《数字信号处理》课程设计基于MATLAB的音乐信号处理和分析Word格式文档下载.docx
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plot（Y）;
%显示音乐信号的波形和频谱
sound（Y,FS）;
%听音乐（按照原来的抽样率）
Y1=Y（:
1）;
%由双声道信号变为单声道信号
size（Y1）
figure
subplot（2,1,1）;
%显示原信号波形
N=length（Y1）;
f1=fft（Y1）;
%傅立叶变换
w=2/N*[0:
N/2-1];
subplot（2,1,2）;
plot（w,abs（f1（1:
N/2）））;
%显示波形
原信号的波形和频谱图
实验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；
播放减抽样音乐信号，注意抽样率的变化，比较不同抽取间隔下的声音，解释现象
程序如下
D=;
j=0;
%减抽样，D表示抽样间隔（10倍和100倍）
fori=1:
D:
length（Y1）%I表示开始减抽样的起始点
j=j+1;
Y2（j）=Y1（i）;
%Y2减抽样后的信号
end
N1=length（Y2）;
F1=fft（Y1）;
F2=fft（Y2）;
w1=2/N*[0:
N-1];
w2=2/N1*[0:
N1-1];
subplot（4,1,1）;
plot（Y1）;
%显示原单声道信号波形和频谱
subplot（4,1,2）;
plot（Y2）;
%图显示抽样信号波形和频谱
subplot（4,1,3）;
plot（w1,abs（F1））;
%显示原单声道信号fft变换后的波形和频谱
subplot（4,1,4）;
plot（w2,abs（F2））;
%显示抽样信号快速fft变换后的波形和频谱
sound（Y2,FS）%声音低沉，而且不是很清晰。
有一些声音信号丢失，%抽样率越高，声音越听不清晰，
图2（（10倍）图中由上而下依次为原单声道波形、抽样后波形、原单快速fft变换波形、抽样信号快速fft变换波形
图2（（100倍）图中由上而下依次为原单声道波形、抽样后波形、原单声道
快速fft变换波形、抽样信号快速fft变换波形）
实验3音乐信号的AM调制
1 观察音乐信号的频率上限，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；
播放调制音乐信号，注意不同调制频率下的声音，解释现象。
程序如下：
subplot（2,2,1）;
plot（w1,abs（F1（1:
N1=0:
N-1;
Y2=cos（N1*pi/8）;
%设置高频调制信号
N2=length（Y2）
w2=2/N2*[0:
N2/2-1];
subplot（2,2,2）;
plot（w2,abs（F2（1:
N2/2）））;
subplot（2,2,3）;
stem（（0:
64）,Y2（1:
65））;
F=Y1.*Y2'
;
%利用高频调制信号调制单列音乐信号
N3=length（F）;
F3=fft（F）;
w3=2/N3*[0:
N3-1];
subplot（2,2,4）;
plot（w3,abs（F3））;
sound（F,FS）%未混叠时，声音尖锐，不清晰，刺耳
%混叠时，声音轻，只有淡淡的音调，基本没有起伏，不清晰。
（未混叠）图中由左到右依次为原音乐的傅立叶变换COS函数的频谱图
COS函数离散信号AM调制的后的波形
（混叠）图中由左到右依次为原音乐的傅立叶变换COS函数的频谱图
实验4AM调制音乐信号同步解调
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；
（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图，观察现象，给出理论解释；
播放解调音乐信号，比较不同滤波器下的声音，解释现象。
巴特沃斯IIR滤波器
程序如下
clearall;
closeall;
clc
F2=F.*Y2'
%音乐信号调制
wp=0.18;
ws=0.25;
rp=1;
rs=50;
%设计巴特沃斯IIR滤波器
[N4,Wc]=buttord（wp,ws,rp,rs）;
[B,A]=butter（N4,Wc）;
[Hd,w]=freqz（B,A）;
plot（w/pi,abs（Hd））;
F3=filter（B,A,F2）;
