实验三音频信号分析与处理 (3)

实验三：语音信号谱分析及去噪处理1、实验目的（1）通过对实际采集的语音信号进行分析和处理，获得数字信号处理实际应用的认识。

（2）掌握数字信号谱分析的知识。

（3）掌握数字滤波器设计的知识，并通过对语音信号的去噪处理，获得数字滤波器实际应用的知识。

2、实验内容（1）用麦克风自行采集两段语音信号[高频噪声、人声+高频噪声]（.wav格式）。

（2）通过Matlab读入采集信号，观察其采样频率，并绘图采样信号。

（3）通过Matlab对语音信号进行谱分析，分析出噪声的频带。

（4）设计一滤波器，对叠加入噪声的语音信号进行去噪处理。

绘图并发声去噪后的信号。

3、实验步骤（1）利用麦克风采集一段5s以内的语音信号。

利用格式工厂软件对语音信号进行预处理。

通常语音信号为单声道，采样频率为8000Hz，语音信号为.wav格式。

（2）通过Matlab读入语音信号及其采样频率（使用Matlab库函数wavread），在Matlab软件的workspace工作平台上观察读入的语音信号，在Matlab中，对入的语音信号为一维矩阵。

应注意，库函数wavread自动将语音信号幅度归一化[-1,1]区间范围。

使用Matlab库函数plot 绘图语音信号，并使用库函数sound发音语音信号。

（3）分析噪声的频谱。

在这里进行谱分析的目的，是了解噪声信号的频谱特性，为去噪滤波器的技术指标提供依据。

（4）通过Matlab对语音信号进行谱分析。

应注意，对信号进行谱分析，在实验一中已经详细介绍过。

在这里进行谱分析的目的，是了解本段语音信号的频谱特性，为去噪滤波器的技术指标提供依据。

（5）根据语音信号及噪声信号的频谱特性，自行设计一滤波器，对叠加入噪声的语音信号进行去噪处理。

最后绘图并发声去噪后的信号。

应注意，数字滤波器的实际应考虑实际需求，合理制定滤波器的技术指标。

4、实验原理用麦克风采集一段语音信号，绘制波形并观察其频谱，添加一段随机信号，给定相应的滤波器指标，用脉冲响应不变法设计的一个满足指标的巴特沃斯IIR滤波器，对该语音信号进行滤波去噪处理，比较滤波前后的波形和频谱并进行分析。

一、实验目的1. 理解音频信号的基本特性及其在数字音频处理中的应用。

2. 掌握音频信号的采集、处理和播放的基本方法。

3. 学习使用音频信号处理软件进行音频信号的编辑和效果处理。

4. 分析音频信号在传输和存储过程中的失真和干扰。

二、实验原理音频技术是指利用电子设备对声音信号进行采集、处理、存储和播放的技术。

音频信号是指由声波产生的电信号，其频率范围一般在20Hz到20kHz之间。

数字音频处理技术是将模拟音频信号转换为数字信号，进行编辑、处理和播放的技术。

三、实验仪器与设备1. 音频信号发生器2. 音频信号采集卡3. 音频播放器4. 音频信号处理软件（如Audacity、Adobe Audition等）5. 示波器6. 数据采集器四、实验内容1. 音频信号的采集（1）使用音频信号发生器产生一个纯音信号，频率为1kHz。

