数字信号处理课程设计基于 matlab 的音乐信号处理和分析.pdf

《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

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、分析方法和实现方法；
使学生掌握的基本理论和分析方法知识得到进一步扩展；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、设计数字滤波器的编程方法。

三、课程设计内容

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：读取的信号是双声道信号，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；
③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。
Wavread格式说明：
[w,fs,b]=wavread(‘语音信号’)，采样值放在向量w中，fs表示采样频率（hz），b表示
采样位数。
上机程序：
[y,fs,bit]=wavread('Ido片段')%读取音乐片段，fs是采样率
size(y)%求矩阵的行数和列数
y1=y(:,1);%对信号进行分列处理
n1=length(y1);%取y的长度
t1=(0:n1-1)/fs;%设置波形图横坐标
figure
subplot(2,1,1);
plot(t1,y1);%画出时域波形图
ylabel('幅值');
xlabel('时间（s）');
title('信号波形');
subplot(2,1,2);
Y1=fft(y1);
w1=2/n1*(0:n1-1);%设置角频率
plot(w1,abs(Y1));%画频谱图
title('信号频谱');
xlabel('数字角频率');
ylabel('幅度');
gridon;
sound(y,fs);
实验结果：

信号波形
1

0.5

值0
幅
-0.5

-1
0123456
时间（s）
信号频谱
6000

4000
值
幅
2000

0
00.20.40.60.811.21.41.61.82
数字角频率

1、通过观察频谱知，选取音乐信号的频谱集中在0~0.7*pi之间，抽样点数fs=44100;
2、当采样频率问原来0.5（0.5*fs）倍时：音乐片段音调变得非常低沉，无法辨认原声，播
放时间变长；抽样频率减小，抽样点数不变时，其分辨力增大，记录长度变长，声音失真。
3、当采样频率问原来2(2*fs)倍时：音乐片段音调变得尖而细，语速变快，播放时间变短；
抽样频率增加，抽样点数不变时，其分辨力下降，记录长度变短，声音失真。

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；
③播放减抽样音乐信号，注意抽样率的改变，比较不同抽取间隔下的声音，解释现象。
上机程序：
[y,fs,bit]=wavread('Ido片段')
y1=y(:,1);
n1=length(y1);
tn1=(0:n1-1)/fs;
figure
subplot(2,1,1);
plot(tn1,y1);
ylabel('幅度');
xlabel('时间（s）');
title('原信号波形');
wn1=2/n1*[0:n1-1];
Y1=fft(y1);
subplot(2,1,2);
plot(wn1,abs(Y1));
title('原信号频谱');
xlabel('数字角频率w');
ylabel('幅度');
gridon;
D=2;%设置抽样间隔
y2=y1(1:D:n1);%减抽样
n2=length(y2);%减抽样后信号长度
t2=(0:n2-1)/fs;%设置横坐标
figure
subplot(2,1,1);
plot(t2,y2);%绘制减抽样信号波形图
ylabel('幅度');
xlabel('时间（s）');
title('2:1减抽样信号波形');
Y2=fft(y2);%对y2进行n2点fft谱分析
w2=2/n2*[0:n2-1];
subplot(2,1,2);
plot(w2,