%解调音乐信号
N4=length（F3）;
F4=fft（F3）;
w4=2/N4*[0:
N4/2-1];
plot（w4,abs（F4（1:
N4/2）））;
sound（F3,FS）%声音清晰，基本和原来的音乐差不多，但是音乐开始有一点点杂音。
巴特沃斯IIR滤波器频率响应曲线及解调后的波形
矩形窗和布莱克曼窗
functionhd=ideal（N,wc）
forn=0:
N-1
ifn==（N-1）/2
hd（n+1）=wc/pi;
elsehd（n+1）=sin（wc*（n-（N-1）/2））/（pi*（n-（N-1）/2））;
end
（将上述程序保存为ideal.m,但是不能运行。
然后在打开新窗口编写下列主程序）
%调制音乐信号
N=89;
wc=pi/0.22;
%矩形和布莱克曼窗
hd=ideal（N,wc）;
w1=boxcar（N）;
w2=blackman（N）;
h1=hd.*w1'
h2=hd.*w2'
N1=length（h1）;
N2=length（h2）;
fh1=fft（h1）;
fh2=fft（h2）;
ww1=2/N1*（0:
（N1-1）/2）;
ww2=2/N2*（0:
（N2-1）/2）;
plot（ww1,abs（fh1（1:
（N1-1）/2+1）））;
plot（ww2,abs（fh2（1:
F3=conv（F2,h1）;
F4=conv（F2,h2）;
M1=length（F3）;
M2=length（F4）;
fy1=fft（F3）;
fy2=fft（F4）;
w3=2/M1*[0:
M1/2-1];
w4=2/M2*[0:
M2/2-1];
plot（w3,abs（fy1（1:
M1/2）））;
plot（w4,abs（fy2（1:
M2/2）））;
sound（F3,FS）%音乐信号清晰，有杂音，低沉.
滤波器频率响应曲线
解调后波形
5、音乐信号的滤波去噪
1 给出原始音乐信号叠加幅度为0.05，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 给原始音乐信号叠加幅度为0.5的随机白噪声（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；
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。
三余弦混合噪声：
[x,fs,nbits]=wavread（'
x1=x（:
%获取单列音乐信号并对其做FFT变换
N1=length（x1）;
fx1=fft（x1）;
w1=2/N1*[0:
N1/2-1];
n=0:
N1-1;
y=0.05*（cos（2*pi*n*3000/fs）+cos（2*pi*n*5000/fs）+cos（2*pi*n*8000/fs））;
%设计三余弦混合噪声信号
N2=length（y）;
%对三余弦混合噪声信号做FFT变换
fy=fft（y）;
w2=2/N2*（0:
N2/2-1）*fs/2;
hdx=x1+y'
%产生加噪后的音乐信号并对其做FFT变换
M=length（hdx）;
fhdx=fft（hdx）;
w3=2/M*（0:
M/2-1）;
figure%画出单列信号音乐信号的频谱图、三余弦混合噪声信号的离散信号图
%及其频谱图和加噪后音乐信号的频谱图
plot（w1,abs（fx1（1:
N1/2）））;
127）,y（1:
128））;
plot（w2,abs（fy（1:
plot（w3,abs（fhdx（1:
M/2）））;
sound（hdx,fs）;
%音乐信号有电流声，而且噪声比较明显。
wp=0.1;
ws=0.15;
%设计巴特沃斯滤波器
lohdx=filter（B,A,hdx）;
%利用巴特沃斯滤波器对加噪后音乐信号进行滤波并对其做%FFT变换
M1=length（lohdx）;
flohdx=fft（lohdx）;
w4=2/M1*（0:
M1/2-1）;
figure%画出加噪后音乐信号的音频图、巴特沃斯滤波器的频率响应曲线
%和滤波后音乐信号的频谱图
subplot（3,1,1）;
plot（hdx）;
subplot（3,1,2）;
subplot（3,1,3）;
plot（w4,abs（flohdx（1:
sound（lohdx,fs）;
%滤波后音乐信号比较低沉，较清晰。
