实验九 音频信号采集及处理
音频信号的获取与处理
随着计算机技术的发展，特别是海量存储设备和 大容量内存在计算机上的实现，对音频媒体进行 数字化处理便成为可能。数字化处理的核心是对 音频信息的采样，通过对采集到的样本进行加工 ，生成各种效果。音频信息在多媒体中的应用是 极为广泛的，当计算机配有声卡和音箱后，就能 够发出各种悦耳的声音，尤其是视频图像配以娓 娓动听的音乐和语音，使计算机的操作得以藉由 视觉以外的听觉加以辅助而成为一种愉快的过程 。静态或动态图像配以解说和背景音乐，可使图 像充满生气；立体声音乐可增加空间感，使人身 临其境；语音电子邮件，听声如见其人，游戏中 的音响效果对于渲染气氛则为显得更为重要；此 外，在多媒体通信中，可视电话、电视会议、这 些都离不开数字化音频处理技术。
第2章 音频信息的获取与处理
声音是多媒体信息的一个重要组成部分, 也是表达思想和情感的一种必不可少的媒体 。无论其应用目的是什么，声音的合理使用 可以使多媒体应用系统变得更加丰富多彩。 在多媒体系统中，音频可被用作输入或输出 。输入可以是自然语言或语音命令，输出可 以是语音或音乐，这些都会涉及到音频处理 技术。
2020/9/28
•2.1 音频信号及其概念
2.1.1 声音处理技术历史回顾
语言、音乐和各种自然声是以声波为载体传递信息的基 本形式 。人类很早就开始研究声音，并利用当时已掌握了 的声音的某些规律来制造乐器、进行建筑设计或传声装置 设计，使发出的声音传得更远。可是几千年来，人类只能 凭耳朵来辨别声音的高低、强弱，而不能把声音记录和储 存起来。所以与其他研究领域相比，声学的研究相对滞后 。直到19世纪爱迪生发明了留声机，人们才能用机械的方 法把各种声音记录在唱片上。可是声音、机械振动不容易 传递，也不容易放大，机械方法很不方便。随着电学、电 子学的发展，人们开始尝试记录下这些真实的声音，利用 把声的振动转换成电信号的原理，使声音的记录成为可能 。最终电声技术获得了迅速发展。
声音信号的采集和分析实验
声音信号的采集和分析实验一. 实验目的将声卡作为双通道A/D卡和D/A卡,通过虚拟示波器和频谱分析仪实现声音信号的采集和分析。
掌握声音信号的采集与分析技术。
二. 实验原理1、声卡简介声卡是多媒体电脑的主要部件之一,它包含记录和播放声音所需的硬件。
声卡的种类很多,功能也不完全相同,但它们有一些共同的基本功能:能选择以单声道或双声道录音,并且能控制采样速率。
声卡上有数模转换芯片(DAC,用来把数字化的声音信号转换成模拟信号,同时还有模数转换芯片(ADC,用来把模拟声音信号转换成数字信号。
图1 声卡结构示意图利用声卡的A/D、D/A功能,再配上虚拟仪器软件界面,就可以构成示波器、信号发生器和频谱分析仪等常用仪器。
图2是Virtins公司开发的声卡测量仪器,其主要功能包括示波器、信号发生器、万用表和频谱分析仪等。
图2 Virtins公司开发的声卡测量仪器的功能2、声卡的信号输入接口(A/D声卡信号输入接口包括MIC和Line in两种。
MIC插口的输入阻抗为范围是1500 Ω ~ 20 kΩ(与声卡品牌有关,最小输入电压10mV,单通道输入。
Line In插口的输入阻抗为10 kΩ~ 47 kΩ(与声卡品牌有关, 信号输入电平范围是500 mV ~ 2 V(与声卡品牌有关,双通道输入。
Line In插口的输入信噪比和带宽均高于MIC插口。
通常情况下,传感器信号可以直接用插头连接在Line in或MIC口上,如图3所示。
这时需保证输入信号电压许可范围内,否则可能会损坏声卡甚至计算机。
图3 传感器信号与声卡的直接连接为防止测量信号超声卡量程造成的损坏,可以采用下面的电路对声卡输入端进行保护,如图4所示。
用两个二极管将输入电压钳位在2 ⨯ 0.65 = 1.3 (V,可以承受最大± 50 V的电压(取决于电阻和二极管的最大允许电流。
图4声卡输入端保护连接3、声卡的输出接口(D/A声卡信号输出接口包括Speaker和Line out两种。
