长春理工大学
电工电子实验教学中心
学生实验报告
2014 —— 2015 学年第一学期
实验课程数字信号处理实验
实验地点东1教学楼414实验室
学院电子信息工程学院
专业
学号
姓名
实验项目音频信号采集、分析及处理
实验时间实验台号
操作成绩报告成绩
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、实验仪器
计算机、Matlab软件
三、实验性质
综合分析、设计性实验
四、实验任务
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. 音频信号的采样
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. 音频信号时域采样
对选取的音频信号分别按照欠采样率、过采样率及合理采样率进行时域采样，对采样之后的音频信号进行回放，对比回放结果，进行讨论分析。
3. 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。
4. 音频信号的频域分析
对音频信号按照过采样、欠采样及合理采样进行频域采样并进行回放，对比结果，进行讨论和分析。
5. 引入干扰信号
基本要求：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）。
发挥：在原有音频信号上，叠加其他复杂噪声。
6. 数字滤波器设计
基本要求：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。
发挥：对加有复杂噪声的音频信号进行滤波
按照自己所加噪声特点，确定滤波器类型及滤波器参数并设计该滤波器，利用自己所设计的滤波器对加有复杂噪声的音频信号进行滤波，回放滤波前后音频信号，对比结果进行分析。
%音频信号的采集及其频谱分析
clear all;
close all;
[y,fs,bits]=wavread('C:\Users\Administrator\Desktop\asd3\Windowsll.wav'); %读取音频文件
sound(y,fs) %播放音频文件
n=length(y); %选取变换的点数取n
y_p=fft(y,n); %对n进行傅里叶变换到频域
f=fs*(0:n/2-1)/n; %对应点
subplot(2,1,1); %第一组第一张图片的频率
figure(1) %创建第一个绘图窗口
plot(y) %绘制音频信号时域波形
title('音频信号时域波形'); %图片标题
xlabel('时间(t)'); %x轴为时间轴
ylabel('幅值(V)'); %y轴为幅值
subplot(2,1,2); %第一组第二张图片
plot(f,abs(y_p(1:n/2))); %绘制音频信号频谱图
title('音频信号频谱图'); %图片标题
xlabel('频率(Hz)'); %x轴为频率
ylabel('频率幅值(V)'); %频率幅值
pause(1) %暂停一秒
%噪声合成处理
t=0:1/fs:(n-1)/fs; %产生序列
noise=0.05*cos(2*pi*100000*t); %噪声信号
Noise=[noise;noise]; %创建矩阵
Noise=Noise'; %对该矩阵进行转置
y_z=y+Noise; %加噪声处理，两个信号合成
sound(y_z,fs); %播放合成后的音频信号
n=length(y); %选取长度
y_zp=fft(y_z,n); %对n进行傅里叶变换到频域
f=fs*(0:n/2-1)/n; %对应点的频率
figure(2) %创建第二个绘图窗口
subplot(2,1,1); %第二组第一张图片
plot(y_z); %绘制加噪声处理音频信号时域波形title('加噪声处理音频信号时域波形'); %图片标题
xlabel('时间(t)'); %x轴为时间轴
ylabel('幅值(V)'); %y轴为幅值
subplot(2,1,2); %第二组第二张图片
plot(f,abs(y_zp(1:n/2))); %绘制加噪声处理后音频信号频谱图title('加噪声处理音频信号频谱图'); %图片标题
xlabel('频率(Hz)'); %x轴为频率
ylabel('频率幅值(V)'); %频率幅值
pause(1) %暂停一秒
%滤波器设计
fp=1500;fc=1700;As=100;Ap=1; %低通滤波器性能指标
wc=2*pi*fc/fs; %归一化通带截频
wp=2*pi*fp/fs; %归一化阻带截频
wdel=wc-wp; %过滤带宽
beta=0.1102*(As-8.7); %窗函数形状参数
N=ceil((As-8)/2.285/wdel); %取整函数
wn=kaiser(N+1,beta); %创建凯撒窗函数
ws=(wp+wc)/2/pi;
b=fir1(N,ws,wn); %用该窗函数建立fir滤波器
figure(3); %创建第三个绘图窗口
freqz(b,1); %计算频响
%滤波处理
x=fftfilt(b,y_z); %滤波输出
X=fft(x,n); %傅里叶变换
sound(x,fs); %播放滤波后的音频
figure(4); %创建第四个绘图窗口
subplot(2,2,1);plot(y_z); %滤波前信号的波形
title('滤波前信号的波形'); %标题
subplot(2,2,2);plot(x); %滤波后信号的波形
title('滤波后信号的波形'); %标题
subplot(2,2,3);plot(f,abs(y_zp(1:n/2))); %滤波前信号的频谱
title('滤波前信号的频谱'); %标题
subplot(2,2,4);plot(f,abs(X(1:n/2))); %滤波后信号的频谱
title('滤波后信号的频谱'); %标题
pause(1) %暂停一秒
[y,fs,bits]=wavread('C:\Users\Administrator\Desktop\asd3\Windowsll.wav'); %读取音频文件
sound(y,fs) %播放音频文件