《语音信号处理》上机实验指导书

北京信息科技大学《语音信号处理》实验指导书

李红莲编

光电信息与通信工程学院

二〇〇九年二月

目录

实验一语音信号的时域特征与频域特征 (3)

一、实验目的 (3)

二、实验内容 (3)

三、实验原理............................................................. (3)

四、实验方法与实验步骤 (3)

五、思考题 (4)

六、实验报告要求 (4)

实验二语音信号的基本参数提取与矢量量化 (5)

一、实验目的 (5)

二、实验内容 (5)

三、实验原理............................................................. (5)

四、实验方法与实验步骤 (5)

五、思考题 (6)

六、实验报告要求 (7)

实验一：语音信号的时域特征与频域特征

实验项目：语音信号的时域特征与频域特征

实验项目性质：验证性实验

课程：《语音信号处理》

计划学时：4学时

一、实验目的

使学生通过本实验观察语音信号在时域和频域的基本特征（语音波形、基音频率、过零数、共振峰），验证教材中关于语音信号在时域和频域的基本特征的概念与论述；通过采集语音数据与在实验中记录每个元音的基音周期、过零数、共振峰等环节熟悉这些语音的基本特征，为今后深入学习语音信号处理奠定基础。

二、实验内容

学习音频编辑软件Cool Edit的使用方法及语音文件的建立；采集语音数据；观察语音波形；记录每个元音的基音周期（其倒数为基音频率）、过零数、共振峰；观察语音频域特征；分析不同元音的共振峰模式的特点（频率、相对振幅）。

三、实验原理

元音与辅音在发音方法有如下基本区别：发元音时气流顺利通过声腔，声带颤动，形成的声波是周期性的；发辅音时气流暂时被阻不能通过或只能勉强挤出去。

元音具有基音与共振峰结构，辅音则不具有这两者。

基音由声带振动频率产生，决定语音的音高、音调。在语音波形中表现为准周期峰值。

共振峰是语音频谱上的强频区，表现为频谱上呈峰状。共振峰由声腔形状的变化决定，不同的声腔形状有不同的固有频率，产生不同的共振峰模式。每个元音有特定的共振峰模式。

四、实验方法与实验步骤

（一）音频编辑软件Cool Edit的使用方法及语音文件的建立

①点击桌面上“cool edit”图标，选不同项可激活cool edit菜单中不同功能。

②点击“file”菜单中的“new”，设抽样频率为8KHz，单声道“mono”，“8 bit”。

②点击“Record”录音，将录音存成“.wav”文件。

③点击菜单中“View”中的“Spectral View”可观看语谱图。

④点击菜单中“Analyze”中的“Frequence Analysis”可分析频谱。

⑤点击菜单中“Effects”中的“Amplitude”可改变幅度。

其它菜单功能可通过点击试验熟悉。

（二）观察语音时域特征

在E盘或D盘建立实验者本人的文件夹，然后做以下实验。

①发【a】、【i】、【e】、【u】这四个元音，由麦克风采集语音数据，分别存成“a.wav”、

“i.wav”、“e.wav”、“u.wav”文件，存在本人的文件夹中。

②利用Cool Edit打开并观察以上语音数据的波形。

③元音波形中的准周期结构与声带振动频率对应，其周期称为“基音周期”（其倒数

为基音频率），利用Cool Edit观察元音的波形，记录每个元音的前部、中部和

后部的各一个基音周期。

④记录每个元音的任意一个基音周期中的过零数。

⑤共振峰是语音频谱的峰状区域，利用Cool Edit观察上述每个元音的频谱，记录

每个元音的前三个共振峰的数值。

（三）观察语音频域特征

对你发的【a】、【i】、【e】、【u】这四个元音中每一个元音，分别选取稳定段的256个抽

样，利用 Matlab 的 FFT计算其频谱，并利用subplot命令以波形和频谱对应的形式画

出图形。部分参考程序如下

y = wavread('e.wav');

t=1:length(y)

y2 = wavread('e.wav',[4000 4512]);

y2F=fft(y2);

subplot(3,1,1)

plot(t,y,'-b',4000,[0.2:0.005:0.4],'-r',4512,[0.2:0.005:0.4],'-r')

subplot(3,1,2)

plot(y2);grid on

subplot(3,1,3)

plot(log(abs(y2F)));grid on

五、思考题

（1）共振峰与语音波形有什么相关之处？

（2）基音周期与音调的高低有什么对应关系？

六、实验报告要求

（1）简述实验目的、实验原理和实验任务；

（2）逐个说明本人所发的【a】、【i】、【e】、【u】这四个元音的基音频率、稳定段的256个抽样的过零数及共振峰。设计适当的表格，包括发音人姓名、发的哪一个元音，将记录下来

的基音频率、过零数、共振峰以表格的形式列出。

（3）分析不同元音的共振峰模式的特点（频率、相对振幅）。

（4）对你发的【a】、【i】、【e】、【u】这四个元音中每一个元音，分别选取稳定段的256个抽样，利用 Matlab 的 FFT计算其频谱。画出每一个元音的波形图与频谱图。

（5）收获与体会。