数字信号 音乐声处理.docx

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数字信号音乐声处理

课程设计报告

课程名称数字信号处理

课题名称音乐声处理

专业通信工程

班级

学号

姓名

指导教师彭祯罗敬

2013年9月8日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称数字信号处理

课题音乐声处理

专业班级

学生姓名

学号

指导老师彭祯罗敬

审批

任务书下达日期2013年9月1日

任务完成日期2013年9月8日

1课程设计题目与目的

通过对常用数字滤波器的设计和实现，掌握数字信号处理的工作原理及设计方法；熟悉设计数字滤波器的方法，掌握利用数字滤波器对信号进行滤波的方法，掌握数字滤波器的计算机仿真，并能够对设计结果加以分析。

几乎所有的音乐节目都分两阶段产生，每个单独的乐器声音都录制到单轨中，然后对每个轨道信号进行处理，以增加特殊音效并合成。

用数字信号处理技术实现声音信号的回声生成、混响与和声。

2课程设计的原理

2.1单回声滤波器

回音可以由简单的延时单元产生。

直达声和在R抽样周期后出现的一种单个回音，可以用FIR滤波器产生，微分方程为：

y[n]=x[n]+αx[n-R]|α|<1

传输函数为：

H（z）=1+αz-R

传递函数的幅频响应形状象梳子，这种滤波器又叫梳状滤波器。

2.2多重回声滤波器

为了产生以间隔R个抽样周期分开的具有指数衰减振幅的多重回声，可用一个以下形式传输函数的FIR滤波器：

无限个振幅以指数衰减间隔为R个抽样周期的多重回声可用以下形式传输函数的IIR滤波器生成：

IIR多重回声滤波器的基本频率FR=Fs/R，通常锁定在伴音设备的基频上，比如基鼓拍子。

2.3混响

声音在一个封闭的空间中到达听众时，包含几个部分：

直达声、早期的反射和混响。

早期的反射由几个空间上邻近的直达声的基本延迟和衰减组成，而混响则由密集的回声组成。

上述多重回声滤波器不能提供自然声音混响。

由其幅频特性可知，其幅度响应对于所有频率不是常数，收听效果不能令人满意。

其次每秒回声数量太少会引起合成声的颤动，需要每秒约1000个回音才能生成没有颤动的反射声。

为了生成更真实的混响，提出一种有全通结构的混响器，传输函数为：

自然声音混响可由全通混响器和多重回响互联。

系统框图如下图所示：

3课程设计设计步骤及结果分析

3.1设计步骤

（1）录制一个声音信号，对声音信号做延迟单元，产生回声，再与原信号做叠加，产生回声效果。

取同一声音信号，通过全通滤波器，使该信号获得不同的延时，将信号叠加，模仿出自然声音混响，这里设计了两个全通滤波器，根据需求可增加全通滤波器个数，以达到更好的效果。

利用Windows自带的录音机，录制一段自己的话音，时间在10s内，存为*.WAV的文件。

然后在Matlab软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数

（2）设计单回声滤波器，实现单回声效果。

给出单回声滤波器冲激响应及幅频响应。

给出加入单回声前后信号频谱。

（3）设计多重回声滤波器，实现多重回声效果。

给出多重回声滤波器冲激响应及幅频响应。

给出加入多重回声后信号频谱。

设计全通混响器，实现混响效果。

给出全通滤波器冲激响应及幅频响应。

给出加入全通滤波器后信号频谱。

3.2结果分析

3.2.1单回声滤波器

clc,clear,closeall

[x,fs,bits]=wavread（'123.wav'）;

wavplay（x,fs）;

pause（5）;

a=0.8;

R=5000;

num=[1,zeros（1,R-1）,0.8];

den=[1];

y=filter（num,den,x）;

wavplay（y,fs）;

pause（5）;

x1=fft（x）;

subplot（3,2,1）;

plot（abs（x1））;

title（'单回声前信号幅频响应'）;

subplot（3,2,2）;

plot（angle（x1））;

title（'单回声前相频响应'）;

y1=fft（y）;

subplot（3,2,3）;

plot（abs（y1））;

title（'单回声后信号幅频响应'）;

subplot（3,2,4）;

plot（angle（y1））;

title（'单回声后信号相频响应'）;

