数据的采集与语音信号的频谱分析
声音信号的频谱分析与频率测量方法
声音信号的频谱分析与频率测量方法声音是我们日常生活中不可或缺的一部分，我们通过声音来交流、表达情感，甚至通过声音来判断事物的性质。
然而，声音是如何产生的？我们如何对声音进行分析和测量呢？本文将介绍声音信号的频谱分析与频率测量方法。
声音信号是由空气中的振动引起的，当物体振动时，会产生压力波，通过空气传播出去，我们就能听到声音。
声音信号可以通过振动的频率和振幅来描述，其中频率是指振动的周期性，而振幅则是指振动的强度。
频谱分析是一种将声音信号分解成不同频率成分的方法。
它可以帮助我们了解声音信号的频率分布情况，从而更好地理解声音的特性。
频谱分析的基本原理是将声音信号转换为频域表示，即将信号从时域转换为频域。
这可以通过傅里叶变换来实现。
傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法。
它将信号分解成一系列正弦波的叠加，每个正弦波都有不同的频率和振幅。
通过傅里叶变换，我们可以得到声音信号的频谱图，从而了解声音信号中不同频率成分的贡献程度。
频谱图通常以频率为横轴，振幅或能量为纵轴，通过不同的颜色或灰度表示不同频率成分的强度。
频谱图可以直观地展示声音信号的频率分布情况，帮助我们分析声音的特性。
例如，在音乐领域，频谱分析可以用来研究音乐的音色特点，判断乐器的类型等。
除了频谱分析，频率测量是对声音信号进行定量分析的重要方法。
频率是声音信号中最基本的特征之一，它决定了声音的音调高低。
频率测量可以通过多种方法实现，其中一种常用的方法是自相关法。
自相关法是一种基于信号自身的周期性特点进行频率测量的方法。
它通过计算信号与自身的延迟版本之间的相似程度来确定信号的周期性。
具体而言，自相关法将信号与其自身进行延迟，然后计算它们之间的相关性。
通过寻找最大相关性的延迟值，我们可以得到信号的主要频率成分。
除了自相关法，还有一些其他的频率测量方法，如峰值检测法、零交叉法等。
这些方法在不同的应用场景下有着各自的优势和适用性。
例如，峰值检测法适用于测量周期性信号的频率，而零交叉法适用于测量非周期性信号的频率。
语音信号的采集与分析
南昌工程学院《语音信号的采集与分析》课程设计题目语音信号的采集与分析课程名称语音信号处理系院信息工程学院专业通信工程班级 10通信工程2班学生姓名刘敏学号 2010103362设计地点电子信息楼指导教师邹宝娟设计起止时间：2013年12月9日至2013年12月20日目录一、需求分析 (4)1.1选题背景及意义 (4)1.2设计要求 (4)二、系统总体设计 (4)2.1 系统设计思路 (4)2.2 功能结构图及功能说明 (4)2.3 工作原理 (6)三、系统详细设计 (6)3.1 语音信号的matlab仿真的数据分析 (6)3.2 程序代码分析 (12)四、调试与维护 (14)4.1 调试过程的问题与维护 (14)五、结束语 (15)六、参考文献 (16)七、指导教师评阅（手写） (17)一、需求分析1.1选题背景及意义该设计主要是介绍语音信号的采集与分析方法，通过PC机录制自己的一段声音，运用Matlab提供的函数进行仿真分析，并画出采样后语音信号的时域波形和频谱图，对所采集的语音信号加入干扰随机高斯噪声，对加入噪声的信号进行播放，并进行时域和频谱分析；对比加噪前后的时域图和频谱图，分析讨论采用什么样的滤波器进行滤除噪声。
1.2设计要求(1)通过PC机录制自己的一段声音“南昌工程学院刘敏”；(2)运用MATLAB中信号处理相关的函数对语音信号进行时域、频域上的分析，如短时能量，短时平均过零率，语谱图等；(3)运用MATLAB对语音信号进行综合与分析，包括语音信号的调制，叠加，和滤波等。
二、系统总体设计2.1 系统设计思路系统的整体设计思路包括语音信号的录制，语音信号的采集，语音信号的分析，其中语音信号的分析又包括了语音信号的时域分析和频域分析，语音信号的加噪处理和滤噪设计分析。
2.2 功能结构图及功能说明实际工作中，我们可以利用windows自带的录音机录制语音文件，声卡可以完成语音波形的A/D转换，获得WAVE文件，为后续的处理储备原材料。
语音信号的采集与频谱分析(附代码)
《信号与系统》大作业语音信号的采集与频谱分析——基于Matlab的语音信号处理学生姓名：学号：专业班级：电子工程学院卓越班指导老师：2015年6月22日摘要本设计用苹果手机自带的录音设备采集了原始语音，并导入了电脑转成wav格式，然后用MATLAB和Adobe audition对其进行时域分析。
接着利用傅里叶变换进行了频域分析，绘制频谱图，再录制一段加上歌曲的伴奏的语音与原唱进行了对比分析，得出了我与歌星在频域上的差别。
本设计给信号加了两种噪声并通过观察加噪后的频谱和试听回放效果比较加噪前后的差别，最后，设计了FIR数字低通滤波器和带通滤波器，分析滤波前后的频谱。
再次试听回放效果，得出结论。
关键词：语音、FFT、频谱图、噪声、滤波器AbstractThis design is based on the general function of Matlab and Adobe edition to deal with Audio signals. The original signals are collected by iPhone’s built-in recording equipment.First，I compare the file generated by myself with that of thesame song sang by a famous singer.The emphasis is generally laid on analysing the difference in frequncy domain,but time domain will be included too.After that,two noise signals are added to the original signal respectively and let them pass a filter to analyse it.In the two process mentioned before,I make comparison between the before and after frequency domain.Sampling Theorem is the base of my design.It is by sampling we can get discrete signals from the original one and draw the image in time domain.Also,fast fourier transform is employed(FFT)to get the signals in frequency domain.The ayalysis of frequency domain is the highlight of this design.Through this design,I can deepen my comprehension of principles of audio signals and I have learnt how to deal with it.Through met with much hindrance,I improved my skills finally.Keywords： audio signal、TTT、noise、filter1 绪论1.1课题的研究意义语音信号处理属于信息科学的一个重要分支，它是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门新兴学科，同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科，因此我们进行语言信号处理具有时代的意义。
语音信号的频域分析概述
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2021年12月8日星期三
从广义上讲，语音信号的频域分析包括语音信号的 频谱、频谱包络、功率谱、倒频谱等。常用的频域分析 方法有带通滤波器组法、傅里叶变换法、线性预测法等 几种。本节介绍语音信号的傅里叶分析法。