（2）使用音频信号采集卡将纯音信号采集到计算机中。

（3）使用示波器观察采集到的音频信号波形。

2. 音频信号的编辑（1）使用音频信号处理软件打开采集到的音频信号。

（2）对音频信号进行剪辑、复制、粘贴等编辑操作。

（3）调整音频信号的音量、音调、立体声平衡等参数。

3. 音频信号的处理（1）使用音频信号处理软件对音频信号进行降噪、均衡、混响等效果处理。

（2）分析处理后的音频信号，观察效果处理对音频信号的影响。

4. 音频信号的播放（1）使用音频播放器播放处理后的音频信号。

（2）比较处理前后的音频信号，评估效果处理对音频信号的影响。

5. 音频信号在传输和存储过程中的失真和干扰（1）使用数据采集器对音频信号进行采样，观察采样过程中的失真和干扰。

（2）分析失真和干扰的原因，提出相应的解决方法。

五、实验结果与分析1. 音频信号的采集实验结果表明，使用音频信号采集卡可以成功采集到音频信号，并使用示波器观察到音频信号的波形。

2. 音频信号的编辑实验结果表明，使用音频信号处理软件可以对音频信号进行剪辑、复制、粘贴等编辑操作，调整音频信号的音量、音调、立体声平衡等参数。

第1篇一、实验背景声音处理技术是现代通信、媒体、教育等领域的重要技术之一。

通过声音处理，可以对声音信号进行增强、降噪、压缩、合成等操作，以达到提高声音质量、方便传输、满足特定需求的目的。

本实验旨在让学生了解声音处理的基本原理和方法，掌握常见的声音处理技术，并能够运用这些技术解决实际问题。

二、实验目的1. 了解声音处理的基本原理和方法。

2. 掌握常用的声音处理技术，如增强、降噪、压缩等。

3. 能够运用声音处理技术解决实际问题。

三、实验内容1. 声音增强实验步骤：（1）选择一段噪声干扰严重的音频信号。

（2）使用声音处理软件（如Adobe Audition）对音频信号进行增强处理。

（3）观察处理前后音频信号的变化，分析增强效果。

2. 声音降噪实验步骤：（1）选择一段包含噪声的音频信号。

（2）使用声音处理软件（如Adobe Audition）对音频信号进行降噪处理。

（3）观察处理前后音频信号的变化，分析降噪效果。

3. 声音压缩实验步骤：（1）选择一段音频信号。

（2）使用声音处理软件（如Adobe Audition）对音频信号进行压缩处理。

（3）观察处理前后音频信号的变化，分析压缩效果。

四、实验结果与分析1. 声音增强实验结果：通过声音增强处理，音频信号中的噪声得到了有效抑制，声音质量得到了提高。

分析：声音增强技术主要是通过调整音频信号的幅度，使原本淹没在噪声中的声音信号得到突出。

在本实验中，使用声音处理软件的增强功能，可以有效提高音频信号的质量。

2. 声音降噪实验结果：通过声音降噪处理，音频信号中的噪声得到了有效抑制，语音清晰度得到了提高。

分析：声音降噪技术主要是通过识别并去除音频信号中的噪声成分，从而提高语音的清晰度。

在本实验中，使用声音处理软件的降噪功能，可以有效去除音频信号中的噪声。

3. 声音压缩实验结果：通过声音压缩处理，音频信号的存储空间得到了减小，传输效率得到了提高。

分析：声音压缩技术主要是通过降低音频信号的采样率、量化精度等参数，从而减小音频信号的存储空间和传输带宽。

实验名称：音频信号处理与分析实验日期：2023年4月10日实验地点：实验室A实验人员：张三、李四、王五一、实验目的1. 理解音频信号的基本概念和特性。

2. 掌握音频信号的采集、处理和分析方法。

3. 熟悉音频信号处理软件的使用。

4. 通过实验，提高对音频信号处理技术的实际操作能力。

二、实验原理音频信号是声波在空气中的传播形式，其频率范围一般在20Hz到20kHz之间。

音频信号处理技术主要包括信号采集、信号处理和信号分析三个方面。

本实验通过采集音频信号，对其进行处理和分析，以达到实验目的。

三、实验器材1. 音频采集卡2. 电脑3. 音频信号处理软件（如Audacity、Adobe Audition等）4. 音频信号发生器5. 音频信号分析仪四、实验步骤1. 信号采集（1）将音频采集卡插入电脑，打开音频信号处理软件。