单列信号音乐信号的频谱图、三余弦混合噪声信号的离散信号图
及其频谱图、加噪后音乐信号的频谱图
加噪后音乐信号的音频图、巴特沃斯滤波器的频率响应曲线
和滤波后音乐信号的频谱图
白噪声：
ry=rand（size（x1））-0.5;
%产生随机白噪声信号并对其做FFT变换
N=length（ry）;
fry=fft（ry）;
w=2/N*（0:
N-1）;
xry=x1+ry;
%产生加噪后的音乐信号并对其做FFT变换
NN=length（xry）
fxry=fft（xry）;
ww=2/NN*（0:
NN/2-1）;
figure%画出单列信号音乐信号的频谱图、随机白噪声信号的音频图
plot（ry）;
plot（w,abs（fry））;
plot（ww,abs（fxry（1:
NN/2）））;
sound（xry,fs）;
%声音信号有沙沙声。
loxry=filter（B,A,xry）;
%利用巴特沃斯滤波器对加噪后音乐信号进行滤波并对%其做FFT变换
NN1=length（loxry）;
floxry=fft（loxry）;
ww1=2/NN1*（0:
NN1/2-1）;
plot（xry）
plot（ww1,abs（floxry（1:
NN1/2）））;
%sound（loxry,fs）;
%音乐信号低沉，但是沙沙声还是没有滤除。
但是较为减轻
单列信号音乐信号的频谱图、随机白噪声信号的音频图
及其频谱图和加噪后音乐信号的频谱图
画出加噪后音乐信号的音频图、巴特沃斯滤波器的频率响应曲线
6、音乐信号的幅频滤波及相频分析
1 设计低通滤波器（可自行选取不同的截止频率），滤除原始音乐信号的高频信息，观察滤波前后的幅度频谱，并比较滤波前后的音乐效果，感受高频信息对音乐信号的影响；
2 设计高通滤波器（可自行选取不同的截止频率），滤除原始音乐信号的低频信息，观察滤波前后的幅度频谱，并比较滤波前后的音乐效果，感受低频信息对音乐信号的影响；
3 选取两段不同的音乐信号，分别将其幅度谱与相位谱交叉组合构成新的音乐信号，播放比较组合后的音乐与原始音乐，感受相频信息对音乐信号的影响。
程序如下;
滤除高频信息的程序：
clearall;
N=length（x1）;
w1=2/N*（0:
N/2-1）;
wp=0.01;
ws=0.06;
lox1=filter（B,A,x1）;
%使用巴特沃斯滤波器滤除音乐信号的高频部分并对所得
%音乐信号做FFT变换
N1=length（lox1）;
flox1=fft（lox1）;
w2=2/N1*（0:
N1/2-1）;
figure%画出单列音乐信号的频谱图、巴特沃斯滤波器的频率响应曲线和滤除
%高频后的音乐信号的频谱图
plot（w2,abs（flox1（1:
sound（x1,fs）;
%播放单列音乐信号和滤除高频后的音乐信号
sound（lox1,fs）；
%声音清晰
单列音乐信号的频谱图、巴特沃斯滤波器的频率响应曲线、
滤除高频后的音乐信号的频谱图
滤除低频信息的程序：
wp=0.2;
ws=0.05;
%设计巴特沃斯高通滤波器
[B,A]=butter（N4,Wc,'
high'
%使用巴特沃斯滤波器滤除音乐信号的低频部分并对所得音乐信号做FFT变换
figure%画出单列音乐信号的频谱图、巴特沃斯滤波器的频率响应曲
%线和滤除低频后的音乐信号的频谱图
sound（lox1,fs）;
%声音低，不清晰。
交叉组合音乐
钢琴曲-雨的印记5s'
[y,fs,nbits]=wavread（'
y1=y（:
x2=x1（1:
200000）%取音乐长度
Nx2=length（x2）;
y2=y1（1:
200000）;
Ny2=length（y2）;
x3=fft（x2）;
y3=fft（y2）;
w1=2/Nx2*[0:
Nx2-1];
w2=2/Ny2*[0:
Ny2-1];
Fx1=abs（x3）;
%选取第一个音乐信号的幅度和第二个音乐信号%的相位
Ay1=angle（y3）;
F4=Fx1.*exp（j*Ay1）;
X4=ifft（F4）;
NF4=length（F4）;
F5=fft（F4）;
w3=2/NF4*[0:
NF4-1];
sound（real（X4）,fs）;
figure
plot（w1,abs（x3））;
plot（w2,abs（y3））;
plot（w3,abs（F5））;
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