短时傅里叶变换最重要的应用是语音分析与合成系 统，因为由短时博里叶变换可以精确地恢复语音波形。
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2021年12月8日星期三语音信号及单片机处理语音信号及单片机处理
语音信号的频域分析概述
在语音信号处理中，傅里叶表示一直起主要作用。 其原因在于：一方面，稳态语音的生成模型由线性系统 组成，此系统由一个随时间周期变化或随机变化的源所 激励，因而系统输出频谱反映了激励与声道频率响应特 性；另一方面，语音信号的频谱具有非常明显的语言声 学意义，可以获得某些重要的语音特征(如共振峰频率 和带宽等)。
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2021年12月8日星期三
语音信号是非平稳信号，其非平稳性是由发音器官 的物理运动过程而产生的。这个运动过程与声波振动 的速度比起来要缓慢得多，因此可以假定它在10～30 ms这样短的时间段内是平稳的。所以对语音信号处理 来说，短时分析的方法是有效的。短时分析应用于频 域分析就是短时傅里叶变换，相应的频谱称为“短时 谱”，即有限长度的傅里叶变换。
语音信号采集与时频域分析正文
第一章引言语音信号是一种非平稳的时变信号，它携带着各种信息。
在语音编码、语音合成、语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提取语音中包含的各种信息。
语音信号分析的目的就在与方便有效的提取并表示语音信号所携带的信息。
语音信号分析可以分为时域和频域等处理方法。
语音信号可以认为在短时间内(一般认为在 10~30ms 的短时间内)近似不变，因而可以将其看作是一个准稳态过程, 即语音信号具有短时平稳性。
任何语音信号的分析和处理必须建立在“短时”的基础上, 即进行“短时分析”。
时域分析:直接对语音信号的时域波形进行分析，提取的特征参数有短时能量，短时平均过零率，短时自相关函数等。
频域分析:对语音信号采样，并进行傅里叶变换来进行频域分析。
主要分析的特征参数：短时谱、倒谱、语谱图等。
本文采集作者的声音信号为基本的原始信号。
对语音信号进行时频域分析后，进行加白噪声处理并进行了相关分析，设计滤波器并运用所设计的滤波器对加噪信号进行滤波, 绘制滤波后信号的时域波形和频谱。
整体设计框图如下图所示：图1.1时频域分析设计图图1.2加噪滤波分析流程图第二章 语音信号时域分析语音信号的时域分析可直接对语音信号进行时域波形分析，在此只只针对语音信号的短时能量、短时平均过零率、短时自相关函数进行讨论。
2.1窗口选择由人类的发生机理可知，语音信号具有短时平稳性，因此在分析讨论中需要对语音信号进行加窗处理进而保证每个短时语音长度为10~30ms 。
通常选择矩形窗和哈明窗能得到较理想的“短时分析”设计要求。
两种窗函数的时域波形如下图2.1所示：samplew （n ）samplew （n ）图2.1 矩形窗和Hamming 窗的时域波形矩形窗的定义：一个N 点的矩形窗函数定义为如下{1,00,()n Nw n ≤<=其他（2.1）哈明窗的定义：一个N 点的哈明窗函数定义为如下0.540.46cos(2),010,()n n NN w n π-≤<-⎧⎨⎩其他= （2.2）这两种窗函数都有低通特性，通过分析这两种窗的频率响应幅度特性可以发现（如图2.2）：矩形窗的主瓣宽度小（4*pi/N ），具有较高的频率分辨率，旁瓣峰值大（-13.3dB ），会导致泄漏现象；哈明窗的主瓣宽8*pi/N ，旁瓣峰值低（-42.7dB ），可以有效的克服泄漏现象，具有更平滑的低通特性。
“数字信号处理”课程综合性实验教学探索
“数字信号处理”课程综合性实验教学探索发布时间：2021-03-30T05:51:55.569Z 来源：《科技新时代》2021年1期作者：张湃[导读] 数字信号处理课程为通信及电子信息专业学生解决复杂工程问题提供理论基础，在理论课程结束后，开展综合性实验教学能够促进学生对知识的理解，提高其解决问题能力。
(唐山学院智能与信息工程学院，河北唐山063000 )摘要：数字信号处理课程为通信及电子信息专业学生解决复杂工程问题提供理论基础，在理论课程结束后，开展综合性实验教学能够促进学生对知识的理解，提高其解决问题能力。
本文设计了“数字信号处理”课程综合性实验教学——“语音信号处理与滤波分析”。
该综合性实验通过对语音信号的处理与滤波，将快速傅里叶变换、常用滤波器的设计等理论问题引入到实验中，能够帮助学生通过将理论知识转化为实践，锻炼和培养了学生的工程意识，以及解决综合性工程问题的能力。
关键字：数字信号处理；综合性实验；滤波器前沿：数字信号处理课程是通信及电子信息专业一门重要的专业基础课程。
该课程可为后续课程DSP处理、通信原理、多媒体数字技术等课程打下良好的基础「1-2」。
由于该课程思维新颖，理论难度较大，不少学生在学习中遇到瓶颈，因此该门课程期末考核通过率较低。
为进一步帮助学生加深对“数字信号处理”课程理论知识的掌握，提高其解决实际问题的能力，提出了“数字信号处理”课程综合性实验教学——“语音信号处理与滤波分析”。
采用FIR窗函数法设计滤波器，并对语音信号进行处理，得出不同滤波器下信号对应的频率响应；并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号。
综合运用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，并利用MATLAB作为工具进行实现「3」。
一、设计要求：（1）语音信号的采集熟悉并掌握MATLAB中有关声音（wave）录制、播放、存储、和读取的函数，在MATLAB环境中，使用声音相关函数录制6-8秒音乐的声音。
语音信号采样和频谱分析
语音信号采样和频谱分析一．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;二．实验内容本实验利用MATLAB指令录制一段语音信号,观察其时域波形并进行傅里叶变换,观察其频域的频谱;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,并了解MATLAB对声音信号的处理指令,加深对采样定理的理解;关键词：傅里叶变换信号采样三、实验原理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用计算机的声音编辑工具,先进行语音采样,然后利用了计算机上的A/D转换器,将模拟的声音信号变成离散的量化了的数字信号量化和编码,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,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 2应用MATLAB 进行声音的播放 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; 对于连续时间信号)(t f ,其傅里叶变换)(ωF 为：⎰∞∞--=dt e t f F t j ωω)()( 四、实验任务1应用MATLAB 进行声音的录制在MATLAB 命令窗口中键入“y=wavrecord8000,8000,1”,并按回车键,此时刻以后的18000/8000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;纪录长度为80000,采样频率为8000Hz,声道数为1;图为录制的语音：“信号与系统”;2应用MATLAB 进行声音的播放在MATLAB 命令窗口中键入“soundy,Fs ”,按下回车键就能听到回放的声音;当Fs=8000时,听到的是原来未失真的声音；当Fs=6000时,听到的声音比较低沉；当Fs=10000时,听到的声音很尖锐;3语音信号的频谱分析在MATLAB 命令窗口中键入“p=ffty;plotabsp ”按下回车键后出现如图所示图形： 从图中可以看出该音频的上限频率为4000Hz;4采样定理一个频谱受限的信号ft,如果频谱只占据m m ωω+-~的范围,则信号)(t f 可以用等间隔的抽样值唯一地表示;而抽样间隔必须不大于mf 21其中m m f ⋅=πω2,或者说,最低抽样频率为m f 2;低抽样频率为m f 2;该实验中,音频的上限频率为4000Hz,所以采用的抽样信号的频率为该频率的两倍8000Hz;当采用小于8000Hz 的频率抽样时,回放声音低沉；当采用大于8000Hz的频率采样时,回放声音尖锐; 结论：本次试验是进行语音信号的采集和频谱分析,实验纪录了长度为80000,采样频率为8000Hz采样一段音频,并进行频谱分析,最终经过分析得只有以两倍上限频率回放音频时才会得到原音频信号,否则都会失真;本次试验不仅学习到了新知识,而且复习到了抽样定理的许多内容,加深了对这些内容的理解,受益很多。
