信号与系统实验报告7Wav信号的波形与合成全解.doc

武汉大学教学实验报告 电子信息学院 电子信息工程 专业 2105 年 10 月 2 日 实验名称 Wav 信号的波形分析与合成 指导教师 邹炼 姓名 年级 2013级 学号 成绩 预习部分 实验目的 实验基本原理 主要仪器设备（含必要的元器件、工具） 一、实验目的 2. 尝试利用短时傅里叶变换分析非平稳信号的频谱变化。 3．熟悉MATLAB 环境中wavread、wavrecord、wavplay、fft 和ifft 等函数的应用。 二、实验基本原理 Audio）是通过麦克风、A/D 等数据采集设备将声音转换而成的电 信号，是声波频率、幅度变化的信息载体。声音的三个主观特性是音调、音强和 音色。而声波的三个重要参数为频率 ω0、幅度A n 和相位ψn ，这也就决定 了音频信号的特征定义如下： 1. 基频与音调 基频指一个复杂声波中最低的一个频率（其他频率叫谐波）。音调主要由声 音的频率决定，同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音，音调随频率的升降 而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音 调却随强度增加而上升。 2. 谐波与音色 谐波是指周期函数或周期性的波形中不能用常数与原函数基频的正弦函数 和余弦函数的线性组合表达的部分。nωO 称为ωO 的n 次谐波分量，也称为(n-1)次泛音。音色是由混入基音的泛音所决定的，高次谐波越丰富，音色就越有明亮感和穿透力。不同的谐波具有不同的幅值An 和相位偏移ψn ，由此产生各种音色效果。 3. 幅度与音强 人耳对于声音细节的分辨只有在强度适中时才最灵敏。人的听觉响应与强度 成对数关系。常用音量来描述音强，以分贝（dB=20log）为单位。 4. 音宽与频带 音频信号的频带宽度简称为音宽，它是描述组成复合信号的频率范围。 借助傅里叶变换，信号可以时间函数或频率函数两种形式描述，特别是周期 信号和准周期信号（前者由一个基频成分和若干谐波成分，后者虽可分解为几个 正弦分量，但它们的周期没有公倍数），从频率域可以很清楚地了解它们由哪些 正弦分量组成。而对于非平稳信号，最典型的例子就是语音信号，它是非周期的， 频谱随时间连续变化，因此由傅里叶变换得到的频谱无法获知其在各个时刻的频 谱特性。最直观的想法就是用中心在某一时刻的时间窗截取一段信号，对其做傅 里叶变换，得到这一时刻的频谱；然后将窗在时间轴上移动，从而得到不同时刻 的频谱，这就是短时频谱的原理。最简单的窗就是矩形窗，即直接从原信号中截 取一段。 三、 涉及的matlab函数 1. wavread 功能：读取Microsoft 的WAVE 文件。 基本调用格式： [y, Fs, nbits] = wavread(filename) 载入以filename 命名的WAVE 文件。 y 为采样数据，Fs 为WAVE 文件被采样时所用的采样频率，nbits 为用于描述 每个采样点的编码数据位数（常用的有8bits 和16bits）。 2. wavrecord 功能：应用PC 机上音频输入设备录制声音。 基本调用格式： y = wavrecord(n,Fs)对某音频信号以Fs Hz 采样率连续录入n 个采样点的 数据。其中Fs 默认值为11025Hz。 3. wavplay 功能：应用PC 机上音频输出设备播放已录制的声音。 基本调用格式： Wavplay(y,Fs)以Fs 播放存入矢量y 中的音频信号。Fs 默认值仍为11025Hz。 实验操作部分 实验数据、表格及数据处理 实验操作过程（可用图表示） 实验结论 一、 截取语音信号的前点求的图 绘制傅里叶反变换时域信号以及时域信号 用振幅最大的重构的信号以及 载入chirp信号之后对信号分段进行得到不同的频谱图 男生与女生发出a的时域信号 男生和女生发出a的频域信号（时域信号最强的一小部分来求频谱） 二、实验操作过程 1、持续音的频谱分析 （1）分别进行傅里叶变换 ）傅里叶变换 （3） 2、时变音的短时频谱分析 （1） （2） 3、分别录制男生和女生发元音“a”的声音，截取其中信号强度最大的一部分进行傅里叶变换 三、实验结论 通过对‘ding.wav’进行fft变换，观察其频域上的频谱可以发现它由非周期的连续谱其中在某些频率点处的振幅非常的强，而在另外一些地方幅度接近于。 2、对音频文件频谱进行反变换可以得到在时域上的波形，将这个波形原信号进行比较可以发现，他们是基本相似的。 3几个我们就可以通过这些频率点的信号来重构原信号，采用振幅最大的那个正