音频技术实验报告
一、实验目的1. 理解音频信号的基本特性及其在数字音频处理中的应用。
2. 掌握音频信号的采集、处理和播放的基本方法。
3. 学习使用音频信号处理软件进行音频信号的编辑和效果处理。
4. 分析音频信号在传输和存储过程中的失真和干扰。
二、实验原理音频技术是指利用电子设备对声音信号进行采集、处理、存储和播放的技术。
音频信号是指由声波产生的电信号，其频率范围一般在20Hz到20kHz之间。
数字音频处理技术是将模拟音频信号转换为数字信号，进行编辑、处理和播放的技术。
三、实验仪器与设备1. 音频信号发生器2. 音频信号采集卡3. 音频播放器4. 音频信号处理软件（如Audacity、Adobe Audition等）5. 示波器6. 数据采集器四、实验内容1. 音频信号的采集（1）使用音频信号发生器产生一个纯音信号，频率为1kHz。
（2）使用音频信号采集卡将纯音信号采集到计算机中。
（3）使用示波器观察采集到的音频信号波形。
2. 音频信号的编辑（1）使用音频信号处理软件打开采集到的音频信号。
（2）对音频信号进行剪辑、复制、粘贴等编辑操作。
（3）调整音频信号的音量、音调、立体声平衡等参数。
3. 音频信号的处理（1）使用音频信号处理软件对音频信号进行降噪、均衡、混响等效果处理。
（2）分析处理后的音频信号，观察效果处理对音频信号的影响。
4. 音频信号的播放（1）使用音频播放器播放处理后的音频信号。
（2）比较处理前后的音频信号，评估效果处理对音频信号的影响。
5. 音频信号在传输和存储过程中的失真和干扰（1）使用数据采集器对音频信号进行采样，观察采样过程中的失真和干扰。
（2）分析失真和干扰的原因，提出相应的解决方法。
五、实验结果与分析1. 音频信号的采集实验结果表明，使用音频信号采集卡可以成功采集到音频信号，并使用示波器观察到音频信号的波形。
2. 音频信号的编辑实验结果表明，使用音频信号处理软件可以对音频信号进行剪辑、复制、粘贴等编辑操作，调整音频信号的音量、音调、立体声平衡等参数。
声音采集处理实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解声音采集和处理的基本原理。
2. 掌握使用音频采集设备采集声音信号的方法。
3. 学习音频信号处理的基本操作，包括滤波、放大、降噪等。
4. 了解音频信号在数字处理中的转换过程。
二、实验器材1. 音频采集卡2. 麦克风3. 耳机4. 个人电脑5. 音频处理软件（如Adobe Audition、Audacity等）6. 实验指导书三、实验原理声音采集处理实验主要涉及以下几个方面：1. 声音的产生与传播：声音是由物体振动产生的，通过介质（如空气、水、固体）传播到我们的耳朵。
2. 声音的采集：通过麦克风等设备将声音信号转换为电信号。
3. 声音的数字化：将电信号转换为数字信号，便于计算机处理。
4. 音频信号处理：对数字信号进行滤波、放大、降噪等操作，改善声音质量。
5. 音频信号的播放：将处理后的数字信号转换为声音，通过扬声器播放。
四、实验步骤1. 声音采集：- 将麦克风连接到音频采集卡。
- 将音频采集卡连接到个人电脑。
- 打开音频处理软件，设置采样率、采样位数、通道数等参数。
- 使用麦克风采集一段声音，如说话、音乐等。
2. 音频信号处理：- 使用音频处理软件对采集到的声音进行降噪处理。
- 使用滤波器对声音进行放大或降低噪声。
- 对声音进行剪辑、合并等操作。
3. 音频信号的播放：- 将处理后的声音保存为文件。
- 使用音频播放软件播放处理后的声音。
五、实验结果与分析1. 实验结果：- 成功采集了一段声音。
- 对采集到的声音进行了降噪处理，提高了声音质量。
- 对声音进行了剪辑、合并等操作，满足了实验要求。
2. 实验分析：- 通过实验，我们了解了声音采集和处理的基本原理。
- 掌握了使用音频采集设备采集声音信号的方法。
