MATLAB小论文--

Matlab小论文

课题名称：基于MATLAB关于交混回响的仿真研究系、部：电气与信息工程系

学生姓名：***

指导教师：张松华职称讲师

专业：电子信息工程

班级：电子0901班

完成时间：2012年5月23日

摘要

MATLAB是进行科学研究和数值分析的首选软件，本次对于交混回响的研究正是借助MATLAB的强大功能，通过编写程序实现了模拟语音信号的数字化处理，然后绘图直观的对混响现象进行仿真分析。

关键词：MATLAB；数字化；仿真

MATLAB is the software of choice for scientific research and numerical analysis, the reverberations is the use of the powerful features of MATLAB, the digital processing of analog voice signal through the preparation process, and then drawing intuitive simulation of the reverberation phenomenonanalysis. Keywords: MATLAB; digital; simulation

1 引言

MATLAB科学与工程计算的高级语言, 同时也是适用于科学和工程计算的数学软件系统。作为数值软件的MATLAB, 对计算数学领域的特定问题类型, 如数值线性代数、微分方程数值解、数值逼近、最优化方法、数值积分等进行求解, 可以得到问题的离散解或近似的解析表达式。针对每一类问题解,MATLAB 都能给出该类问题的各种高效算法。MATLAB具有一个阵容强大、范围广泛的基本运算体系。同时，MATLAB基于数值运算的信号处理技术也使DSP的相关技术变得简单易行。此外,MATLAB极其简洁的语言结构支持结构化程序设计, 且具有超过任一高级语言系统的调试技术。MATLAB高度智能化的调试技术是用户MATLAB程序的有力工具。

本次仿真研究利用MATLAB强大的绘图功能和声音输入输出的功能对.WA V的音频文件进行了数字化的采样，然后对数值进行了相应处理，通过绘图直观的显示了声音传播过程中的交混回响现象。

2 MATLAB处理语音信号

由于本次仿真是对语音信号的数字化处理。下面介绍MATLAB处理音频信

号的一些理论依据和相应函数功能。

2.1 信号分类

按信号特点的不同，信号可表示成一个或几个独立变量的函数。例如，图像信号就是空间位置（二元变量）的亮度函数。一维变量可以是时间，也可以是其他参量，习惯上将其看成时间。信号有以下几种：

1．连续时间信号：在连续时间范围内定义的信号，但信号的幅值可以是连续数值，也可以是离散数值。当幅值为连续这一特点情况下又常称为模拟信号。实际上连续时间信号与模拟信号常常通用，用以说明同一信号。

2．离散时间信号：时间为离散变量的信号，即独立变量时间被量化了。而幅度仍是连续变化的。

3．数字信号：时间离散而幅度量化的信号。

本次仿真正是通过把模拟音频信号进行采样得到数字信号，再在此基础上借助MATLAB的一些工具完成的仿真。在数字化过程中，若是立体声，则以某采样频率采样产生n×2的数字信号序列；若是单声道，则采样生成n×1的数字信号序列。

2.2 函数介绍

MATLAB中对声音的处理以及矩阵运算和绘图提供了丰富的函数，下面介绍几个本次仿真过程中要用到的函数：

1. [y,Fs]=wavread(‘filename’,[N1 N2])；该函数可以实现.wav格式音频文件的直接读取。其中y为返回的样值序列(如果是单声道，返回1×n序列；是立体声返回2×n序列)，另外y的取值范围要在[-1,1]内；Fs为采样率，需满足取样定理(Fs大于信号最高频率的两倍)；N1和N2用来限定取样的起始和结束点。

2. zeros(m,n)；用来产生m行n列的全零矩阵。仿真过程中处理信号的延时传递效果，便是在序列前面加上适当长度的全零矩阵。

3. plot(x,y,’string’)，subplot(m,n,p)；为绘图函数，其中x表示绘图的横坐标，y表示绘图的纵坐标，string可以用来选择绘图的颜色，线条宽度等参数；subplot 表示将界面分成m行n列，选中第p个选区为当前绘图区域。

4. *、+、^、’；为算术运算符，依次为：乘号、加号、乘方号、对矩阵转置运算符。

3 MATLAB交混回响仿真

3.1 关于交混回响

建筑物里，由于距离较小，反射声波（回声）跟原来的声音混合在一起分不开，感觉效果是原来的声音加强并且延长了，这种现象称为交混回响。声源发出声音后，声强减弱到原来声强的百万分之一所需要的时间叫做建筑物的交混回响时间，是描述建筑物的声学特性的重要参数。适当的交混回响时间可以使声音变得浑厚、好听，增加感染力，教堂和音乐厅建筑都注意这一点。当交混回响时间太长会使音乐的节奏和语言模糊不清。交混回响时间一般以1秒-2秒为宜．交混回响时间与建筑物大小，墙壁、地面和天花板材料都由关系，还受到建筑物内人的多少以至服饰的影响。例如，首都剧场空座时的交响回响时间是3.3秒,满座时的交混回响时间大约是1.36秒。人民大会堂满座时的交混回响时间大约是1.8秒。

3.2 交混回响仿真实验

为了简化问题，假定墙面上有吸音材料，即忽略墙壁的反射。编程仿真的思想是：电信号在电线里传输的时间可以忽略，但是当相距若干米的扬声器发出的声音到达听者的位置时，不同扬声器的声音经过了不同的路程，路程的差别产生相位差，所以带有不同相位差的声音叠加就产生了交混回响的效果。

图3-1所示是交混回响仿真实验中的扬声器布置图，A、B、C是三个接到同一声源的扬声器，它距离听者的水平距离和垂直距离标注在图上。

通过在MATLAB上编写程序，可以通过图形象的展示出混响效果。程序中a.wav文件为一段下载的音频文件；听者听到各扬声器的声音处理方式为：计算扬声器到听者距离然后除以声速，得到传播时间，再将该时间乘以每秒取样点速率fs，可以得到离散点数目，再由zeros函数得到相应的1×n零矩阵，加到原始声音序列中合成即可。