（2）设置采样频率、采样位数和声道数等参数。

（3）连接音频信号发生器，输出一个标准音频信号。

（4）将音频信号发生器的输出端与音频采集卡的输入端连接。

（5）在软件中开始采集音频信号，记录采集时间。

2. 信号处理（1）打开采集到的音频文件，查看其波形图。

（2）对音频信号进行降噪处理，去除背景噪声。

（3）对音频信号进行均衡处理，调整音频的频率响应。

（4）对音频信号进行压缩处理，提高音频的动态范围。

3. 信号分析（1）使用音频信号分析仪对音频信号进行频谱分析。

（2）观察音频信号的频谱图，分析其频率成分。

（3）计算音频信号的功率谱密度，分析其能量分布。

（4）对音频信号进行时域分析，观察其时域波形。

五、实验结果与分析1. 信号采集实验成功采集到了标准音频信号，采集时间为5分钟。

2. 信号处理（1）降噪处理：经过降噪处理，音频信号中的背景噪声明显降低，提高了信号质量。

（2）均衡处理：通过均衡处理，调整了音频信号的频率响应，使其更加均衡。

（3）压缩处理：经过压缩处理，音频信号的动态范围得到了提高，音质更加清晰。

音频信号分析与处理技术研究随着计算机技术的飞速发展，数字音频处理技术也得到了越来越广泛的应用。

音频信号处理技术包括音频信号采集、音频信号传输、音频信号处理、音频信号分析以及音频信号压缩等方面。

本文将围绕音频信号分析与处理这一话题进行探讨。

一、音频信号的基本特征音频信号是指人耳能够感知的声波信号，其频率范围为20Hz~20kHz。

音频信号的基本特征包括声压级、频率、声音的时长、音调、谐波等。

声压级是指声音的强度，频率是指声音的高低，声音的时长是指声音持续的时间，音调是指音频的高低变化，谐波则是指相似频率的波。

二、音频信号处理技术的分类音频信号处理技术包括三个方面：音频信号的采集、音频信号的传输、音频信号的处理。

其中对于音频信号的处理，可以细分为以下四种类型：1. 噪声抑制噪声是指与声音无关的信号，通过麦克风和放大器等音频设备传递给录音机或音频编码系统时，会带入大量噪声。

利用消除算法，可以将噪声信号从原始语音信号中分离出来，从而避免影响语音分析的结果，并增加声音的清晰度。

2. 语音增强语音增强是指通过降噪、增加语音音量、降低回音等方式使语音信号更加清晰。

它对于语音识别、自然语言理解、控制系统及语音通信等方面都有很大的应用价值。

3. 语音识别语音识别是指通过语音输入识别器，将口头语言转化为书面语言。

它是人机交互的重要方式之一，广泛应用于自然语言理解、智能管理、智能家居、自动客服等方面。

4. 音频编码音频编码是指将原始音频信号转化为数字信号的一种数据压缩技术，通过去除人耳听不到或难以察觉的音频信号，来实现数据的压缩，减小数据存储空间和传输带宽占用，以达到更加高效的音频数据传输。

三、音频信号处理技术的研究现状目前，音频信号处理技术的研究方向主要有以下几个方面：1. 噪音抑制技术的研究：包括基于统计分析、基于信号处理、基于深度学习等方法。

2. 语音增强技术的研究：包括目标损失函数、交叉领域自适应、深度学习等方面。

音频信号分析与处理技术研究综述音频信号处理技术在数字媒体领域中扮演着至关重要的角色，它负责把无损格式的音频数据转换为可用的音频质量数据。

在音频信号领域中，人们需要通过对音频信号进行处理来获得更高质量的音乐、电影、广播、电视剧等音频媒体资源。

音频信号处理技术的研究已经逐渐成为一个非常流行的主题，并且在各种领域中得到广泛的应用。

本文将介绍音频信号处理技术的主要分析方法、处理技术以及在不同领域中的应用情况。

1. 音频信号的分析方法音频信号的分析方法主要有两种：时间域分析和频谱域分析。

1.1 时间域分析时间域分析是将音频信号转化为时域波形，以便观察其时间上的变化。

时间域信号分析方法包括时序分析、自相关函数分析、功率谱密度分析、采样频率分析等。

时序分析是通过将音频信号转换为波形图来获取信号的基本属性，如振幅、频率和相位等。

自相关函数分析可以用于估计信号平均功率，它还可以用于分析歌曲的周期性。

功率谱密度分析可以用来测量音频信号的频域性质，并帮助判定音频信号中是否包含噪声。

采样频率分析则是用于确定音频信号的采样频率，以及判断音频信号是否有折叠现象。

1.2 频谱域分析频谱域分析是将音频信号映射到频域上，以便观察其在频域上的变化，包括离散傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）等。