- 学习了音频信号处理的基本操作，包括滤波、放大、降噪等。
- 了解了音频信号在数字处理中的转换过程。
六、实验总结1. 本实验让我们对声音采集和处理有了更深入的了解。
2. 通过实验，我们掌握了使用音频采集设备采集声音信号的方法。
声音信号的获取与处理
声音信号的获取与处理一、实验目的和要求本实验通过麦克风录制一段语音信号作为解说词并保存，通过线性输入录制一段音乐信号作为背景音乐并保存。
为录制的解说词配背景音乐并作相应处理，制作出一段完整的带背景音乐的解说词。
二、实验内容和步骤1、软件与硬件的准备目前，多媒体计算机中的音频处理工作主要借助声卡，从对声音信息的采集、编辑加工，直到声音媒体文件的回放这一整个过程都离不开声卡。
声卡在计算机系统中的主要作用是声音文件的处理、音调的控制、语音处理和提供MIDI接口功能等。
进行录制音频信号所需的硬件除了声卡，还有麦克风、音箱以及外界的音源信号设备（如CD唱机、录音机等），把麦克风、音箱、外界音源信号设备与声卡正确连接完成硬件准备工作。
在Windows的【控制面板】/【多媒体】中选择正确的录音和回放设备，并对其进行调试。
2、用Windows录音机录制解说词使用Windows录音机录制任意一段语音信号作为解说词，录制完毕后把文件存为Wav 格式，文件名为【示例1_1】。
3、使用Cool Edit录制背景音乐使用Cool Edit 2000录制任意一段语音信号作为背景音乐，要求录制的声音文件采样频率为44100Hz,立体声，量化位数为16位，保存文件的为Wav格式，文件名【示例1_2】。
4、使用WaveStuido编辑和处理背景音乐使用WaveStuido对【示例1_2】先进行回声处理，【幅度】值为100%，【回声延迟】为300毫秒。
然后进行【淡入】和【淡出】处理，【幅度】值各为50%。
5、使用Cool Edit进行混音处理使用Cool Edit的【Mix paste】功能对【示例1_1】和【示例1_2】进行混音处理。
把【示例1_2】加入【示例1_1】中去，编辑成为一个完整的带背景音乐的解说词，保存为【示例1_3】。
音频实验报告
实验名称：音频信号处理与分析实验日期：2023年4月10日实验地点：实验室A实验人员：张三、李四、王五一、实验目的1. 理解音频信号的基本概念和特性。
2. 掌握音频信号的采集、处理和分析方法。
3. 熟悉音频信号处理软件的使用。
4. 通过实验，提高对音频信号处理技术的实际操作能力。
二、实验原理音频信号是声波在空气中的传播形式，其频率范围一般在20Hz到20kHz之间。
音频信号处理技术主要包括信号采集、信号处理和信号分析三个方面。
本实验通过采集音频信号，对其进行处理和分析，以达到实验目的。
三、实验器材1. 音频采集卡2. 电脑3. 音频信号处理软件（如Audacity、Adobe Audition等）4. 音频信号发生器5. 音频信号分析仪四、实验步骤1. 信号采集（1）将音频采集卡插入电脑，打开音频信号处理软件。
（2）设置采样频率、采样位数和声道数等参数。
（3）连接音频信号发生器，输出一个标准音频信号。
（4）将音频信号发生器的输出端与音频采集卡的输入端连接。
（5）在软件中开始采集音频信号，记录采集时间。
2. 信号处理（1）打开采集到的音频文件，查看其波形图。
（2）对音频信号进行降噪处理，去除背景噪声。
（3）对音频信号进行均衡处理，调整音频的频率响应。
（4）对音频信号进行压缩处理，提高音频的动态范围。
3. 信号分析（1）使用音频信号分析仪对音频信号进行频谱分析。
（2）观察音频信号的频谱图，分析其频率成分。
（3）计算音频信号的功率谱密度，分析其能量分布。
（4）对音频信号进行时域分析，观察其时域波形。
五、实验结果与分析1. 信号采集实验成功采集到了标准音频信号，采集时间为5分钟。
2. 信号处理（1）降噪处理：经过降噪处理，音频信号中的背景噪声明显降低，提高了信号质量。
（2）均衡处理：通过均衡处理，调整了音频信号的频率响应，使其更加均衡。
