数字信号处理实验内容 音频信号分析与处理

数字信号处理实验内容——

音频信号采集、分析及处理

一、实验目的

1.以音频信号为例，熟悉模拟信号数字处理过程，进一步理解数字信

号处理概念。

2.掌握运用Matlab实现对音频信号的时频分析方法；

3.初步掌握数字音频信号合成的方法。

4.掌握运用Matlab设计IIR和FIR滤波系统的方法；

5.掌握运用Matlab实现对加噪的音频信号进行去噪滤波的方法。锻

炼学生运用所学知识独立分析问题解决问题的能力，培养学生创新能力。

二、实验性质

综合分析、设计性实验

三、实验任务

实验内容一：windows系统中的“ding”音频信号的采集、分析、合成

1.音频信号的采集

编写Matlab程序，采集windows系统中的“ding”声，得到*.wav音频文件，而后实现音频信号回放。

2.音频信号的频谱分析

运用Matlab软件实现对音频信号的时域分析和频域分析，并打印相应的图形，完成在实验报告中。

注意：此音频信号的频谱包含两条主要谱线，在进行频谱分析时，注意频谱的完整性，利用MATLAB实现对两条主要谱线的定位并计算谱线所对应的模拟频率。

3.音频信号的分解和合成

运用Matlab软件实现音频信号的分解与合成，将音频信号的频谱中两部分频谱成分进行分解，分别绘制出分解后的两个信号的频谱图；然后将分解后的两个信号再合成为一个新的信号，将合成后的新信号的时域、频域图与原来的信号时域、频域图相比较，绘制出对比效果图。

4.音频信号的回放

运用Matlab软件实现音频信号的回放，将合成后的新信号和原音频信号分别进行回放，对比两个信号的声音效果。

5.音频信号分段傅里叶分析（选作）

分析对一般音频.wav信号进行一次性傅里叶分析时存在的主要问题，利用分段傅里叶变换对该音频信号重新分析并合成。对比一次傅里叶分析结果并进行总结。

实验内容二：任意音频信号的时域和频域分析及数字滤波器设计

1.音频信号的采集

音频信号的采集可以通过Windows自带的录音机也可以用专用的录制软件录制一段音频信号（尽量保证无噪音、干扰小），也可以直接复制一段音频信号（时间为1s），但必须保证音频信号保存为.wav的文件。

2.音频信号的时域、频域分析

运用Matlab软件实现对音频信号的打开操作以及时域分析和频域分析，并画出相应的图形，打印在实验报告中。

3.引入干扰信号

在原有的音频信号上，叠加一个频率为100KHz的正弦波干扰信号（幅度自定，可根据音频信号幅度情况而定）。

4.数字滤波器设计

运用Matlab实现IIR或FIR滤波系统，要求加入干扰的音频信号经过滤波系统后，能够滤除100KHz的干扰信号，同时保留原有的音频信号，要求绘制出滤波系统的频谱图，同时绘制出滤波前后音频信号的时域、频域对比图。

实验内容三：编写FFT算法程序（此部分为选作内容）

分析FFT算法实现过程，运用Matlab软件实现FFT函数功能，要求运用自行编写的Matlab程序实现对固定信号（自定义信号）的频谱分析，并绘制出频谱图；然后将自己设计的FFT算法程序与FFT函数实现的频谱图相比较，分析两个程序结果的差别及原因。

四、实验报告要求

实验报告包括：

①实验目的

②实验性质

③实验任务分析

包括实验任务的分解、根据实验任务编写程序框图，并根据程序框图说明编程思想。

④实验结果及结果分析

此部分为重点内容，能够验证程序的正确性，要求实验结果中的图形要有标题，作对比分析时，需要加上说明，并对实验结果进行分析，得出结论。要求把打印好的图形剪裁下来，粘贴到实验报告纸上，避免出现把图形打印在A4纸上，直接附在报告后。打印时正反面打印,尽量不要彩打。

⑤实验体会

说明实验过程中遇到的问题及解决问题的过程和方法。

⑥实验程序

打印后，以附录的形式附在报告后，但要注意打印纸不要超出报告纸的大小。

五、实验安排

1、第一次实验进行任务布置，熟悉实验软件；

2、第二次实验时间进行实验指导及实验内容一验收；

3、第三次、第四次实验时间进行实验指导及整体实验任务验收。

六、成绩给定

成绩分三部分给定，其中，平时表现占20%，报告占30%，验收占

50%。验收分操作和口试两部分，要求单人进行验收，口试部分需要完成实验原理、实验过程、实验结果分析讨论等内容的问题回答。实验内容发挥部分未做，最高成绩为良好。实验报告以小论文形式完成。