离散傅里叶变换可以用于分析音频信号中的谐波成分、频率分布以及相位信息等。

快速傅里叶变换常用于音乐录制和压缩等领域。

频谱的分析可以帮助人们更好地理解音乐和声音的物理特性，以及进行音频信号的处理。

2. 音频信号的处理技术音频信号的处理技术主要分为两类：基于时域分析的处理技术和基于频域分析的处理技术。

2.1 基于时域分析的处理技术基于时域分析的处理技术包括音频信号的滤波、降噪、增益、混响消除等。

滤波是一种经常使用的技术，它能够去除一些信号中的噪声。

降噪技术主要是有损噪声消除和无损噪声消除，在音频信号中很常见，例如在视频会议上消除噪声。

增益技术可以帮助调整音频信号的音量，使其更合适地用于不同类型的场合。

一、实验目的1. 熟悉音频信号的基本概念和特性；2. 掌握音频信号的数字化方法；3. 熟悉音频信号的编辑、处理和效果添加；4. 学习音频信号的压缩编码和传输技术。

二、实验环境1. 硬件：计算机、音频采集卡、耳机、麦克风等；2. 软件：音频处理软件（如Audacity、Adobe Audition等）、音频编码软件（如FLAC、MP3等）。

三、实验内容1. 音频信号的采集与数字化（1）使用麦克风采集一段语音或音乐信号；（2）将采集到的信号导入音频处理软件；（3）调整采样率、量化位数等参数，完成音频信号的数字化。

2. 音频信号的编辑与处理（1）剪切：将音频信号进行剪切，实现音频片段的提取；（2）拼接：将多个音频片段进行拼接，实现音频信号的组合；（3）调整音量：调整音频信号的音量大小；（4）调整音调：调整音频信号的音调高低；（5）添加静音：在音频信号中添加静音片段；（6）添加效果：为音频信号添加各种效果，如淡入淡出、回声、混响等。

3. 音频信号的压缩编码（1）选择合适的音频编码格式（如MP3、AAC等）；（2）设置编码参数，如比特率、采样率等；（3）对音频信号进行压缩编码，生成压缩后的音频文件。

4. 音频信号的传输技术（1）了解音频信号传输的基本原理；（2）使用网络传输音频信号，如FTP、HTTP等；（3）了解音频信号传输中的常见问题及解决方法。

四、实验步骤1. 准备实验所需的硬件和软件；2. 采集音频信号，并进行数字化处理；3. 对音频信号进行编辑和效果添加；4. 选择合适的音频编码格式，对音频信号进行压缩编码；5. 使用网络传输音频信号，并进行接收与播放。

五、实验结果与分析1. 实验成功采集并数字化了一段音频信号；2. 通过音频处理软件，对音频信号进行了编辑和效果添加，实现了音频片段的提取、组合、音量调整、音调调整等；3. 使用MP3编码格式对音频信号进行了压缩编码，生成了压缩后的音频文件；4. 通过网络成功传输了音频信号，并进行了接收与播放。

长春理工大学
国家级电工电子实验教学示范中心学生实验报告
——学年第学期
实验课程
实验地点
学院
专业
学号
姓名
从原音频的时域及频域图可以看出原信号的频谱分布主要在(0,7.5*10^3)Hz
引入噪声后其频谱中引入了频率约为12kHz的频率分量，是需要滤除的部分。

由设计的二阶有源低通滤波器的幅频响应曲线可知其对5khz以上的频率有较好的滤除作用。

由滤波以后的频谱可以看出其较好的滤除了噪声而保留了原信号。

滤波后的频谱的傅里叶变换得到的时域波形与原信号的时域波形几乎一致，说明滤波效果较好。

数字信号处理综合报告--数字音频信号的分析与处理级联系统的系统函数为宁可瑞滤波器（Linkwitz-Riley ），由两个巴特沃斯滤波器级联而成。

N 阶巴特沃夫滤波器等效宁可瑞滤波器的设计为了使设计的IIR 滤波器方便在DSP 上实现，常将滤波器转换为二阶节级联的形式。

设计好分频器后，为验证分频后的信号是否正121212l 212()()()()()()()()()B=conv(B ,B )A=conv(A ,A )B z B z B z H z H z Hz A z A z A z ===⇒⎧⇒⎨⎩确，可用白噪声信号作为输入信号，然后对分频后的信号进行频谱分析。