（3）压缩处理：经过压缩处理，音频信号的动态范围得到了提高，音质更加清晰。
语音信号的采集及预处理
实验语音信号的采集及预处理一、实验目的在理论学习的基础上，进一步地理解和掌握语音信号预处理及短时加窗的意义及基于matlab的实现方法。
二、实验原理及内容1.语音信号的录音、读入、放音等：练习matlab中几个音频处理函数，利用函数wavread对语音信号进行采样,记住采样频率和采样点数，给出以下语音的波形图（），wavread 的用法参见mablab帮助文件。
利用wavplay或soundview放音。
也可以利用wavrecord自己录制一段语音，并进行以上操作(需要话筒)。
实验程序：I=wavread('');Fs=256;soundview(I,Fs);实验结果：2.语音信号的分帧：对语音信号进行分帧，可以利用voicebox工具箱中的函数enframe。
voicebox工具箱是基于GNU协议的自由软件，其中包含了很多语音信号相关的函数。
实验程序：I=wavread('');y=enframe(I,256,128);whos y I实验结果：Name Size Bytes Class AttributesI 9000x1 72000 doubley 69x256 141312 double3 . 语音信号的加窗：本步要求利用window函数设计窗口长度为256(N=256)的矩形窗(rectwin)、汉明窗(hamming)及汉宁窗(hann))，利用wvtool函数观察其时域波形图及频谱特性，比较得出结论。
观察信号加矩形窗及汉明窗后的波形，利用subplot与reshape 函数将分帧后波形、加矩形窗波形及加汉明窗波形画在一张图上比较。
取出其中一帧，利用subplot与reshape函数将一帧语音的波形、加矩形窗波形及加汉明窗波形画在一张图上比较将得出结论。
（1）利用wvtool函数观察其时域波形图及频谱特性，比较得出结论。
实验程序：N = 256;w = window(@rectwin,N);w1 = window(@hamming,N);w2 = window(@hann,N);wvtool(w,w1,w2)实验结果：（2）观察信号加矩形窗及汉明窗后的波形，利用subplot与reshape函数将分帧后波形、加矩形窗波形及加汉明窗波形画在一张图上比较。
音频信号的拾取与处理技术
另外，因为ENG方式拍摄旳主要是新闻信息类节目，所以 话筒以及录音器材对于画面并无太大影响，有时话筒等录音器 材在画面出现反而会增长真实感。
当空气旳气流吹向麦克风时，振膜受振便会产生难听旳干扰噪声。尤其在外景录音，当风 吹过麦克风时，所录旳风声却与人耳听到旳截然不同，一点儿也听不出是风吹树叶旳沙沙声或吹 过屋旁旳潇潇声，而是某些砰砰声、隆隆声或爆裂声。在室内录音一般没有风旳问题，但当麦克 风追随声源而必须迅速移动时也会引起气流对振膜旳冲击，产生干扰噪声；另一种问题是在近距 离录音时，演员口中气流冲击麦克风，尤其是有些带有“破”、“拖”、“搏”旳字更易产愤怒 流，其发声气流冲击麦克风振膜时会产生讨厌旳爆破声。
中距离对 民族、美声唱法拾音 远距离对 美声唱法、乐器拾音 注：
5－20cm 15 左右 10－20cm 0
为了取得最大旳输出 电压 2
（1）当话筒与声源旳方位角成0 时，气流声会很轻易产生低频“pu”声；而 当话筒与声源成15 －30 时，音色旳低频、中频、高频都比较均衡。当话 筒置于45 －90 时，语音气流擦过话筒振膜，使音圈振动减小，所以低频 声音小，相对高频成份百分比增长，但总音量变小。
二、话筒旳选用
1、以话筒旳性能参数根据
指向性 敏捷度 频响特征 最大输入声压级 输出阻抗
A、指向性 话筒分为单一指向性和可变指向性两大类。前者只有如前面
所简介旳全向、双向、心型等指向性之一，而后者能够经过转换 开关旳切换，从而具有多种指向性。可变指向性话筒对于录音环 境和需要旳适应性较强，但价格却较为昂贵。