[h,w]=freqz（num,den）;

subplot（3,2,5）;

plot（abs（h））;

title（'单回声滤波器幅频响应'）;

y2=ifft（h）;

subplot（3,2,6）;

stem（abs（y2））;

title（'单回声滤波器冲激响应'）;

3.2.2多重回声滤波器

clc,clear,closeall

[x,fs,bits]=wavread（'123.wav'）;

wavplay（x,fs）;

pause（5）;

N=5;

a=0.8;

R=8000;

num=[1,zeros（1,N*R-1）,-0.8^N];

den=[1,zeros（1,R-1）,-0.8];

z=filter（num,den,x）;

wavplay（z,fs）;

z1=fft（z）;

subplot（2,2,1）;

plot（abs（z1））;

title（'多重回声后幅频响应'）;

subplot（2,2,2）;

plot（angle（z1））;

title（'多重回声后相频响应'）;

[h,w]=freqz（num,den）;

subplot（2,2,3）;

plot（abs（h））;

title（'多重回声滤波器幅频响应'）;

z2=ifft（h）;

subplot（2,2,4）;

stem（abs（z2））;

title（'多重回声滤波器冲激响应'）;

3.2.3全通滤波器

clc,clear,closeall

[x,fs,bits]=wavread（'123.wav'）;

wavplay（x,fs）;

pause（5）;

subplot（2,2,1）;

[h,w]=freqz（num,den）;

plot（abs（h））;

title（'全通滤波器幅频响应'）;

y1=ifft（h）;

subplot（2,2,2）;

stem（abs（y1））;

title（'全通滤波器冲激响应'）;

y2=fft（y）;

subplot（2,2,3）;

plot（abs（y2））;

title（'全通滤波后信号幅频响应'）;

subplot（2,2,4）;

plot（angle（y2））;

title（'全通滤波后信号相频响应'）;

3.2.4自然混响

clc,clear,closeall

[x,fs,bits]=wavread（'123.wav'）;

wavplay（x,fs）;

pause（5）;

N1=3;

a1=0.6;

R1=2000;

num1=[1,zeros（1,N1*R1-1）,-0.6^N1];

den1=[1,zeros（1,R1-1）,-0.6];

p1=filter（num1,den1,x）;

%多重回声滤波器2

N2=4;

a2=0.7;

R2=2000;

num2=[1,zeros（1,N2*R2-1）,-0.7^N2];

den2=[1,zeros（1,R2-1）,-0.7];

p2=filter（num2,den2,x）;

N3=5;

a3=0.7;

R3=2000;

num3=[1,zeros（1,N3*R3-1）,-0.7^N3];

den3=[1,zeros（1,R3-1）,-0.7];

p3=filter（num3,den3,x）;

N4=6;

a4=0.8;

R4=1900;

num4=[1,zeros（1,N4*R4-1）,-0.8^N4];

den4=[1,zeros（1,R4-1）,-0.8];

p4=filter（num4,den4,x）;

p8=p1+p2+p3+p4;

a8=0.8;

R8=1100;

num11=[0.8,zeros（1,R8-1）,1];

den11=[1,zeros（1,R8-1）,0.8];

p5=filter（num11,den11,p8）;

a9=0.7;

R9=2300;

num12=[0.7,zeros（1,R9-1）,1];

den12=[1,zeros（1,R9-1）,0.7];

p6=filter（num12,den12,p5）;

y=x+p6;

wavplay（y,fs）;

3.2实验结果分析

通过实验得到的频谱图分析发现，多重回声效果较单回声效果更加明显，如果延时调试得当，会得到很好的回声效果，产生类似在音乐厅的效果，自然混响的效果则较前两者更加明显。

4心得体会

附件：

clc,clear,closeall

[x,fs,bits]=wavread（'zuguo.wav'）;

wavplay（x,fs）;

pause（5）;

a=0.8;

R=5000;

num=[1,zeros（1,R-1）,0.8];

den=[1];

y=filter（num,den,x）;

wavplay（y,fs）;

pause（5）;

x1=fft（x）;

subplot（3,2,1）;

plot（abs（x1））;

title（'单回声前信号幅频响应'）;

subplot（3,2,2）;

plot（angle（x1））;

title（'单回声前相频响应'）;

y1=fft（y）;

subplot（3,2,3）;

plot（abs（y1））;

title（'单回声后信号幅频响应'）;

subplot（3,2,4）;

plot（angle（y1））;

title（'单回声后信号相频响应'）;

