用计算机的声音编辑工具录制一段语音信号,语音信号的频谱分析实验指导

信号与系统中语音信号频谱分析实验指导

1．实验目的

(1)掌握傅里叶变换的物理意义，深刻理解傅里叶变换的内涵；

(2)了解MATLAB对声音信号的处理指令；

(3)了解计算机存储信号的方式及语音信号的特点；

(4)加深对采样定理的理解；

(5)加深学生对信号分析工程应用的理解，拓展学生在信号分析领域的综合应用能力。

2．实验内容

利用MATLAB指令录制一段语音信号，对其进行时域波形的观察和频域的谱分析。根据该信号的频谱构成，选择三种不同的采样频率重新录制该语音信号，并试听回放效果，进行比较，以验证采样定理。

3．实验原理

由于语音信号是一种连续变化的模拟信号，而计算机只能处理和记录二进制的数字信号，因此，由自然音而得的音频信号必须经过采样、量化和编码，变成二进制数据后才能送到计算机进行再编辑和存储。语音信号输出时，则与上述过程相反。

用计算机的声音编辑工具进行语音信号的录制时，已经利用了计算机上的A/D转换器，将模拟的声音信号变成了离散的量化了的数字信号。话音时，量化了的数字信号又通过D/A转换器，把保存起来的数字数据恢复成原来的模拟的语音信号。

(1)应用MATLAB进行声音的录制

在计算机声卡的输入端口插入话筒(或者其他声音信号源)，利用软件将话筒中的模拟话音转换为数字话音，并且以给定的文件名记录下来。

在MATLAB命令窗口中键入“y=wavrecord(m,Fs,ch)”，并按回车键(或者在m文件编写的程序中应用wavrecord语句，并运行)，此时刻以后的m/Fs秒时段内的声音信号将以y为文件名，以数字声音信号.wav格式存储在MATLAB的工作空间里。m为记录的长度单位，即采样数；Fs为记录时的采样频率(赫兹)，缺省时为11025；ch表示来自Windows WAVE声卡的声道数，当不止一个声道时，采样的数据就是m×ch阶矩阵，缺省时ch=1。

(2)应用MATLAB进行声音的播放

在MATLAB命令窗口中键入“sound(y,Fs)”,并按回车键(或者在m文件编写的程序中应用sound语句)，此时刻以后MATLAB将存在工作空间的矢量y以Fs为采样频率还原为声音。Y的取值范围为-1.0～1.0，超出此范围的部分将被忽略。当y是一个m×2阶矩阵时，播放出立体声效果。Fs为采样频率，缺省值为8192Hz。

另外，与wavrecord语句相对应的wavplay也可以实现声音的播放，其功能和

使用方式与sound语句基本一致，只是在以wavplay表达时，采样频率Fs缺省值为11025Hz。

(3)语音信号的频谱分析

傅里叶变换建立了信号频谱的概念。所谓傅里叶分析即分析信号的频谱(频率构成)、频带宽度等。对语音信号的分析也不例外，也必须采用傅里叶变换这一工具。

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