基于MATLAB的简单音乐合成

《数字信号处理》课程设计

说明书

设计题目：基于MATLAB 的简单音乐合成

姓名：_________________________________________

专业年级：______________________________________

学号：_________________________________________

指导老师：______________________________________

时间：2015 年 6 月25 日

《数字信号处理课程设计》任务书

指导老师（签名）：

1设计基础....................................

1.1 MATLAB软件简介..............................

1.2乐曲解析..................................

2设计与实现...................................

2.1 简单的音乐合成 ................................

2.1.1原理分析 ................................

2.1.2 Matlab 源代码 ..............................

2.1.3运行结果分析 ...............................

2.2除噪音，加包络.................................

2.2.1原理分析 ................................

2.2.2 Matlab 源代码 ..............................

2.2.3运行结果分析 ..............................

2.3加谐波....................................

2.3.1原理分析 ................................

2.3.2 Matlab 源代码 ..............................

2.3.2运行结果分析 .............................. 3总结与体会...................................

4参考文献....................................

1 设计基础

1.1 MATLAB 软件简介

MATLAB 是matrix&laboratory 两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室MATLAB 工作界面）。是由美国mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB 和Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB 来解算问题要比用C，FORTRAN 等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB 也吸收了像Maple 等软件的优点，使MATLAB 成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN ，C++，JAVA 的支持。可以直接调用，用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB 函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB 爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

1.2 乐曲解析

乐音的基本特征可以用基波频率、谐波频率和包络波形三个方面来描述，我们用大写英文字母CDEFGAB 表示每个音的“音名”（或称为“音调”），当指定某一音名时，它对应固定的基波信号频率。

图 1 表示钢琴的键盘结构，并注明了每个琴键对应的音名和基波频率值。这些频率值是按“十二平均律”计算导出，下面解释计算规则：

图1-1 钢琴键盘和相应频率

从图1-1可以看到，靠下边的A键称为小字组A，它的频率值fA0= 220Hz，而靠上面的另一个A键是小字一组A，它的频率值是fA仁440Hz。两者为二倍频率关系，即fA1相当于fA0的二次谐波。也称为8度音或倍频程Octave（即我们画频响特性图时所用的术语

“倍频程” ）。

根据《两只老虎》简谱和十二平均律计算出该小节每个乐音的频率，在MATLAB 中生成幅度为1,抽样频率为8000kHz的正弦信号表示这些乐音，用sou nd播放合成的音乐

图1-2乐曲《两只老虎》曲谱

由图可知《两只老虎》的曲调定为C,即仁C,对应的频率为261.63Hz,据此可以计算出其他乐音的频率，类推计算出各乐音对应的频率见表1-1部分乐音对应的频率：

表1-1部分乐音对应的频率

在确定了各乐音的频率之后需要确定每个乐音的持续时间。每小节有两拍，一拍的时间是0.5此部分乐音的持续时间见表1-2部分乐音对应的时间：

表1-2部分乐音对应的时间

而在MATLAB中表示乐音所用的抽样频率为fs=8000Hz,也就是所1s钟内有8000个点，抽样点数的多少就可表示出每个乐音的持续时间的长短。用一个行向量来存储这段音乐对应的抽样点，在用sounc函数播放即可。

根据以上分析在MATLAB中编写如下程序：

soun d_1_1.m

clear;clc;

fs=8000; %抽样频率

f=[261.63 293.66 329.63 261.63 261.63 293.66 329.63 261.63 329.63 349.23

392 329.63 349.23 392];

%各个乐音对应的频率

time=fs*[0.5 , 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 1, 0.5,0.5,1]; %各个乐音的抽样点数

N=length(time); %这段音乐的总抽样点数east=zeros(1,N); %用eas向量来储存抽样点n=1; for num=1:N %利用循环产生抽样数据，num表示乐音编号

t=1/fs:1/fs:time(num)/fs; %产生第num个乐音的抽样点

east( n:n+time( nu m)-1)=si n(2*pi*f( nu m)*t);

%抽样点对应的幅值

n=n+time( nu m);

end

soun d(east,8000); %播放音乐