实验二 用FFT分析语音信号的频谱
实验二用FFT分析语音信号的频谱
一、实验目的
1、分析实际工程中一个语音信号的频谱。
2、掌握FFT反变换的意义。
二、实验内容
1、实际中通过一个语音信号进行采样，获得数字信号对频谱信号进行FFT进行
分析。
2、去除频谱中幅值小于1的系数进行反变换，重构原来语音进行对比分析。
3、
三、实验用设备仪器及材料
P4计算机MATLAB软件
四、实验原理
实验程序如下：
[x,f,n,o]=wavread(‘bird.wav’);
subplot(2,2,1);plot(x);title(‘原始语音信号’)；
y=fft(x);subplot(2,2,2);plot(abs(y));title(‘FFT变换’)；
y(abs(y)<1)=0;x=ifft(y);
subplot(2,2,3);plot(abs(y));title(‘去掉幅值小于1的FFT变换值’)；
subplot(2,2,4);plot(real(x));title(‘重构语音信号’)；
wavwrite(x,f,’bird1.wav’);
五、实验步骤和及方法
1、对一个语音进行FFT，画出其频谱。
2、去掉幅值小于1的系数，进行傅立叶变换。
3、给出一个语音信号，用MATLAB进行FFT分析。
六、实验报告要求
1、对FFT变换及IFFT有一定的认识。
2、了解数据压缩的意义。
3、画出语音信号时频图、及重构语音图。
音乐信号频谱分析
利用双线性变换设 计IIR滤波器( 巴特 沃斯数字低通滤波 器的设计)"，首先 要设计出满足指标
要求的模拟滤波器 的传递函数Ha(s), 然后由Ha(s)通过双 线性变换可得所要 设计的IIR滤波器的
系统函数H(z)
如果给定的指标为 数字滤波器的指标， 则首先要转换成模 拟滤波器的技术指 标，这里主要是边 界频率Wp和Ws的转 换，对ap和as指标
2.语音信号的采集
但过高的采样频率并不可取，对固定长 度(T)的信号，采集到过大的数据量 (N=T/△t)，给计算机增加不必要的计算 工作量和存储空间
若数据量(N)限定，则采样时间过短，会 导致一些数据信息被排斥在外
采样频率过低，采样点间隔过远，则离 散信号不足以反映原有信号波形特征， 无法使信号复原，造成信号混淆
3.低通滤波器的设计
plot(x2)
subplot(2,1,2)
title('IIR低通滤波器 滤波后的时域波形')
%画出滤波前的时域图 plot(fl) sound(fl, 44100)
title('IIR低通滤波器 滤波前的时域波形')
%画出滤波后的时域图
%播放滤波后的信号
3.低通滤波器的设计
1 散的数字语音信号
采样也称抽样，是信号在时间上的离散化，即按照一定时间间隔△t在模拟信号x(t)上逐点采取其瞬时
2值
采样时必须要注意满足奈奎斯特定理，即采样频率fs必须以高于受测信号的最高频率两倍以上的速度进
3 行取样，才能正确地重建波它是通过采样脉冲和模拟信号相乘来实现的 4 在采样的过程中应注意采样间隔的选择和信号混淆：对模拟信号采样首先要确定采样间隔 5 如何合理选择△t涉及到许多需要考虑的技术因素 6 一般而言，采样频率越高，采样点数就越密，所得离散信号就越逼近于原信号
最新语音信号处理实验报告实验二
最新语音信号处理实验报告实验二实验目的：本实验旨在通过实际操作加深对语音信号处理理论的理解，并掌握语音信号的基本处理技术。
通过实验，学习语音信号的采集、分析、滤波、特征提取等关键技术，并探索语音信号处理在实际应用中的潜力。
实验内容：1. 语音信号采集：使用语音采集设备录制一段时长约为10秒的语音样本，确保录音环境安静，语音清晰。
2. 语音信号预处理：对采集到的语音信号进行预处理，包括去噪、归一化等操作，以提高后续处理的准确性。
3. 语音信号分析：利用傅里叶变换等方法分析语音信号的频谱特性，观察并记录基频、谐波等特征。
4. 语音信号滤波：设计并实现一个带通滤波器，用于提取语音信号中的特定频率成分，去除噪声和非目标频率成分。
5. 特征提取：从处理后的语音信号中提取关键特征，如梅尔频率倒谱系数（MFCC）等，为后续的语音识别或分类任务做准备。
6. 实验总结：根据实验结果，撰写实验报告，总结语音信号处理的关键技术和实验中遇到的问题及其解决方案。
实验设备与工具：- 计算机一台，安装有语音信号处理相关软件（如Audacity、MATLAB 等）。
- 麦克风：用于采集语音信号。
- 耳机：用于监听和校正采集到的语音信号。
实验步骤：1. 打开语音采集软件，调整麦克风输入设置，确保录音质量。
2. 录制语音样本，注意控制语速和音量，避免过大或过小。
3. 使用语音分析软件打开录制的语音文件，进行频谱分析，记录观察结果。
4. 设计带通滤波器，设置合适的截止频率，对语音信号进行滤波处理。
5. 应用特征提取算法，获取语音信号的特征向量。
6. 分析滤波和特征提取后的结果，评估处理效果。
实验结果与讨论：- 描述语音信号在预处理、滤波和特征提取后的变化情况。
- 分析实验中遇到的问题，如噪声去除不彻底、频率成分丢失等，并提出可能的改进措施。
- 探讨实验结果对语音识别、语音合成等领域的潜在应用价值。
结论：通过本次实验，我们成功实现了语音信号的基本处理流程，包括采集、预处理、分析、滤波和特征提取。
语音信号处理 实验报告
实验一、语音信号采集与分析一、实验目的：1）了解语音信号处理基本知识：语音信号的生成的数学模型。
2）在理论学习的基础上，进一步地理解和掌握语音信号的读入、回放、波形显示。
语音信号时域和频域分析方法。
二、实验原理一定时宽的语音信号，其能量的大小随时间有明显的变化。
其中清音段（以清音为主要成份的语音段），其能量比浊音段小得多。
短时过零数也可用于语音信号分析中，发浊音时，其语音能量约集中于3kHz以下，而发清音时，多数能量出现在较高频率上，可认为浊音时具有较低的平均过零数，而清音时具有较高的平均过零数，因而，对一短时语音段计算其短时平均能量及短时平均过零数，就可以较好地区分其中的清音段和浊音段，从而可判别句中清、浊音转变时刻，声母韵母的分界以及无声与有声的分界。
这在语音识别中有重要意义。
FFT在数字通信、语音信号处理、图像处理、匹配滤波以及功率谱估计、仿真、系统分析等各个领域都得到了广泛的应用。
本实验通过分析加噪的语音信号频谱，可以作为分离信号和噪声的理论基础。
三、实验内容：Matlab编程实验步骤：1．新建M文件，扩展名为“.m”，编写程序；2．选择File/Save命令，将文件保存在F盘中；3．在Command Window窗中输入文件名，运行程序；程序一、用MATLAB对原始语音信号进行时域分析，分析短时平均能量及短时平均过零数。
程序二、用MATLAB对原始语音信号进行频域分析，画出它的时域波形和频谱给原始的语音信号加上一个高频余弦噪声，频率为5kHz。
画出加噪后的语音信号时域和频谱图。