三、仪器设备1.硬件：计算机一台，耳机。

2.软件：MATLAB R2010b四、实验步骤任意选择两种类型的IIR数字滤波器，设计一个二分频的数字分频器，已知系统的采样率为48000Hz。

（1）分频点为2000Hz；（2）要求给出类似图8.3的幅频特性图，分频器的幅频响应平坦，在分频点处最多不能超过3dB的偏差；（3）滤波器必须是二阶节形式；（4）给出相位特性图；（5）用频谱分析的方法验证设计好的分频器；（6）对选用的两种类型的滤波器效果进行对比。

滤波器设计的基本步骤：根据分频点要求初始化参数（截止调用MATLAB函数设计滤波器评估滤波器性能五、数据记录我选择要设计的合成滤波器为ButterWorth IIR滤波器和Linkwitz-Riley IIR 滤波器。

1.设计程序设计程序如下：（以4阶巴特沃斯滤波器、宁可瑞滤波器设计的分频器程序为例（分频器阶数为8阶））%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%设计分频器clear;clc;fs = 48000;%采样频率为48000Hzfc = 2000;%分频点为2000Hzwc = 2 * fc / fs;N = 4; %滤波器阶数，分频器阶数为2*N[BL,AL] = butter(N,wc); %计算巴特沃思低通滤波器系统函数B,A系数[BH,AH] = butter(N,wc,'high'); %计算巴特沃思高通滤波器系统函数B,A系数[magHH,w]=freqz(BH,AH);%计算巴特沃思高通滤波器幅频特性magHH=20*log10(abs(magHH));f=w*fs/(2*pi);%把数字频率w转换为模拟频率f[BL1,AL1] = butter(N/2,wc);[BH1,AH1] = butter(N/2,wc,'high');BL1=conv(BL1,BL1); %计算宁可瑞低通滤波器系统函数B,A系数AL1 = conv(AL1,AL1);BH1=conv(BH1,BH1);%计算宁可瑞高通滤波器系统函数B,A系数AH1 = conv(AH1,AH1);[magHH1,w1]=freqz(BH1,AH1);%计算宁可瑞高通滤波器幅频特性magHH1=20*log10(abs(magHH1));f1=w1*fs/(2*pi);semilogx(f,magHH,'-.r',f1,magHH1,'b');hold on;[magHL,w]=freqz(BL,AL);%计算巴特沃思低通滤波器幅频特性magHL=20*log10(abs(magHL));f=w*fs/(2*pi);[magHL1,w1]=freqz(BL1,AL1);%计算宁可瑞低通滤波器幅频特性magHL1=20*log10(abs(magHL1));f1=w1*fs/(2*pi);semilogx(f,magHL,'-.r',f1,magHL1,'b');hold on;B=conv(BL,AH)+conv(BH,AL); %计算巴特沃思滤波器并联系统的系统函数A=conv(AL,AH);[magH,w]=freqz(B,A); %计算巴特沃思滤波器并联系统幅频特性magH=20*log10(abs(magH));f=w*fs/(2*pi);B1=conv(BL1,AH1)+conv(BH1,AL1); %计算宁可瑞滤波器并联系统的系统函数A1=conv(AL1,AH1);[magH1,w1]=freqz(B1,A1); %计算宁可瑞滤波器并联系统幅频特性magH1=20*log10(abs(magH1));f1=w1*fs/(2*pi);semilogx(f,magH,'-.r',f1,magH1,'b');legend('巴特沃斯滤波器','宁可瑞滤波器');title('IIR分频器的幅度特性');axis([100 20000 -40 10]);hold ongrid on %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %分析巴特沃斯滤波器及其设计的分频器的幅频特性、零极点分布%巴特沃斯低通subplot(2,2,1);zplane(BL,AL);title('巴特沃斯低通滤波器的零极点分布')[HL,wL]=freqz(BL,AL);subplot(2,2,2);plot(wL/pi,abs(HL));title('巴特沃斯低通滤波器的幅度特性')xlabel('\omega/\pi');ylabel('|H(e^j^\omega)|');subplot(2,2,4);plot(wL/pi,angle(HL));xlabel('\omega/\pi');ylabel('\phi(\omega)');title('巴特沃斯低通滤波器的相频特性')%巴特沃斯高通subplot(2,2,1);zplane(BH,AH);title('巴特沃斯高通滤波器的零极点分布')[HH,wH]=freqz(BH,AH);subplot(2,2,2);plot(wH/pi,abs(HH));title('巴特沃斯高通滤波器的幅度特性')xlabel('\omega/\pi');ylabel('|H(e^j^\omega)|');subplot(2,2,4);plot(wH/pi,angle(HH));xlabel('\omega/\pi');ylabel('\phi(\omega)');title('巴特沃斯高通