[h,w]=freqz（num,den）;

subplot（3,2,5）;

plot（abs（h））;

title（'单回声滤波器幅频响应'）;

y2=ifft（h）;

subplot（3,2,6）;

stem（abs（y2））;

title（'单回声滤波器冲激响应'）;

N=5;

a=0.8;

R=8000;

num=[1,zeros（1,N*R-1）,-0.8^N];

den=[1,zeros（1,R-1）,-0.8];

z=filter（num,den,x）;

wavplay（z,fs）;

z1=fft（z）;

subplot（2,2,1）;

plot（abs（z1））;

title（'多重回声后幅频响应'）;

subplot（2,2,2）;

plot（angle（z1））;

title（'多重回声后相频响应'）;

[h,w]=freqz（num,den）;

subplot（2,2,3）;

plot（abs（h））;

title（'多重回声滤波器幅频响应'）;

z2=ifft（h）;

subplot（2,2,4）;

stem（abs（z2））;

title（'多重回声滤波器冲激响应'）;

a=0.7;

R=7000;

num=[0.7,zeros（1,R-1）,1];

den=[1,zeros（1,R-1）,0.7];

y=filter（num,den,x）;

wavplay（y,fs）;

subplot（2,2,1）;

[h,w]=freqz（num,den）;

plot（abs（h））;

title（'全通滤波器幅频响应'）;

y1=ifft（h）;

subplot（2,2,2）;

stem（abs（y1））;

title（'全通滤波器冲激响应'）;

y2=fft（y）;

subplot（2,2,3）;

plot（abs（y2））;

title（'全通滤波后信号幅频响应'）;

subplot（2,2,4）;

plot（angle（y2））;

title（'全通滤波后信号相频响应'）;

%多重回声滤波器1

N1=3;

a1=0.6;

R1=2000;

num1=[1,zeros（1,N1*R1-1）,-0.6^N1];

den1=[1,zeros（1,R1-1）,-0.6];

p1=filter（num1,den1,x）;

%多重回声滤波器2

N2=4;

a2=0.7;

R2=2000;

num2=[1,zeros（1,N2*R2-1）,-0.7^N2];

den2=[1,zeros（1,R2-1）,-0.7];

p2=filter（num2,den2,x）;

%多重回声滤波器3

N3=5;

a3=0.7;

R3=2000;

num3=[1,zeros（1,N3*R3-1）,-0.7^N3];

den3=[1,zeros（1,R3-1）,-0.7];

p3=filter（num3,den3,x）;

%多重回声滤波器4

N4=6;

a4=0.8;

R4=1900;

num4=[1,zeros（1,N4*R4-1）,-0.8^N4];

den4=[1,zeros（1,R4-1）,-0.8];

p4=filter（num4,den4,x）;

p8=p1+p2+p3+p4;

%全通滤波器1

a8=0.8;

R8=1100;

num11=[0.8,zeros（1,R8-1）,1];

den11=[1,zeros（1,R8-1）,0.8];

p5=filter（num11,den11,p8）;

%全通滤波器2

a9=0.7;

R9=2300;

num12=[0.7,zeros（1,R9-1）,1];

den12=[1,zeros（1,R9-1）,0.7];

p6=filter（num12,den12,p5）;

y=x+p6;

wavplay（y,fs）;

[h1,w1]=freqz（num1,den1）;

[h2,w2]=freqz（num2,den2）;

[h3,w3]=freqz（num3,den3）;

[h4,w4]=freqz（num4,den4）;

[h5,w5]=freqz（num11,den11）;

[h6,w6]=freqz（num12,den12）;

H=（h1+h2+h3+h4）.*h5.*h6;

subplot（2,1,1）;

plot（abs（H））;

title（'自然混响幅频响应'）;

u=ifft（H）;

subplot（2,1,2）;

stem（abs（u））;

title（'自然混响冲激响应'）;

六、评分表

课题名称：

数字滤波器设计及在心电信号滤波中的应用

项目

评价

设计方案的合理性与创造性

设计与调试结果

设计说明书的质量

答辩陈述与回答问题情况

课程设计周表现情况

综合成绩

教师签名：

日期：