程序1.a=wavread(' D:\II.wav'); %读取语音信号的数据，赋给变量x1，这里的文件的全路径和文件名由个人设计n=length(a);N=320;subplot(3,1,1),plot(a);h=linspace(1,1,N);%形成一个矩形窗，长度为NEn=conv(h,a.*a);%求卷积得其短时能量函数Ensubplot(3,1,2),plot(En);for i=1:n-1if a(i)>=0b(i)= 1;elseb(i) = -1;endif a(i+1)>=0b(i+1)=1;elseb(i+1)=-1;endw(i)=abs(b(i+1)-b(i));end%求出每相邻两点符号的差值的绝对值k=1;j=0;while (k+N-1)<nZm(k)=0;for i=0:N-1;Zm(k)=Zm(k)+w(k+i);endj=j+1;k=k+160; %每次移动半个窗endfor w=1:jQ(w)=Zm(160*(w-1)+1)/640;%短时平均过零率endsubplot(3,1,3),plot(Q);实验结果打印粘贴到右侧：程序2:fs=22050; %语音信号采样频率为22050x1=wavread('D:\II.wav'); %读取语音信号的数据，赋给变量x1sound(x1,22050); %播放语音信号f=fs*(0:511)/1024;t=0:1/22050:(size(x1)-1)/22050; %将所加噪声信号的点数调整到与原始信号相同Au=0.03;d=[Au*cos(2*pi*5000*t)]'; %噪声为5kHz的余弦信号x2=x1+d;sound(x2,22050); %播放加噪声后的语音信号y2=fft(x2,1024); %对信号做1024点FFT变换figure(1)subplot(2,1,1);plot(x1) %做原始语音信号的时域图形title('原始语音信号');xlabel('time n');ylabel('幅值 n');subplot(2,1,2);plot(t,x2)title('加噪后的信号');xlabel('time n');ylabel('幅值 n');figure(2)subplot(2,1,1);plot(f,abs(x1(1:512)));title('原始语音信号频谱');xlabel('Hz');ylabel('幅值');subplot(2,1,2);plot(f,abs(y2(1:512)));title('加噪后的信号频谱');xlabel('Hz'); ylabel('幅值');实验结果打印粘贴到右侧：050010001500200025003000350040004500原始语音信号time n幅值 n加噪后的信号time n幅值 n020004000600080001000012000原始语音信号频谱Hz幅值加噪后的信号频谱Hz幅值四、实验分析加入噪声后音频文件可辨性下降，波形的平缓，频谱图上看，能量大部分集中在2000HZz到4000Hz之间。
语音的频率、频率分辨率、采样频率、采样点数、量化、增益
语⾳的频率、频率分辨率、采样频率、采样点数、量化、增益语⾳的频率、频率分辨率、采样频率、采样点数、量化、增益采样采样频率 每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数。
⽤Hz表⽰，采样频率的倒数是采样周期，即采样之间的时间间隔。
通俗的讲：采样频率是指计算机每秒钟采集的多少声⾳样本。
采样频率越⾼，即采样的间隔时间越短，则在单位时间内计算机得到的声⾳样本数据就越多，对声⾳波形的表⽰也越精确。
采样定理 也称作奈奎斯特采样定理，只有采样频率⾼于声⾳信号最⾼频率的两倍时，才能把数字信号表⽰的声⾳还原成为原来的声⾳。
所以采样定理确定了信号最⾼最⾼的频率上限，或能获取连续信号的所有信息的采样频率的下限。
举例：如果有⼀个20Hz的语⾳和⼀个20KHz的语⾳，我们以44.1KHz的采样率对语⾳进⾏采样，结果：20Hz语⾳每次振动被采样了40K20=200040K20=2000次；20KHz语⾳每次振动被采样了40K20K=240K20K=2次；所以在相同的采样率下，记录低频的信息远远⽐⾼频的详细。
上采样可以理解为信号的插值，下采样可以理解为信号的抽取。
带宽：采样频率的⼀半，最⾼频率等于采样频率的⼀半。
混叠 混叠也称为⽋采样，当采样频率⼩于最⼤截⽌频率两倍（奈奎斯特频率）的时候就会发⽣信号重叠，这⼀现象叫做混叠。
为了避免混叠现象，通常采⽤两种措施：1、提⾼采样频率，达到信号最⾼频率的两倍以上；2、输⼊信号通过抗混叠滤波器(低通滤波器)进⾏滤波处理，过滤掉频率⾼于采样率⼀半的信号。
语谱图和频谱图语⾳波形图 波形图表⽰语⾳信号的响度随时间变化的规律，横坐标表⽰时间，纵坐标表⽰声⾳响度，我们可以从时域波形图中观察语⾳信号随时间变化的过程以及语⾳能量的起伏频谱图 频谱图表⽰语⾳信号的功率随频率变化的规律，信号频率与能量的关系⽤频谱表⽰，频谱图的横轴为频率，变化为采样率的⼀半（奈奎斯特采样定理），纵轴为频率的强度（功率），以分贝（dB）为单位语谱图 横坐标是时间，纵坐标是频率，坐标点值为语⾳数据能量，能量值的⼤⼩是通过颜⾊来表⽰的，颜⾊越深表⽰该点的能量越强。
语音信号处理实验指导书
语音信号处理实验指导书实验一：语音信号的采集与播放实验目的：了解语音信号的采集与播放过程，掌握采集设备的使用方法。
实验器材：1. 电脑2. 麦克风3. 扬声器或者耳机实验步骤：1. 将麦克风插入电脑的麦克风插孔。
2. 打开电脑的录音软件（如Windows自带的录音机）。
3. 在录音软件中选择麦克风作为录音设备。
4. 点击录音按钮开始录音，讲话或者唱歌几秒钟。
5. 点击住手按钮住手录音。
6. 播放刚刚录制的语音，检查录音效果。
7. 将扬声器或者耳机插入电脑的音频输出插孔。
8. 打开电脑的音频播放软件（如Windows自带的媒体播放器）。
9. 选择要播放的语音文件，点击播放按钮。
10. 检查语音播放效果。
实验二：语音信号的分帧与加窗实验目的：了解语音信号的分帧和加窗过程，掌握分帧和加窗算法的实现方法。
实验器材：1. 电脑2. 麦克风3. 扬声器或者耳机实验步骤：1. 使用实验一中的步骤1-5录制一段语音。
2. 将录制的语音信号进行分帧处理。
选择合适的帧长和帧移参数。
3. 对每一帧的语音信号应用汉明窗。
4. 将处理后的语音帧进行播放，检查分帧和加窗效果。
实验三：语音信号的频谱分析实验目的：了解语音信号的频谱分析过程，掌握频谱分析算法的实现方法。
实验器材：1. 电脑2. 麦克风3. 扬声器或者耳机实验步骤：1. 使用实验一中的步骤1-5录制一段语音。
2. 将录制的语音信号进行分帧处理。
选择合适的帧长和帧移参数。
3. 对每一帧的语音信号应用汉明窗。
4. 对每一帧的语音信号进行快速傅里叶变换（FFT）得到频谱。
5. 将频谱绘制成图象，观察频谱的特征。
6. 对频谱进行谱减法处理，去除噪声。
7. 将处理后的语音帧进行播放，检查频谱分析效果。
实验四：语音信号的降噪处理实验目的：了解语音信号的降噪处理过程，掌握降噪算法的实现方法。
实验器材：1. 电脑2. 麦克风3. 扬声器或者耳机实验步骤：1. 使用实验一中的步骤1-5录制一段带噪声的语音。
MATLAB处理语音信号
MATLAB处理语⾳信号⼀、实验项⽬名称语⾳信号的处理⼆、实验⽬的综合运⽤数字信号处理课程的理论知识进⾏频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，并进⾏计算机仿真，从⽽复习巩固了课堂所学的理论知识，提⾼了对所学知识的综合应⽤能⼒。
三、实验内容1. 语⾳信号的采集2. 语⾳信号的频谱分析3. 设计数字滤波器和画出频率响应4. ⽤滤波器对信号进⾏滤波5. ⽐较滤波前后语⾳信号的波形及频谱6. 回放语⾳信号四、实验具体⽅案1.语⾳信号采集录制⼀段语⾳信号并保存为⽂件，长度控制在1秒，并对录制的信号进⾏采样；录制时使⽤Windows⾃带的录⾳机。
采样是将⼀个信号（即时间或空间上的连续函数）转换成⼀个数值序列（即时间或空间上的离散函数）。
采样定理指出，如果信号是带限的，并且采样频率⾼于信号带宽的两倍，那么，原来的连续信号可以从采样样本中完全重建出来。
如果信号带宽不到采样频率的⼀半（即奈奎斯特频率），那么此时这些离散的采样点能够完全表⽰原信号。
⾼于或处于奈奎斯特频率的频率分量会导致混叠现象。
⼤多数应⽤都要求避免混叠，混叠问题的严重程度与这些混叠频率分量的相对强度有关。
⽤Windows⾃带录⾳机录⼊⼀段⾳乐，2秒钟，⽤audioread读取⾳频内容，这⾥不使⽤waveread是因为他要求⾳频⽂件格式为.wav ,并且我进⾏了尝试但没有成功，画出⾳频信号的时域波形图[y1,fs]=audioread('F:\MATLAB\ren.m4a');figure(1);plot( y1 );title('Ô原语⾳信号时域波形图');xlabel('单位');ylabel('幅度');2.语⾳信号频谱分析⾸先画出语⾳信号的时域波形，然后对语⾳信号进⾏频谱分析。
在matlab中利⽤fft对信号进⾏快速傅⾥叶变换，得到信号的频谱特性。