滤波器的相频特性')%设计的分频器subplot(2,2,1);zplane(B,A);title('分频器的零极点分布')[H,w]=freqz(B,A);subplot(2,2,2);plot(w/pi,abs(H));xlabel('\omega/\pi');ylabel('|H(e^j^\omega)|');title('分频器的幅度特性')subplot(2,2,4);plot(w/pi,angle(H));xlabel('\omega/\pi');ylabel('\phi(\omega)');title('分频器的相频特性') %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %分析宁可瑞滤波器及其设计的分频器的幅频特性、零极点分布%宁可瑞低通subplot(2,2,1);zplane(BL1,AL1);title('宁可瑞低通滤波器的零极点分布')[HL1,wL1]=freqz(BL1,AL1);subplot(2,2,2);plot(wL1/pi,abs(HL1));title('宁可瑞低通滤波器的幅度特性')xlabel('\omega/\pi');ylabel('|H(e^j^\omega)|');subplot(2,2,4);plot(wL1/pi,angle(HL));xlabel('\omega/\pi');ylabel('\phi(\omega)');title('宁可瑞低通滤波器的相频特性')%宁可瑞高通subplot(2,2,1);zplane(BH1,AH1);title('宁可瑞高通滤波器的零极点分布')[HH1,wH1]=freqz(BH1,AH1);subplot(2,2,2);plot(wH1/pi,abs(HH1));title('宁可瑞高通滤波器的幅度特性')xlabel('\omega/\pi');ylabel('|H(e^j^\omega)|');subplot(2,2,4);plot(wH1/pi,angle(HH1));xlabel('\omega/\pi');ylabel('\phi(\omega)');title('宁可瑞高通滤波器的相频特性')%设计的分频器subplot(2,2,1);zplane(B1,A1);title('分频器的零极点分布')[H1,w1]=freqz(B1,A1);subplot(2,2,2);plot(w1/pi,abs(H1));xlabel('\omega/\pi');ylabel('|H(e^j^\omega)|');title('分频器的幅度特性')subplot(2,2,4);plot(w1/pi,angle(H));xlabel('\omega/\pi');ylabel('\phi(\omega)');title('分频器的相频特性') %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %滤波效果验证%巴特沃斯设计的分频器滤波效果[hB,g]=tf2sos(B,A) %调用函数tf2sos,将巴特沃斯滤波器设计的分频器转换成二阶节形式[xB,fs,bits]=wavread('E:\white.wav');X=fft(xB,1024);for i=1:size(hB)xB=filter(hB(i,1:3),hB(i,4:6),xB);%二阶节级联形式对白噪声进行滤波处理endwavwrite(xB,fs,bits,'e:\巴特沃斯设计的分频器滤波后信号.wav')%将滤波后的噪声保存YB=fft(xB,1024);k=0:1023;N=1024;wk=2*k/N;subplot(211);plot(wk,abs(X));xlabel('\omega/\pi'); title('原始白噪声信号频谱')subplot(212);plot(wk,abs(YB));xlabel('\omega/\pi');title('巴特沃斯设计的分频器滤波后信号频谱') %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% [hL,gL=tf2sos(B1,A1) %调用函数tf2sos,将宁可瑞滤波器设计的分频器转换成二阶节形式[xL,fs,bits]=wavread('E:\white.wav');X=fft(xL,1024);for i=1:size(hL)xL=filter(hL(i,1:3),hL(i,4:6),xL); %二阶节级联形式对白噪声进行滤波处理endwavwrite(xL,fs,bits,'e:\宁可瑞设计的分频器滤波后信号.wav')%将滤波后的噪声保存YL=fft(xL,1024);k=0:1023;N=1024;wk=2*k/N;subplot(211);plot(wk,abs(X));xlabel('\omega/\pi'); title('原始白噪声信号频谱')subplot(212);plot(wk,abs(YL));xlabel('\omega/\pi');title('宁可瑞设计的分频器滤波后信号频谱') %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%2.