音频的采集及分析处理文档格式.docx
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首先是语音信号的采集，利用录音软件录取三个实验者的声音。
其次是对录取的语音信号进行格式的转换，统一转换为MP3格式。
最后是利用MATLAB对语音信号进行时域和频域分析与处理。
项目最终研究结果成功将采集的人声区分，并通过改变采样频率对声音做了处理，使其相较与源语音发生了较大变化。
关键词：
语音采集，时域分析，频域分析，MATLAB
1、语音采集
1.1题目
Computercanconvertanalogsignalstodigitalsignalsbysamplingthevoiceorthevideo.Thesentenceof"
mechanicalengineeringmeasurementandcontroltechnology"
mustbereadbymorethan3peopleandberecordedundertheconditionofdifferentenvironmentalnoiseusingmicrophoneandsoundcardincomputer.
First,therecordedvoiceisconvertedintoadatafileASCIItextwiththehelpofprofessionalsoftware,thenspectrumanalysisisprocessedandthefigureintimedomainandfrequencydomainisdrawn.
Recordingsoftware,suchas:
蓝光影音MP3录音机
MatlabprogramofreadingMP3files:
mp3readwrite
Discussion：
1）
UnderstandthesamplingfrequencyanditseffectonqualityfortheAPE,MP3andWMAaudioformatfile.
2）
Howtosetthesamplingfrequency（采样频率）?
whatistheappropriatesamplinglength（采样长度）?
3）
Accordingtoyouranalysis,howtodistinguishspeechsoundofdifferentpeople?
4）
Whatmeasurescanbetakentomakeyourspeechsoundidentifieddifficultlybyothers?
1.2原始信号采集与处理
通过手机自带录音功能，录取三位实验者的“机械工程测试与控制系统”语句，得到三个语音文件‘zb.m4a’,‘hdh.m4a’,‘lxy.m4a’。
2、语音信号的分析处理
2.1语音格式转换
通过参考函数‘mp3write’，将m4a格式转换为mp3格式。
在读取语音文件时，注意到MATLABR2014版本函数库中有读取语音函数‘audioread’，该函数支持mp3格式语音的读取，所以在程序中没有使用提供的函数‘mp3read’。
转换完成保存。
2.2时域与频域的分析处理
对获取的信号绘制时域波形，并通过FFT绘制频域波形。
图
（1）实验者zb语音的时域波形和幅频谱图
图
（2）实验者hdh语音的时域波形和幅频谱图
图（3）实验者lxy语音的时域波形和幅频谱图
3、讨论
3.1采样频率的影响
采样时在模数转换过程中以一定规律，如时间间隔，对连续时间信号进行取值的过程。
其数学描述就是用间隔为Ts的周期单位脉冲序列g（t）去乘以模拟信号x（t）。
g（t）可写为
（）
由函数性质可知
（）
说明经时域采样后，各采样点的信号幅值为，其中Ts为采样间隔，为采样频率。
3.2采样频率的设置及采样长度的确定
通过MATLAB中函数获得录取语音的采样频率为48000Hz。
通过查阅资料知道人声音的频率一般是20~4000Hz，当Fs=48000Hz时，满足采样定理，所以这样设置采样频率合理。
根据图
（1）
（2）（3）可以看出，这样设置采样频率获得的图像时全保真的。
采样长度取决于录音的时间长短，但不易过短，过短不能完整体现整个语音长度的特征，过长会增加运算量，增加计算机负担。
3.3区分不同的声音
不同的实验者，其说话声音的响度和音调不同，反应到时域上就是信号幅值的不同，反应到频域上就是特征频率在频谱图上的分布不同。
三个实验者均为男生，录制环境为图书馆，通过图
（1）
（2）（3）可以看出，不同实验者时域图的区别即为振幅的差异，频域图的区别为声音特征频率的分布不同，三个实验者语音的特征频率分布大致集中在250Hz左右。
理论上，区分不同人声的主要靠特征频率的不同，但实验对象均为男生，音调比较接近，在频谱图上看不出太大区别，但每个人的音调是不能改编的，所以用频率特征区分不同人声比较准确。
虽然三个实验者的时域波形有较大差异，但只要改变讲话者的说话轻重，就能改变时域波形，所以时域特征不能用来区分不同的声音。
3.4让声音没有区分度的方法
利用改变采样频率的处理方法，可使源语音的特征频率改变。
如图
图（4）Fs=48000Hz时的时域图和频域图
图（5）Fs=60000Hz时的时域图和频域图
图（6）Fs=60000Hz时的时域图和频域图
通过对比图（4）（5）（6）中的频域图，可以看出随着采样频率的增大（减小），对应语音的特征频率也增大（减小），即语音的音调改变。
利用MATLAB中的函数‘sound’可明显的听出语音音调的变化。
致谢
感谢胡建中老师在测试系统学习方面给我的教导和帮助，在我做项目的过程中为我答疑解惑，解决难题，使我能够顺利完成项目内容。
参考文献：
1.贾平民，张洪亭主编.测试技术（第二版）.北京：
高等教育出版社.2012.31-69
2.DanEllis，demo_mp3readwrite[EB/OL].2009.
附录:
matlab程序代码
[x,fs]=audioread（'
zb.m4a'
）;
mp3write（x,fs,'
zb.mp3'
）
%readmp3formatfile
Fs=48000;
%samplingfrequency
L=length（x）;
t=（0:
L-1）/Fs;
subplot（211）;
plot（t,x）;
title（'
zb.mp3waveformoftimedomain'
xlabel（'
time/s'
ylabel（'
amplitude'
Y=fft（x,L）*2;
f=Fs/L*（0:
1:
L-1）;
A=abs（Y）;
%amplitude
P=angle（Y）;
%phase
subplot（212）;
plot（f（1:
L/2）,A（1:
L/2））;
frequencyspectrumofFs=48000'
f（Hz）'
axis（[040000200]）;
sound（x,Fs）;
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