1、20134414通信01班葉漢霆數(shù)字信號處理課外實驗設(shè)計 音頻采樣和頻譜混疊課程名稱： 數(shù)字信號處理 院 系： 通信工程學(xué)院 專 業(yè)： 通信01班 年 級： 2013級 姓 名： 葉漢霆 學(xué) 號： 20134414 指導(dǎo)教師： 吳華 實驗時間： 2015.11.26 重慶大學(xué)一、 實驗?zāi)康模?、熟悉MATLAB語言的基本用法；2、掌握MATLAB語言中音頻數(shù)據(jù)與信息的讀取與播放方法；3、掌握在MATLAB中設(shè)計濾波器的方法；4、掌握MATLAB語言中信號頻譜的繪制方法。5、對采樣定理進行初步驗證，體會頻譜混疊現(xiàn)象，并大致確定音頻信號的最低采樣頻率。二、 實驗原理：現(xiàn)實當(dāng)中遇到的絕大多數(shù)信號都是

2、連續(xù)的，即所謂的連續(xù)信號。如語音、圖像、溫度壓力電流等都是模擬信號。要利用數(shù)字信號處理技術(shù)實現(xiàn)對這些信號的處理，需要借助對這些信號的處理，需要借助A/D轉(zhuǎn)換 ，先將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號后才能利用數(shù)字技術(shù)對其進行加工處理。因此，采樣是從連續(xù)到離散的橋梁。如果選擇的采樣頻率太低，及fs=2fm,則對已采樣信號進行恢復(fù)時不會產(chǎn)生失真，實驗一中的采樣頻率44100Hz2*20000Hz，因此采樣后恢復(fù)的信號不失真，幾乎和原始信號一致；第二問中采樣頻率5512Hz不滿足與原始信號頻率的2倍關(guān)系即采樣定理的約束條件，因此頻譜會出現(xiàn)混疊，采樣后恢復(fù)的信號在高頻處有失真，采樣后的聲音聽起來也會出現(xiàn)混疊的效果

3、，音質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如當(dāng)采樣頻率為44100Hz時。對第三問,首先查閱資料可知，人能夠發(fā)出的聲音在65Hz到1100Hz之間，因此只有當(dāng)fs2200Hz時頻譜不會發(fā)生混疊，由此可以估計音頻發(fā)生混疊的采樣頻率應(yīng)該在2200Hz左右。并且采樣頻率越低，混頻現(xiàn)象應(yīng)該越嚴(yán)重。見Figure3-Figure7分別用44100Hz、8820 Hz、4410 Hz、2205 Hz、1470 Hz五種采樣頻率對錄音采樣。由圖形分析可知，當(dāng)采樣頻率低于一定的頻率時，采樣頻率越低，頻譜的混疊現(xiàn)象越嚴(yán)重。另外，每個人聲音頻率高低還是有一定的差別，男生跟女生的高低音差別更大。所以在多次改變實驗Fs值后，得知自己聲音發(fā)生混頻現(xiàn)

4、象的臨界值。對第四問,首先采用老師所建議的加入女聲后使用低通濾波器濾除女聲，但是找過多位女生配合后，以及調(diào)整濾波器的截止頻率多次，發(fā)現(xiàn)并不能完整的濾除另一個人的聲音，只是能使音量減少，從而使濾除效果并不明顯。查閱資料后，可知除去男女聲高低不同以外，其實大部分人聲其大部分頻率接近，并不便于濾除。發(fā)現(xiàn)因此詢問老師后，采用噪聲環(huán)境錄音的方法。我采用兩種背景下錄制聲音，分別是人工高斯白噪聲環(huán)境和實驗室嘈雜環(huán)境，而對于第一種高斯白噪聲環(huán)境下采用低通濾波的方法濾除噪聲效果顯著，而對于第二種實驗室嘈雜環(huán)境，通過低通濾波器后只是濾除了錄制時的背景噪聲，而對于其余人聲干擾則并未顯著去除，原因如上段所說，在于人聲

5、大部分頻率的接近。 同時實驗過程總結(jié)一下兩點：（1）聲道分離合并與組合立體聲或雙聲道音頻信號有左右兩個聲道，利用MATLAB實現(xiàn)雙聲道分離、兩路聲道合并和兩個單聲道組合成一個雙聲道等效果，實際上是利用了MATLAB的矩陣抽取、矩陣相加和矩陣重組運算。（2）采樣率的改變在實際實驗過程采樣率的改變可用兩種不同實現(xiàn)方式。一種是對已有音頻處理采用resample函數(shù)降低采樣率。resample是抽取decimate和插值interp的兩個結(jié)合，Y = resample (X,B,A),其中B和A分別是降低后的采樣率和原始的采樣率，X是輸入變量，Y是實現(xiàn)降低采樣率后的輸出變量。這在DSP_homework1中使用到。另一種是通過不同采樣率的錄音，即通過audiorecorder函數(shù)建立錄音對象，從而調(diào)節(jié)采樣率的大小。這在DSP_homework2中使用到。六、 心得體會數(shù)字濾波中，由于設(shè)計的濾波器為低通濾波器，故濾波后，對高頻有很大衰減。在滿足采樣定律條件下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)抽取，在原采樣率下波形變密、頻譜變寬且幅度減半，但在新采樣率下波形和頻譜都很好。在語音信號處理過程中，MATLAB兼顧了專用