基于MATLAB的音乐信号处理和分析.doc

基于MATLAB的音乐信号处理和分析一、设计题目:基于MATLAB的音乐信号处理和分析二、设计目的:通过对音乐信号的采样、抽取、调制、解调等多种处理过程的理论分析和MATLAB实现进一步巩固数字信号处理的基本概念、理论、分析方法和实现方法;对已掌握的基本理论和分析方法知识得到进一步扩展;增强软件编程实现能力和解决实际问题的能力。三、课程设计内容:1、音乐信号的音谱和频谱观察使用windows下的录音机录制一段音乐信号或采用其它软件截取一段音乐信号(要求:时间不超过5s、文件格式为wav文件)①使用wavread语句读取音乐信号,获取抽样率;(注意:读取的信号是双声道信号,即为双列向量,需要分列处理);②输出音乐信号的波形和频谱,观察现象;③使用sound语句播放音乐信号,注意不同抽样率下的音调变化,解释现象。2、音乐信号的抽取(减抽样)①观察音乐信号频率上限,选择适当的抽取间隔对信号进行减抽样(给出两种抽取间隔,代表混叠与非混叠);②输出减抽样音乐信号的波形和频谱,观察现象,给出理论解释;③播放减抽样音乐信号,注意抽样率的改变,比较不同抽取间隔下的声音,解释现象。3、音乐信号的AM调制①观察音乐信号频率上限,选择适当调制频率对信号进行调制(给出高、低两种调制频率);②输出调制信号的波形和频谱,观察现象,给出理论解释;③播放调制音乐信号,注意不同调制频率下的声音,解释现象。4、AM调制音乐信号的同步解调①设计巴特沃斯IIR滤波器完成同步解调;观察滤波器频率响应曲线;②用窗函数法设计FIR滤波器完成同步解调,观察滤波器频率响应曲线;(要求:分别使用矩形窗和布莱克曼窗,进行比较);③输出解调信号的波形和频谱,观察现象,给出理论解释;④播放解调音乐信号,比较不同滤波器下的声音,解释现象。5、音乐信号的滤波去噪①,频率为3kHz、5kHz、8kHz的三余弦混合噪声,观察噪声频谱以及加噪后音乐信号的音谱和频谱,并播放音乐,感受噪声对音乐信号的影响;②(可用rand语句产生),观察噪声频谱以及加噪后音乐信号的音谱和频谱,并播放音乐,感受噪声对音乐信号的影响;③根据步骤①、②观察到的频谱,选择合适指标设计滤波器进行滤波去噪,观察去噪后信号音谱和频谱,并播放音乐,解释现象。四、程序设计及分析1、音乐信号的音谱和频谱观察(一)程序段如下:closeallclearallclc[y,fs,b]=wavread('2');l=length(y);n=0:l-1;y1=y(:,1);subplot(2,1,1);plot(y1);gridon;title('抽样后时域特性');%听取抽样后的wav音乐sound(y1,fs);fy1=fft(y1);w1=n*2/l;subplot(2,1,2);plot(w1,abs(fy1));gridon;title('抽样后频域特性');(二)windows的抽样率为:44100(三)输出信号的波形如下:(四)在不同抽样率下的音调变化为:抽样率越大,音调越高2、音乐信号的抽取(减抽样)(一)程序设计如下:d=5;j=0;fori=1:d:l;j=j+1;y2(j)=y1(i);endfigure:subplot(2,1,1);plot(y2);gridon;title('减抽样后的时域特性');fy2=fft(y2);subplot(2,1,2);plot(abs(fy2));gridon;title('减抽样后的频域特性');sound(y2,fs/d);(二)、观察到信号的频率上限大约为48000hz,测试后发现d取值界限为4,大于4之后出现混叠现象(三)、输出的图形如下:(四),当抽取间隔变大后会出现混叠现象,听取声音是发现,音乐在时域的信息有增加,长度变长3、音乐信号的AM调制与同步解调(一)、设计程序如下%%%%%%%%%调制cs=cos(*pi*n);f=y1.*cs';figure;subplot(2,2,1);plot(f);title('调制后信号时域特性');gridon;F=fft(f);subplot(2,2,2);plot(w1,abs(F));title('调制后信号频域信号');gridon;%sound(f,fs);%%%%%%%%%解调y0=f.*cs';subplot(2,2,3);plot(y0);title('解调后信号时域特性');F0=fft(y0);subplot(2,2,4);plot(w1,abs(F0));title('解调后频域特性');gridon;%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%,(二)、高频时的输出图形为:低频时的输出波形为:(三