弦信號頻譜xlabel(f);ylabel(幅度)；y2=a1+x4;%sound(y2,fs);%播放疊加余弦音樂信號figure;plot(y2);%疊加余弦音樂信號F2=fft(y2,N1);%疊加余弦音樂信號傅立葉變換figureplot(w,abs(F2);title(疊加余弦噪聲音樂信號頻譜)；疊加余弦音樂信號頻譜xlabel(f);ylabel(幅度)；N,Wc=buttord,1,50);B,A=butter(N,Wc);H,W=freqz(B,A);figureplot(W/pi,abs(H);t

19、itle（數(shù)字巴特沃斯濾波器）;%數(shù)字巴特沃斯濾波器title（數(shù)字巴特沃斯濾波器）;%數(shù)字巴特沃斯濾波器y3=filter(B,A,y2);%濾波后信號fa=fft(al,Nl);fy=fft(y3,Nl);figuresubplot(3,1,1),plot(w,abs(fa);title(yuanxinhaopinpu);subplot(3,1,2),plot(w,abs(F2);title(疊加余弦噪聲音樂信號頻譜)；subplot(3,1,3),plot(w,abs(fy);title(數(shù)字巴特沃斯濾波器濾波頻譜)；%sound(y3,fs);%疊加音樂信號頻譜%濾波后頻譜%播放濾波后

20、音樂信號r=rand(N1,1);yr=a1+r;figure;plot(yr);%sound(yr,fs);%播放疊加隨機(jī)噪聲音樂信號N,Wc=buttord,1,50);B,A=butter(N,Wc);H,W=freqz(B,A);figure;plot(W/pi,abs(H);title(數(shù)字巴特沃斯濾波器2);%數(shù)字巴特沃斯濾波器yf=filter(B,A,yr);%濾波后信號Fz=fft(r,N1);Fr=fft(yr,N1);Ff=fft(yf,N1);figure;subplot(2,1,1),plot(w,abs(fa);title(yuanxinhaopinpu);subp

21、lot(2,1,2),plot(w,abs(Fz);title(隨機(jī)噪聲頻譜)；figure;subplot(2,1,1),plot(w,abs(Fr);title(疊加隨機(jī)噪聲音樂信號頻譜)；subplot(2,1,2),plot(w,abs(Ff);title(數(shù)字巴特沃斯濾波器濾波頻譜)；sound(yf,fs);%疊加音樂信號頻譜%濾波后頻譜%播放濾波后音樂信號疊加余弦信號頻譜2500IIIIII20001500悝1M1000500QIIIIIIIIIII00.2040.60.811.2141.61.521.5iIiiiiiii01234&6789104x10數(shù)字巴特沅斯濾波器2隨機(jī)嚨

22、聲頻譜00.20.40.6D.811.21.41.61.S2數(shù)字巴特沃斯濾波器濾波頻譜1,三余弦信號的頻譜為不同頻率處得三根線，加噪聲后的音樂信號頻譜是在原信號頻譜上加了三條不同頻率的線。加噪聲后音樂信號能聽到原有的音調(diào)，但里面有非常大的雜音，茲茲的噪聲。2，對加余弦噪聲的信號進(jìn)行濾波，用巴特沃斯濾波器濾波，參數(shù)為：通帶截止頻率，阻帶開始頻率，阻帶衰減50db，濾波后濾掉了一部分高頻信息，三根余弦基本濾除。濾波后信號聽起來還稍微有點(diǎn)雜音，有稍微的失真。3，對原信號加隨機(jī)白噪聲，白噪聲均勻分布，對其用巴特沃斯濾波器濾波，參數(shù)為：通帶截止頻率，阻帶開始頻率，阻帶衰減50db,濾波后濾掉了一部分高頻

23、信息，阻帶衰減快，到就衰減到0，但還保留了低頻處得噪聲，濾波后音樂信號聽起來能聽出原調(diào)，但有失真，且伴隨有較大聲的隨機(jī)白噪聲。實(shí)驗(yàn)66、音樂信號的幅頻濾波及相頻分析Q設(shè)計低通濾波器（可自行選取不同的截止頻率），濾除原始音樂信號的高頻信息，觀察濾波前后的幅度頻譜，并比較濾波前后的音樂效果，感受高頻信息對音樂信號的影響；Q設(shè)計高通濾波器（可自行選取不同的截止頻率），濾除原始音樂信號的低頻信息，觀察濾波前后的幅度頻譜，并比較濾波前后的音樂效果，感受高頻信息對音樂信號的影響；Q選取兩端不同的音樂信號，分別將其幅度譜和相位譜交叉組合構(gòu)成新的音樂信號，播放并比較組合后的音樂與原始音樂，感受相頻信息對音樂信

24、號的影響。clearall;closeall;clca,fs,bit=wavread(c:MATLAB6p5work陪你一起看草原.wav);size(a);yl=a(:,l);al=yl(10000:100000);%sound(a1,fs);%播放原的信號1Nl=length(al);Fl=fft(al,Nl);%原信號1傅立葉變換w=2/N1*0:N1-1;N,Wc=buttord,l,30);B,A=butter(N,Wc);H,W=freqz(B,A);figureplot(W/pi,abs(H);title(數(shù)字巴特沃斯濾波器)；數(shù)字巴特沃斯濾波器a2=filter(B,A,a1);%濾波后信號fd=fft(a2,N1);figure;subplot(211),plot(w,abs(F1);title(原信號1頻譜)；%原信號1頻譜xlabel(f);ylabel(幅度)；subplot(212),plot(w,abs(fd);title(數(shù)字巴特沃斯濾波器濾波頻譜)；濾波后頻譜%sound(a2,fs);%播放濾波后音樂信號N,Wc=buttord,1,30);B,A=butter(N,Wc,high);H,W=freqz(B,A);figureplot(W/pi,abs(H);title(數(shù)字巴