Matlab的信号处理⼯具箱中的函数FFT可⽤于对序列的快速傅⾥叶变换分析，其调⽤格式是y=fft(x,N)，其中，x是序列，y是序列的FFT变换结果，N为整数，代表做N点的FFT，若x为向量且长度⼩于N，则函数将x补零⾄长度N；若向量x长度⼤于N，则截断x使之长度为N。
浅析语音信号频谱分析方法
浅析语音信号频谱分析方法摘要：语音信号的频域分析就是分析语音信号的频域持征。
从广义上讲，语音信号的频域分析包括语音信号的频谱、功率谱、倒频谱、频谱包络分析等，而常用的频域分析方法有带通滤波器组法、傅里叶变换法、线件预测法等几种。
下面着重介绍前两种分析方法。
关键词：频谱分析、带通滤波器组法、傅里叶变换法傅里叶分析法因为语音波是一个非平稳过程，因此适用于周期、瞬变或平稳随机信号的标准傅里叶变换不能用来直接表示语音信号，而应该用短时傅里叶变换对语音信号的频谱进行分析，相应的频谱称为“短时谱”。
利用短时博里叶变换求语音的短时谱对第n 帧语音信号Xn(m)进行傅里叶变换(离散时域傅里叶变换，DTFT)，可得到短时傅里叶变换，其定义如下：10()()N j w j w n n n m X e x m e --==∑(3-7)由定义可知，短时傅里叶变换实际就是窗选语音信号的标准傅里叶变换。
这里，窗w(n-m)是一个“滑动的”窗口，它随n 的变化而沿着序列X(n)滑动。
由于窗口是有限长度的，满足绝对可和条件，所以这个变换是存在的。
当然窗口函数不同，博里叶变换的结果也将不同。
设语音信号序列和窗口序列的标准傅早叶变换均存在。
当n 取固定值时，w(n-m)的傅里叶变换为：()()jw n jw n jw m w n m e e W e ∞---=-∞-=⋅∑(3-8)根据卷积定理，有：()()()jw jw jwn jw n X e X e e W e --⎡⎤=⋅⋅⎣⎦ (3-9) 因为上式右边两个卷积项均为关于角频率w 的以2π为周期的连续函数，所以也可将其写成以下的卷积积分形式：()-1()()()2jw j jn j w n X e W e e X e d θθθθ∏+∏⎡⎤⎡⎤=⋅⎣⎦⎣⎦∏⎰ （3-10） 即，假设x(m)的DTFT 是()jw X e ，且()w m 的DTFT 是()jw W e ，那么()jw n X e 是()jw X e 和()jw W e 的的周期卷积。
语音信号的频谱分析实验报告
综合设计实验语音信号的频谱分析一、实验内容录制一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；在语音信号中增加正弦噪声信号(自己设置几个频率的正弦信号)，对加入噪声信号后的语音信号进行频谱分析；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换设计数字滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比试听，分析信号的变化。
二、实现步骤1．语音信号的采集利用Windows下的录音机，录制一段自己的话音（“信号与系统”），时间在3s内。
然后在Matlab软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，采样频率设置为4kHz。
[y,fs,bits]=wavread('j.wav',[1024 63500]);sound(y,fs,bits);2．语音信号的频谱分析要求首先画出语音信号的时域波形；然后对语音号进行傅里叶变换，得到信号的频谱特性。
在采集得到的语音信号中加入正弦噪声信号（频率为10kHz），然后对加入噪声信号后的语音号进行傅里叶变换，得到信号的频谱特性。
并利用sound试听前后语音信号的不同。
3. 设计滤波器设计一个理想低通滤波器，滤除正弦噪声信号，得到信号的频谱特性。
要求采样卷积计算的方式滤除噪声，并利用sound试听滤波前后语音信号的不同。
1、语音信号的采集[y,fs,bits]=wavread('j.wav',[1024 63500]);sound(y,fs,bits);2、语音信号的频谱分析Y=fft(y,4096);figure(1);plot(y);title('语音信号的时域波形');figure(2);plot(abs(Y));title('语音信号的频谱特性');IIR 数字滤波器低通clear;close all;[y,fs,bits]=wavread('j.wav',[1024 63500]);Y=fft(y,4096);fb=1000;fc=1200;As=100;Ap=1;fs=22050;wc=2*fc/fs; wb=2*fb/fs;[n,wn]=ellipord(wc,wb,Ap,As);[b,a]=ellip(n,Ap,As,wn);figure(1);freqz(b,a,512,fs);x=filter(b,a,y);X=fft(x,4096);figure(2);subplot(2,2,1);plot(y);title('滤波前信号波形');subplot(2,2,2);plot(abs(Y));title('滤波前信号频谱');Subplot(2, 2 ,3);plot(x);title('滤波后信号波形');Subplot(2, 2 ,4);plot(abs(X));title('滤波后信号频谱');sound(x,fs,bits);IIR 高通wp=2*pi*4800/18000;wr=2*pi*5000/18000;Ap=1;Ar=15;T=1[N,wn]=buttord(wp/pi,wr/pi,Ap,Ar);[b,a]=butter(N,wn,'high');[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(b,a);subplot(211);plot(w/pi,mag);title('数字巴特沃茨高通滤波器幅度响应|Ha(J\Omega)|'); subplot(212);plot(w/pi,db);title('数字巴特沃茨高通滤波器幅度响应(db)');[y,Fs,nbite]=wavread('j.wav',[1024 63500]);Y=fft(y,4096);x=filter(b,a,y);X=fft(x,4096);figure(3)subplot(211);plot(y);title('原时域波形');subplot(212);plot(x);title('滤波后信号波形');figure(4)subplot(211);plot(abs(Y));title('原频谱频谱');subplot(212);plot(abs(X));title('滤波后信号频谱');sound(x,Fs);IIR 带通wp=[1200*pi*2/9000,3000*2*pi/9000];wr=[1000*2*pi/9000,3200*2*pi/9000];Ap=1;Ar=10 0;[N,wn]=buttord(wp/pi,wr/pi,Ap,Ar);[b,a]=butter(N,wn,'bandpass');[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(b,a);subplot(211);plot(w/pi,mag);title('数字巴特沃茨带通滤波器幅度响应|Ha(J\Omega)|');subplot(212);plot(w/pi,db);title('数字巴特沃茨带通滤波器幅度响应(db)');[y,Fs,nbite]=wavread('j.wav');Y=fft(y,4096);x=filter(b,a,y);X=fft(x,4096);figure(3)subplot(211);plot(y);title('原时域波形');subplot(212);plot(x);title('滤波后信号波形');figure(4)subplot(211);plot(abs(Y));title('原频谱频谱');subplot(212);plot(abs(X));title('滤波后信号频谱');sound(x,Fs);FIR 数字滤波器FIR 低通fsamp=8000;rp=1;rs=100;fcuts=[1000 1200];d1=(10^(rp/20)-1)/(10^(rp/20)+1);d2=10^(-rs/20);mags=[1 0];devs=[d1 