实验三音频信号的分析与处理1
一、实验目的
1.掌握音频信号的采集以及运用Matlab软件实现音频回放的方
法；
2.掌握运用Matlab实现对音频信号的时域、频谱分析方法；
3.掌握运用Matlab设计RC滤波系统的方法；
4.掌握运用Matlab实现对加干扰后的音频信号的进行滤波处理
的方法；
5.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
设计性实验
三、实验任务
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，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、时域分析和频域分析，并画出相应的图形（要求图形有标题），并打印在实验报告中（注意：把打印好的图形剪裁下来，粘贴到实验报告纸上）。
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，可根据音频信号的情况而定）。
4.滤波系统的设计
运用Matlab实现RC滤波系统，要求加入干扰的音频信号经过RC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RC滤波系统的冲激响应波形，并分析其频谱。
% 音频信号分析与处理
%% 打开和读取音频文件
clear all; % 清除工作区缓存
[y, Fs] = audioread('jyly.wav'); % 读取音频文件
VoiceWav = y(300000 : 400000, 1); % 截取音频中的一段波形
clear y; % 清除缓存
hAudio = audioplayer(VoiceWav, Fs); % 将音频文件载入audioplayer SampleRate = get(hAudio, 'SampleRate'); % 获取音频文件的采样率KHz
T = 1/SampleRate; % 计算每个点的时间，即采样周期SampLen = size(VoiceWav,1); % 单声道采样长度
%% 绘制时域分析图
hFig1 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0 0.05 0.49 0.85]);
t = T: T: (SampLen* T);
subplot(2, 1, 1); % 绘制音频波形
plot(t, VoiceWav); % 绘制波形
title('音频时域波形图'); axis([0, 2.3, -0.5, 0.5]);
xlabel('时间(s)'); ylabel('幅值(V)'); % 显示标题
%% 傅里叶变换
subplot(2, 1, 2); % 绘制波形
myfft(VoiceWav, SampleRate, 'plot'); % 傅里叶变换
title('单声道频谱振幅'); % 显示标题
xlabel('Frequency (Hz)');
ylabel('|Y(f)|');
play(hAudio); % 播放添加噪声前的声音
pause(3);
%% 引入100KHz的噪声干扰
t = (0: SampLen-1)* T;
noise = sin(2 * pi * 10000 * t); % 噪声频率100Khz，幅值-1V到+1V
hFig2 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0.5 0.05 0.5 0.85]);
subplot(2, 1, 1); % 绘制波形
plot(t(1: 1000), noise(1: 1000));
title('100KHz噪声信号'); % 显示标题
noiseVoice = VoiceWav+ noise'; % 将噪声加到声音里面
hAudio = audioplayer(noiseVoice, Fs); % 将音频文件载入audioplayer
subplot(2, 1, 2); % 绘制波形
[fftNoiseVoice, f] = myfft(noiseVoice, SampleRate, 'plot');
title('音乐和噪声频谱'); % 显示标题
play(hAudio); % 播放添加噪声后的声音
pause(3);
%% 设计RC滤波系统（二阶有源低通滤波器）
w = f;
Wc = 3000; % wc = 1/(RC)，特征角频率
A0 = 1; % A0 = AVF < 3
Q = 1/(3 - A0); % 品质因素
H = A0* Wc^2 ./ ((j*w).^2 + Wc/Q * (j*w) + Wc^2); %二阶有源低通滤波器公式
hFig3 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0 0.05 0.49 0.85]);
subplot(2, 1, 1); % 绘制波形
plot(w, H); % 显示标题
title('二阶有源低通滤波器');xlabel('频率');ylabel('w/Wc');
AfterFilter = fftNoiseVoice .* H'; % 滤波
% AfterFilter = fftNoiseVoice;
%% 傅里叶逆变换
subplot(2, 1, 2); % 绘制波形
NFFT = 2^nextpow2(SampLen); % 根据采样求傅里叶变换的点
f = SampleRate/2 * linspace(0,1,NFFT/2+1); % 计算频率显示范围
plot(f, 2*abs(AfterFilter(1:NFFT/2+1))); % 绘制频域分析图
title('滤波以后的频谱');xlabel('频率');ylabel('w/Wc');
clear Y H;
FilterVoice = fftshift(ifft(AfterFilter)); % 傅里叶逆变换
FilterVoice = fftshift(FilterVoice);
FilterVoice = ((FilterVoice - max(max(FilterVoice)))/( max(max(FilterVoice)) ... - min(min(FilterVoice)) )) + 0.5; % 归一化
clear AfterFilter w; % 清除缓存
hFig4 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0.5 0.05 0.5 0.85]);
subplot(2, 1, 1); % 绘制右声道波形
plot(t, FilterVoice(1:size(t,2), 1));
title('傅里叶逆变换图');
xlabel('时间(ms)'); ylabel('幅值(V)'); % 显示标题
hAudio = audioplayer(FilterVoice, Fs); % 将音频文件载入audioplayer play(hAudio); % 播放添加噪声后的声音
%% 结束
