《数字信号处理》课程设计,基于MATLAB的音乐信号处理和分析

《数字信号处理》课程设计设计题目：基于MATLAB的音乐信号处理和分析

院系：物理工程学院

专业：电子信息科学与技术

学号：

姓名：

一、课程设计的目的

本课程设计通过对音乐信号的采样、抽取、调制解调、滤波、去噪等多种处理过程的理论分析和MATLAB实现，使学生进一步巩固数字信号处理的基本概念、理论以及频谱分析方法和数字滤波器设计方法；使学生掌握的基本理论和分析方法只是得到进一步扩展；使学生能有效地将理论和实际紧密结合；增强学生软件编程实现能力和解决实际问题的能力。

二、课程设计的基本要求

1 学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的基本编程语句。

2 掌握在Windows环境下音乐信号采集的方法。

3 掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法。

4 掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法。

5 掌握使用MATLAB处理数字信号、进行频谱分析、涉及数字滤波器的编程方法。

三、课程设计内容

实验1音乐信号的音谱和频谱观察

使用windows下的录音机录制一段音乐信号或采用其它软件截取一段音乐信号（要求：时间不超过5s、文件格式为wav文件）

①使用wavread语句读取音乐信号，获取抽样率；（注意：读取的信号时双声道信号，即为双列向量，需要分列处理）；

②输出音乐信号的波形和频谱，观察现象；

使用sound语句播放音乐信号，注意不同抽样率下的音调变化，解释现象。

程序如下：

[Y,FS,NBITS]=WAVREAD('怒放的生命 - 汪峰5s'); %读取音乐信号

plot(Y); %显示音乐信号的波形和频谱

sound(Y,FS); %听音乐（按照原来的抽样率）

Y1=Y(:,1); %由双声道信号变为单声道信号

size(Y1)

figure

subplot(2,1,1);

plot(Y); %显示原信号波形

N=length(Y1);

f1=fft(Y1); %傅立叶变换

w=2/N*[0:N/2-1];

subplot(2,1,2);

plot(w,abs(f1(1:N/2))); %显示波形

原信号的波形和频谱图

实验2音乐信号的抽取（减抽样）

①观察音乐信号频率上限，选择适当的抽取间隔对信号进行减抽样（给出两种抽取间隔，代表混叠与非混叠）；

②输出减抽样音乐信号的波形和频谱，观察现象，给出理论解释；

播放减抽样音乐信号，注意抽样率的变化，比较不同抽取间隔下的声音，解释现象

程序如下

[Y,FS,NBITS]=WAVREAD('怒放的生命 - 汪峰5s');

Y1=Y(:,1);

D= ;j=0; %减抽样，D表示抽样间隔（10倍和100倍）

for i=1:D:length(Y1) % I表示开始减抽样的起始点

j=j+1;

Y2(j)=Y1(i); %Y2减抽样后的信号

end

N=length(Y1);

N1=length(Y2);

F1=fft(Y1);

F2=fft(Y2);

w1=2/N*[0:N-1];

w2=2/N1*[0:N1-1];

figure

subplot(4,1,1);plot(Y1); %显示原单声道信号波形和频谱

subplot(4,1,2);plot(Y2); %图显示抽样信号波形和频谱

subplot(4,1,3);plot(w1,abs(F1)); %显示原单声道信号fft变换后的波形和频谱subplot(4,1,4);plot(w2,abs(F2)); %显示抽样信号快速fft变换后的波形和频谱sound(Y2,FS) %声音低沉，而且不是很清晰。有一些声音信号丢失，%

抽样率越高，声音越听不清晰，

图2（（10倍）图中由上而下依次为原单声道波形、抽样后波形、原单快速fft变换波形、抽样信号快速fft变换波形

图2（（100倍）图中由上而下依次为原单声道波形、抽样后波形、原单声道快速fft变换波形、抽样信号快速fft变换波形）

实验3 音乐信号的AM调制

①观察音乐信号的频率上限，选择适当调制频率对信号进行调制（给出高、低两种调制频率）；

②输出调制信号的波形和频谱，观察现象，给出理论解释；

播放调制音乐信号，注意不同调制频率下的声音，解释现象。

程序如下：

[Y,FS,NBITS]=WAVREAD('怒放的生命 - 汪峰5s');

Y1=Y(:,1);

N=length(Y1);

F1=fft(Y1); %傅立叶变换

w1=2/N*[0:N/2-1];

figure

subplot(2,2,1);

plot(w1,abs(F1(1:N/2)));

N1=0:N-1;

Y2=cos(N1*pi/8); %设置高频调制信号

N2=length(Y2)

F2=fft(Y2);

w2=2/N2*[0:N2/2-1];

subplot(2,2,2);plot(w2,abs(F2(1:N2/2)));

subplot(2,2,3);stem((0:64),Y2(1:65));

F=Y1.*Y2'; %利用高频调制信号调制单列音乐信号

N3=length(F);

F3=fft(F); %傅立叶变换

w3=2/N3*[0:N3-1];

subplot(2,2,4);plot(w3,abs(F3));

sound(F,FS) % 未混叠时，声音尖锐，不清晰，刺耳

% 混叠时，声音轻，只有淡淡的音调，基本没有

起伏，不清晰。