d2];[n,wn,beta,ftype]=kaiserord(fcuts,mags,devs,fsamp); hh=fir1(n,wn,ftype,kaiser(n+1,beta),'noscale'); freqz(hh);[y,Fs,nbite]=wavread('j.wav');Y=fft(y,4096);x=fftfilt(hh,y);X=fft(x,4096);figure(2)subplot(211);plot(y);title('原时域波形');subplot(212);plot(x);title('滤波后信号波形'); figure(3)subplot(211);plot(abs(Y));title('原频谱频谱'); subplot(212);plot(abs(X));title('滤波后信号频谱'); sound(x,Fs);FIR 高通wc=2*pi*4800;wp=5000*2*pi/18000;f=[0.5333,0.5556]; m=[0,1];rp=1;rs=100;d1=(10^(rp/20)-1)/(10^(rp/20)+1);d2=10^(-rs/20); rip=[d2,d1];[N,fo,mo,w]=remezord(f,m,rip);N=N+2;hn=remez(N,fo,mo,w);[hw,w]=freqz(hn,1);plot(w/pi,20*log10(abs(hw)));[y,Fs,nbite]=wavread('j.wav');Y=fft(y,4096);x=fftfilt(hn,y);X=fft(x,4096);figure(2)subplot(211);plot(y);title('原时域波形');subplot(212);plot(x);title('滤波后信号波形');figure(3)subplot(211);plot(abs(Y));title('原频谱频谱');subplot(212);plot(abs(X));title('滤波后信号频谱');sound(x,Fs);FIR 带通wp1=2*pi*1200/8000;wp2=3000*2*pi/8000;wc1=2*pi*1000/8000;wc2=2*pi*3200*8000; f=[0.25,0.30,0.75,0.80][n,wn,bta,ftype]=kaiserord([0.25,0.30,0.75,0.80],[0 1 0],[0.01 0.1087 0.01]);h1=fir1(n,wn,ftype,kaiser(n+1,bta),'noscale');[hh1,w1]=freqz(h1,1,256);figure(1);plot(w1/pi,20*log10(abs(hh1)));grid;[y,Fs,nbite]=wavread('j.wav');Y=fft(y,4096);x=fftfilt(h1,y);X=fft(x,4096);figure(2)subplot(211);plot(y);title('原时域波形');subplot(212);plot(x);title('滤波后信号波形');figure(3)subplot(211);plot(abs(Y));title('原频谱频谱');subplot(212);plot(abs(X));title('滤波后信号频谱');sound(x,Fs);设计结果分析（1）语音分析图1图2Fs=22050； n=4096（2）IIR 低通图3滤波器在通带内平滑，通带截止频率为 1000hz，最大衰减 0dB；阻带起始频率为1200hz，最小衰减 100dB；相位不是线性变化, 基本满足性能要求.图4语音信号经过低通滤波器后，基本没发生变化（3） IIR 高通图5数字滤波器在通带内平滑，通带截止频率为0. 5π，最大衰减 0dB；阻带起始频率为 0. 48π，最小衰减 100dB；相位不是线性变化, 基本满足性能要求.语言信号经过高通滤波器后，低频分量基本被衰减。
语音信号实验报告
一、实验目的1. 理解语音信号的基本特性和处理方法。
2. 掌握语音信号的采样、量化、编码等基本过程。
3. 学习使用相关软件对语音信号进行时域和频域分析。
4. 了解语音信号的降噪、增强和合成技术。
二、实验原理语音信号是一种非平稳的、时变的信号，其频谱特性随时间变化。
语音信号处理的基本过程包括：信号采集、信号处理、信号分析和信号输出。
三、实验仪器与软件1. 仪器：计算机、麦克风、耳机。
2. 软件：Matlab、Audacity、Python。
四、实验步骤1. 信号采集使用麦克风采集一段语音信号，并将其存储为.wav格式。
2. 信号处理（1）使用Matlab读取.wav文件，提取语音信号的采样频率、采样长度和采样数据。
（2）将语音信号进行时域分析，包括绘制时域波形图、计算信号的能量和过零率等。
（3）将语音信号进行频域分析，包括绘制频谱图、计算信号的功率谱密度等。
3. 信号分析（1）观察时域波形图，分析语音信号的幅度、频率和相位特性。
（2）观察频谱图，分析语音信号的频谱分布和能量分布。
（3）计算语音信号的能量和过零率，分析语音信号的语音强度和语音质量。
4. 信号输出（1）使用Audacity软件对语音信号进行降噪处理，比较降噪前后的效果。
（2）使用Python软件对语音信号进行增强处理，比较增强前后的效果。
（3）使用Matlab软件对语音信号进行合成处理，比较合成前后的效果。
五、实验结果与分析1. 时域分析从时域波形图可以看出，语音信号的幅度、频率和相位特性随时间变化。
语音信号的幅度较大，频率范围一般在300Hz~3400Hz之间，相位变化较为复杂。
2. 频域分析从频谱图可以看出，语音信号的能量主要集中在300Hz~3400Hz范围内，频率成分较为丰富。
3. 信号处理（1）降噪处理：通过对比降噪前后的时域波形图和频谱图，可以看出降噪处理可以显著降低语音信号的噪声，提高语音质量。
（2）增强处理：通过对比增强前后的时域波形图和频谱图，可以看出增强处理可以显著提高语音信号的幅度和频率，改善语音清晰度。
语音信号采集及处理报告
实验七语音信号采集及处理报告实验目的1.综合运用小学期所学习的知识，进行一次系统的设计。
2.分析男生女生声音的区别。
实验内容1.利用计算机的“录音机”功能，采集一段小于10s的音频信号（“语音信号采集及处理”），存于文件.wav；2.利用MATLAB的wavread函数，读取采集数据，提取其数据采集频率等参数，并分析频谱;3.对采集的语音信号加入噪声，送至播放器播放，并分析其频谱；4.根据加噪音频信号的频谱特征，设计数字滤波器对该音频信号进行处理，并给出设计指标；5.将滤波后的语音信号，送至播放器播放，从时域、频域分析滤波效果。
6.分析男声与女声“语音信号采集及处理”音频文件在时域与频域的异同，分析同一个人不同状态下“语音信号采集及处理”音频文件在时域与频域的异同，论证音频信号作为密码的可行性。
具体实验步骤及实验结果1.滤波测试：首先，用电脑中的录音机功能采集了两个字“数学”；以“.wav”格式存储在“F:\sssss\dage.wav”位置。
然后，用wavread函数读入这段数据。
由于我用的是电脑的麦克，录音结果为双声道，所以用x1=x*[1 0]';进行选取单声道数据。
并进行频谱分析和加入噪声处理并且生成音频文件。
分析噪声频谱和信号频谱的位置，合理设计滤波器。
然后让信号经过设计好的滤波器进行滤波并且生成音频文件。
与加噪前后的试听比较。