图形记录[figure1]两种滤波器设计的分频器的幅度特性曲线：101010-40-35-30-25-20-15-10-50510IIR 分频器的幅度特性巴特沃斯滤波器宁可瑞滤波器[figure2]巴特沃思低通滤波器的零极点分布和幅频特性：-1-0.500.514Real PartI m a g i n a r y P a r t巴特沃斯低通滤波器的零极点分布0.5100.511.5巴特沃斯低通滤波器的幅度特性ω/π|H (e j ω)|0.51-4-2024ω/πφ(ω)巴特沃斯低通滤波器的相频特性[figure3]巴特沃思高通滤波器的零极点分布和幅频特性：-1-0.500.514Real PartI m a g i n a r y P a r t巴特沃斯高通滤波器的零极点分布0.5100.511.5巴特沃斯高通滤波器的幅度特性ω/π|H (e j ω)|0.51-4-2024ω/πφ(ω)巴特沃斯高通滤波器的相频特性[figure4]巴特沃思滤波器设计的分频器的零极点分布和幅频特性：-112222Real PartI m a g i n a r y P a r t分频器的零极点分布00.5111.21.41.61.8ω/π|H (e j ω)|分频器的幅度特性0.51-4-2024ω/πφ(ω)分频器的相频特性[figure5]宁可瑞低通滤波器的零极点分布和幅频特性：-1-0.500.51422Real Part I m a g i n a r y P a r t宁可瑞低通滤波器的零极点分布00.5100.51宁可瑞低通滤波器的幅度特性ω/π|H (e j ω)|0.51-4-2024ω/πφ(ω)宁可瑞低通滤波器的相频特性[figure6]宁可瑞高通滤波器的零极点分布和幅频特性：-1-0.500.51422Real PartI m a g i n a r y P a r t宁可瑞高通滤波器的零极点分布00.5100.51宁可瑞高通滤波器的幅度特性ω/π|H (e j ω)|0.51-4-2024ω/πφ(ω)宁可瑞高通滤波器的相频特性[figure7]宁可瑞滤波器设计的分频器的零极点分布和幅频特性：-1133Real PartI m a g i n a r y P a r t分频器的零极点分布00.511111ω/π|H (e j ω)|分频器的幅度特性0.51-4-2024ω/πφ(ω)分频器的相频特性[figure8]巴特沃思滤波器设计的分频器的滤波效果的频谱分析：00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.8251015ω/π原始白噪声信号频谱00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.8251015ω/π巴特沃斯设计的分频器滤波后信号频谱[figure9]宁可瑞滤波器设计的分频器的滤波效果的频谱分析：00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.8251015ω/π原始白噪声信号频谱00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.8251015ω/π宁可瑞设计的分频器滤波后信号频谱[figure10]将白噪声音频文件通过分频器处理后保存为wav 文件：3.数据记录[hB,g]=tf2sos(B,A) %将巴特沃斯滤波器设计的分频器转换成二阶节形式得到数据：1.0000-2.3646 1.4480 1.0000-1.55900.61401.0000-1.55910.6141 1.0000-1.55910.6141h g = 0.70971.0000-1.63300.6906 1.0000-1.75770.81981.0000-1.75780.8198 1.0000-1.75780.8198B ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦[hL,gL]=tf2sos(B1,A1) %将宁可瑞滤波器设计的分频器转换成二阶节形式 得到数据：1.0000-2.3646 1.4480 1.0000-1.63060.68861.0000-1.63290.6905 1.0000-1.63330.69050.69061.0000-1.63290.6906 1.0000-1.63270.69071.0000-1.63310.6907 1.0000-1.63540.6926hL gL ⎡⎤⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎣⎦六、实验结果讨论1.对巴特沃思滤波器设计的分频器及滤波效果进行讨论根据调用tf2sos 函数得到的数据可以得出二阶节级联形式的分频器的系统函数：1212121212121212(1 2.3646 1.448z )(1 1.55910.6141z )(1-1.6330+0.6906z )(1-1.7578+0.8198z )(z)0.7097(1-1.5590+0.6140z )(1-1.5591+0.6141z )(1-1.7577+0.8198z )(1-1.7578+0.8198z )z z z z H z z z z -----------------+-+=从[figure1]分频器的幅度特性曲线可以看出巴特沃思滤波器设计的分频器整体较为平整，高低通并联而成的分频器系统在分频点2000hz 的地方有3dB 左右的偏差。

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。