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音频信号采集及处理程序代码及实验结果图：
[voice,fs]=audioread('notify.wav');%声音读取
sound(voice,fs); %声音回放
n=length(voice);%计算长度
voice1=fft(voice,n); %快速傅里叶变换
figure(1);subplot(2,1,1);plot(voice); %绘出时域波
xlabel('t');ylabel('amp');%坐标名称
title('初始音频信号时域波形');grid on;
subplot(2,1,2);plot(abs(fftshift(voice1))); %绘出原始音频信号频谱
title('初始音频信号频域波形');
xlabel('f');ylabel('amp');grid on;
t=0:1/fs:(n-1)/fs;
noise=0.05*sin(2*pi*100000*t');%100kHz正弦波噪声
s=voice+noise;%加噪后的音频信号
pause;sound(s,fs); %播放加噪的语音
n=length(s);
S=fft(s,n);%计算频谱
figure(2);subplot(2,1,1)；plot(s);%画出加噪之后的音频信号时域波
形
title('加噪声后的音频信号时域波形')；
xlabel('t');ylabel('amp');grid on;
subplot(2,1,2)；plot(abs(fftshift(S)));%零频移到频谱中心后，绘制加噪
之后的音频信号频谱
xlabel('f');ylabel('amp');
title('加噪声后的音频信号频域波形');grid on;
pause;
rp=2; rs=80;
Ft=8000;Fp=1000;Fs=1300;
wp=2*pi*Fp/Ft;
ws=2*pi*Fs/Ft; %求出待设计的模拟滤波器的边界频率
[n,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s'); %低通滤波器的阶数和截止频率
[b,a]=butter(n,wn,'s'); %S域频率响应的参数即：滤波器的传输函数
[bz,az]=bilinear(b,a,0.5); %利用双线性变换实现频率响应S域到Z域的变换
[h,w]=freqz(bz,az);
figure(3);plot(w*fs/(2*pi),abs(h));%绘制IIR低通滤波器特性曲线
title('IIR低通滤波器特性曲线');grid on;
z=filter(bz,az,s); %滤波
pause;sound(z,fs); %回放滤波后的信号
Z=fft(z); %滤波后的信号频谱
figure(4);subplot(2,2,2);plot(z);%绘制低通滤波后的音频信号时域
波形
title('低通滤波后的音频信号时域波形');
xlabel('t');ylabel('amp');grid on;
subplot(2,2,1);plot(s);%绘制加噪声后的音频信号时域波形
title('加噪声后的音频信号时域波形');
xlabel('t');ylabel('amp');grid on;
subplot(2,2,3);plot(abs(fftshift(S)));%绘制加噪声后的音频信号频域波形
title('加噪声后的音频信号频域波形');
xlabel('f');ylabel('amp');grid on;
subplot(2,2,4);plot(abs(fftshift(Z)));%绘制低通滤波后的音频信号频域波形
title('低通滤波后的音频信号频域波形');
xlabel('f');ylabel('amp');grid on;。