程序如下：clcclear[x,fs,N]=wavread('F:\sssss\dage.wav');x1=x*[1 0]';x2=x*[0 1]';N=length(x);n=1/fs;N1=N*n;t=0:n:N1-n;xz=x1+cos(10000*pi*t)';subplot(311);plot(t,x1);xlabel('原始信号（s）');subplot(312);plot(t,xz,'b');hold on;xlabel('加噪后信号（s）'); hx=fft(xz)/N;figure(2)subplot(211);plot(t/N1*fs,hx);xlabel('加噪后频谱（Hz）'); axis([0,2.5*10^4,-0.02,0.02]);%加入滤波器wp=1800;%通带频率ws=2300;%阻带频率rp=1;as=50;f2=400;% 500开始混叠450比较好T=0.00005;[Nn,wn]=buttord(wp/10000,ws/10000,rp,as); [b,a]=butter(Nn,wn);figure(3);freqz(b,a,fs,20000);[hz,w]=freqz(b,a,fs,20000);%进行滤波y=filter(b,a,xz);figure(1);subplot(313);plot(t,y);xlabel('滤波后信号（s）');hy=fft(y)/N;figure(2);subplot(212);plot(t/N1*fs,hy);xlabel('滤波后频谱（Hz）'); axis([0,2.5*10^4,-0.02,0.02]);wavwrite(y,fs,16,'C:\y.wav')wavwrite(y,fs,16,'C:\xz.wav')00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6-11原始信号（s ）00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6-22加噪后信号（s ）00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6-22滤波后信号（s ）0.51 1.522.5x 104-0.02-0.0100.010.02加噪后频谱（Hz ）00.51 1.52 2.5x 104-0.02-0.0100.010.02滤波后频谱（Hz ）可以看到经过滤波后信号中的噪声的频谱已经基本消失，滤波后信号也基本与原始相同。
语音信号处理实验报告
语音信号处理实验报告语音信号处理实验报告一、引言语音信号处理是一门研究如何对语音信号进行分析、合成和改善的学科。
在现代通信领域中，语音信号处理起着重要的作用。
本实验旨在探究语音信号处理的基本原理和方法，并通过实验验证其有效性。
二、实验目的1. 了解语音信号处理的基本概念和原理。
2. 学习使用MATLAB软件进行语音信号处理实验。
3. 掌握语音信号的分析、合成和改善方法。
三、实验设备和方法1. 设备：计算机、MATLAB软件。
2. 方法：通过MATLAB软件进行语音信号处理实验。
四、实验过程1. 语音信号的采集在实验开始前，我们首先需要采集一段语音信号作为实验的输入。
通过麦克风将语音信号输入计算机，并保存为.wav格式的文件。
2. 语音信号的预处理在进行语音信号处理之前，我们需要对采集到的语音信号进行预处理。
预处理包括去除噪声、归一化、去除静音等步骤，以提高后续处理的效果。
3. 语音信号的分析语音信号的分析是指对语音信号进行频谱分析、共振峰提取等操作。
通过分析语音信号的频谱特征，可以了解语音信号的频率分布情况，进而对语音信号进行进一步处理。
4. 语音信号的合成语音信号的合成是指根据分析得到的语音信号特征，通过合成算法生成新的语音信号。
合成算法可以基于传统的线性预测编码算法，也可以采用更先进的基于深度学习的合成方法。
5. 语音信号的改善语音信号的改善是指对语音信号进行降噪、增强等处理，以提高语音信号的质量和清晰度。
常用的语音信号改善方法包括时域滤波、频域滤波等。
六、实验结果与分析通过实验，我们得到了经过语音信号处理后的结果。
对于语音信号的分析，我们可以通过频谱图观察到不同频率成分的分布情况，从而了解语音信号的特点。
对于语音信号的合成，我们可以听到合成后的语音信号，并与原始语音信号进行对比。
对于语音信号的改善，我们可以通过降噪效果的评估来判断处理的效果。
七、实验总结通过本次实验，我们深入了解了语音信号处理的基本原理和方法，并通过实验验证了其有效性。
音频信号频谱分析
CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGYDSP课程设计题目：音频信号频谱分析学生姓名：张金行学号：202057050229班级: 10-02专业：电子信息工程指导教师：黄亚飞、肖鸿实习起止时刻: 2014年1月7日至2014年1月18日摘要随着信息技术革命的深切和运算机技术的飞速进展，数字信号处置技术已经慢慢进展成为一门关键的技术学科。
而DSP芯片的显现那么为数字信号处置算法的实现提供了可能。
这一方面极大地增进了数字信号处置技术的进一步进展；另一方面，它也使数字信号处置的应用领域取得了极大的拓展。
在国外DSP芯片已经被普遍地应用于现今技术革命的各个领域；在我国，DSP技术也正以极快的速度被应用到科技和国民经济的各个领域。
本次课程设计介绍了音频信号频谱分析的原理和其所涉及的硬件结构和软件设计，该设计是基于快速傅立叶变换（FFT）的方式对搜集的音频信号进行频谱分析，取得音频信号的频率及功率，FFT算法采纳TLC320AD50编写DSP程序实现。
现能够完成256点的FFT运算，频率分辨率达到100Hz，输入信号电压（峰峰值）能够达到100mV到4V。
关键词：音频信号；快速傅立叶变换；频谱分析；分辨率目录CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY (1)1 绪论 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 设计目的 (2)1.3 设计要求 (2)2 设计原理 (3)2.1 TMS320C54x芯片简介 (3)2.2 TLC320AIC23芯片简介 (4)2.3 12864LCD液晶显示屏简介 (5)3 系统总设计方案 (6)4 系统模块设计 (6)4.1 语音信号搜集模块 (6)4.2 语音信号处置模块 (8)4.3 LCD显示模块 (9)5 结果显示 (11)6 心得体会 (13)参考文献 (14)附录程序清单 (15)1 绪论1.1 设计背景目前，在微电子技术进展的带动下，DSP芯片的进展日新月异，DSP的功能日趋壮大，性能价钱比不断上升，开发手腕不断改良。
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中北大学课程设计说明书学生姓名：吕涛学号：10050644X23 学生姓名：王丽学号：10050644X09学生姓名：赵芳学号：10050644X15 学生姓名：孟庆慧学号：10050644X05 学院：信息商务学院专业：电子信息工程题目：信息处理综合实践:数据的采集与语音信号的频谱分析指导教师：金永职称: 副教授2013 年 6 月 28 日中北大学课程设计任务书12/13 学年第二学期学院：信息商务学院专业：电子信息工程学生姓名：吕涛学号：10050644X23 学生姓名：王丽学号：10050644X09学生姓名：赵芳学号：10050644X15 学生姓名：孟庆慧学号：10050644X05 课程设计题目:信息处理综合实践:数据的采集与语音信号的频谱分析起迄日期：2013年6月7日～2013年6月28日课程设计地点：学院楼201、510、608实验室指导教师：金永系主任：王明泉下达任务书日期: 2013 年6月7 日1．设计目的：（1）掌握USB总线或PCI总线的基本结构，了解基于USB总线或PCI总线A/D卡的通用结构；（2）掌握数据采集卡采集数据的过程和原理；（3）了解MATLAB的信号处理技术；（4）掌握MATLAB 实现音乐信号的读取、保存、拼接与频谱分析。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：（1）查阅相关资料，撰写关于基于USB总线或PCI总线A/D卡的报告；（2）采用麦克采集本组各个同学的语音信号；（3）采用MATLAB读取采集的语音信号，截取各信号中的一段进行拼接，并进行频谱分析；（4）保存拼接后的语音信号，并进行播放证实存储的正确性，同时对拼接后信号与原有信号的频谱作对比；（5）提高内容：编写语音采集数据程序。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：（1）要求设计组的每个成员都要了解设计的要求和思路；（2）MATLAB数据处理部分要求有正确的运行结果及结果分析；（3）总线部分和A/D采集卡部分要求每位同学有自己的理解；（4）每位同学针对上述内容撰写设计说明书（每人1份）。
4．主要参考文献：要求按国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例：1 傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：科学出版社，1985（5篇以上）5．设计成果形式及要求：课程设计说明书程序运行结果6．工作计划及进度：2013年6月7日~ 6月15日：查资料，了解基于USB总线或PCI总线A/D卡的通用结构以及A/D采集卡的应用；6月15日~ 6月25日：MATLAB 实现语音信号的读取、保存、拼接与频谱分析；6月26日~ 6月27日：撰写课程设计说明书；6月28日：答辩系主任审查意见：签字：年月日目录摘要 (2)1基于USB总线A/D卡的报告 (2)1.1 USB总线介绍 (2)1.2 USB接口电路设计 (3)1.3 接口的数据采集系统的设计实现 (3)1.4 A/D转换电路 (4)2 设计方案简介 (5)3 语音信号的采集 (5)4 语音信号的分析 (6)4.1语音信号时域分析 (6)4.2语音信号频域分析 (6)5 程序设计及仿真图 (7)6语音信号的读取、拼接、保存与频谱分析 (9)6.1设计条件及主要参数表 (9)6.2设计主要参数计算 (11)6.3设计结果 (12)7设计体会 (13)8 参考文献 (14)摘要语音信号的采集与分析技术是一门涉及面很广的交叉科学，它的应用和发展与语音学、声音测量学、电子测量技术以及数字信号处理等学科紧密联系。
该设计主要介绍语音信号的采集与分析方法，通过PC机录制自己的一段声音，运用Matlab提供的函数进行仿真分析，并画出采样后语音信号的时域波形和频谱图，对所采集的语音信号加入干扰随机高斯噪声，对加入噪声的信号进行播放，并进行时域和频谱分析；对比加噪前后的时域图和频谱图，分析讨论采用什么样的滤波器进行滤除噪声。
关键词：语音信号；采集与分析；Matlab一基于USB总线A/D卡的报告B总线介绍USB总线为通用串行总线，USB接口位于PS/2接口和串并口之间，允许外设在开机状态下热插拔，最多可串接下来127个外设，传输速率可达480Mb/S，P它可以向低压设备提供5伏电源，同时可以减少PC机I/O接口数量。
USB是基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。
数据采集就是把来自各种传感器的信号数据实时地、准确地测量或汇集起来,用计算机进行实时处理或记录存储,实时完成测试和控制功能。
数据采集系统结构通过微机的标准接口连接各种功能模块、仪器仪表和传感器,组成测量系统。
2．USB接口电路设计R3是上拉电阻器，它可使USB口的D+端上拉到DS2490S的VB端，表示USB主机系统是高速设备，同时这个上拉电阻器告诉主机有USB设备插入。
该上拉电阻器的设置对适配器的影响很大，它的负载值和1-Wire网络的总长决定1-Wire总线电压上升到5 V的速度。
经过实验测试选择R3的阻值为27 Ω±lO%。
R1、R2为USB数据线保护电阻器。
L、L2具有禁止高频干扰并且减弱EMI辐射的功能。
LF33CV为3.3 V电压稳压器，与周围元件C1、C2组成强上拉部分，给EEPROM 或温度传感器等器件提供额外的电源。
B接口的数据采集系统的设计实现数据采集系统使用采集卡进行数据采集,然后经过A/D转换器供计算机加工处理。
基于USB接口的数据采集与频谱分析系统本系统结构由硬件部分和软件部分组成,硬件部分主要有计算机、I/ O 接口设备. 计算机作为硬件平台的核心可采用台式机,系统采用的I/ O 设备为A/ D 数据采集卡,该采集卡是一种基于USB 总线数据采集产品,可与带USB 接口的各种台式计算机、笔记本电脑、工控机连接构成高性能的数据采集测量系统.整个系统主要由4部分组成：USB接口芯片及外围电路、控制电路、数据缓冲电路和A／D转换电路。
USB接口芯片选择了Cypress公司的EZ-USB 2131Q，该芯片内嵌8051控制器，因此整个系统以EZ-USB控制器为核心，由EZ-USB经控制电路实现对A／D 转换电路和数据缓冲电路的控制，模拟信号转换后的数据送入数据缓冲器，当数据缓冲器存满之后，通知EZ-USB控制器，由主机取出数据。
整个系统框图如图1所示。
4.A／D转换电路声卡是计算机对语音信号进行加工的重要部件，它具有对信号滤波、放大、采样保持、A/D和D/A转换等功能。
系统中A／D转换芯片采用了MAXIM公司的MAX122，该芯片是12 b的高速的A／D转换器。
在完全转换模式下，他的转换时间可以达到2．6μs，采样率为333 kS ／s。
MAX122有5种工作模式，在数据采集系统中，采用了模式2即连续转换模式。
在这种模式下，每次转换需要13～14个时钟脉冲节拍，转换可以不间断地进行，但是需要提供开始转换使能信号，并且要保证使能信号和时钟信号同步，读信号和片选始终处于有效状态。
数据输出使能信号一直有效，在转换结束时产生新的数据。
二设计方案简介本实验通过应用MATLAB软件实现音乐信号的读取、拼接、保存与频谱分析。
将信号源发出的信号强度按频率顺序展开，使其成为频率的函数，并考察变化规律，称为频谱分析。
频谱分析主要分析信号是由哪些频率的正弦信号叠加得到的，以及这些正弦信号的振幅。
分析和处理音频信号，首先要对声音信号进行采集，MATLAB 的数据采集工具箱提供了一整套命令和函数,通过调用这些函数和命令,可直接控制声卡进行数据采集。
Windows自带的录音机程序也可驱动声卡来采集语音信号，并能保存为W A V格式文件，供MATLAB相关函数直接读取、写入或播放。
本实验以W A V格式音频信号作为分析处理的输入数据，用MATLAB处理音频信号的基本流程是：先将W A V格式音频信号经wavread 函数转换成MATLAB列数组变量；再用MATLAB强大的运算能力进行数据分析和处理，如时域分析、频域分析、数字滤波、信号合成、信号变换、识别和增强等等；处理后的数据如是音频数据，则可用wavwrite转换成W A V格式文件或用sound函数直接回放。
三语音信号的采集配置好数据采集设备的参数后，使用start命令便可启动声卡开始语音信号的采集。
采集到的数据被暂时存放在PC机的内存里，理论上可采集的最大数据量是由PC机的内存容量决定的，这一点相对于一般的数据采集系统而言有较强的优势。
MATLAB还可以记录采集过程中出现错误，如出错的时间、错误产生的来源以及数据采集设备的状态等信息都会被记录下来作为以后工作的参考。
Matlab自带的数据采集工具箱里面，提供了专门用于语音采集的命令和函数。
数据采集的硬件设备的内部特性对Matlab的接口完全是透明的，通过调用Matlab提供的语音采集函数和命令可以对其进行访问。
而且，Matlab可以对其采集的数据进行实时的分析，也可在存储后再进行处理。
四语音信号的分析1.语音信号时域分析MATLAB数据采集箱中提供的函数命令进行图像分析的函数命令： wavread :wavread 用于读取Microsoft 的扩展名为“.wav”的声音文件。
其调用形式为: y = wavread (file) 。
其作用是从字符串file 所指的文件路径读取wave 文件,将读取的采样数据送到y 中。
Y的取值范围: [ -1 ,1 ] 。
sound:音频信号是以向量的形式表示声音采样的。
sound 函数用于将向量转换为声音,其调用形式为:sound (y ,fs) ,作用是向扬声器送出向量y 中的音频信号(采样频率为fs) 。
将向量转换为声音,其调用形式为:sound (y ,fs) ,作用是向扬声器送出向量y 中的音频信号(采样频率为fs) 。
通过Wavread和plot(x)函数即可显示图像的时域波形。
2.语音信号频域分析FFT即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。
在MATLAB的信号处理工具箱中函数FFT和IFFT用于快速傅立叶变换和逆变换。
函数FFT用于序列快速傅立叶变换，其调用格式为y=fft(x)，其中，x是序列，y是序列的FFT，x可以为一向量或矩阵，若x为一向量，y是x的FFT且和x相同长度；若x为一矩阵，则y 是对矩阵的每一列向量进行FFT。
如果x长度是2的幂次方，函数fft 执行高速基－2FFT算法，否则fft执行一种混合基的离散傅立叶变换算法，计算速度较慢。
函数FFT的另一种调用格式为y=fft(x,N)，式中，x，y意义同前，N为正整数。