變聲器設(shè)計方案

1、MATLAB 變聲器的設(shè)計前言隨著生活水平的提高，科技的不斷進(jìn)步，很多人為了娛樂，從而希望改變自己的聲音；還有如今的許多的訪問節(jié)目為了保護(hù)被訪問者， 都對聲音進(jìn)行了相應(yīng)的處理。 本設(shè)計通過編寫 MATLAB 程序，修改相關(guān)聲音參數(shù)，使其頻率發(fā)生相應(yīng)的變化，在輸出時達(dá)到變聲。1 變聲原理在進(jìn)行性別變聲時，主要考慮基音周期、基頻和共振峰頻率的變化。其中男生、女生和和童聲的基頻、共振峰的關(guān)系如圖1 所示；基音周期改變時，基頻、共振峰同時變化，若伸展既有男變女、 女變童， 反之亦可。 本實(shí)驗(yàn)是基于男生錄制的聲音進(jìn)行相關(guān)參數(shù)提取，修改接近于女聲，實(shí)現(xiàn)男聲到女聲的變換。人群基頻分布（ Hz）共振峰頻率分布

2、男聲50 ,180偏低女聲160 ,380中童聲400 ,1000偏高圖12 提取參數(shù)基于短時自相關(guān)法的基音周期估值進(jìn)行自相關(guān)的計算，以實(shí)現(xiàn)基音周期的估值， 即對語音信號進(jìn)行低通濾波，采用巴特沃斯濾波器。通過 MATLAB編程采用自相關(guān)算法可然后進(jìn)行自相關(guān)計算。 在低通濾波時，2.1.1 構(gòu)建巴特沃斯低通濾波器根據(jù)人的說話特征設(shè)定相應(yīng)指標(biāo)參數(shù)，對本段語音設(shè)計算出巴特沃斯模擬濾波器的階數(shù)為 5， 3dB 截止頻率,算出0.175，歸一化低通原型系統(tǒng)函數(shù)為N其中，將將帶人中，得到低通濾波器，根據(jù)設(shè)定的濾波器編寫 MATLAB程序，當(dāng)信號經(jīng)過低通濾波器后，對原始信號濾波產(chǎn)生結(jié)果如圖 2 所示，低通濾

3、波后，保留基音頻率，然后再用 2kHz 采樣頻率進(jìn)行采樣，采樣序列為 x(n) ，后進(jìn)行下一步的自相關(guān)計算。圖 22.1.2 語音信號的短時自相關(guān)函數(shù)定義語音信號的自相關(guān)函數(shù)如下：其中 k 為信號延遲點(diǎn)數(shù) ;為語音信號； N 為語音幀長度。經(jīng)過低通濾波之后，取 160 個樣點(diǎn)數(shù)，幀長取 10ms，對每幀語音求短時自相關(guān)，取得自相關(guān)最大點(diǎn)數(shù)，自相關(guān)函數(shù)在基音周期處表現(xiàn)為峰值， 這些峰值點(diǎn)之間的間隔的平均值就是基音周期，從而估計出基音周期，但是由于圖中存在野點(diǎn)，編寫 MATLAB程序除去野點(diǎn)算出對應(yīng)基音周期如圖 3 所示，設(shè)基音周期值為 PT，調(diào)動 PT，接近女聲，設(shè)新的為 PT1；圖 32.2

4、LPC 倒譜法提取共振峰通過線性預(yù)測分析得到合成濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為：H(z)=其中 h(n)為沖擊響應(yīng)，為預(yù)測系數(shù)。下面求 h(n)的倒譜(n),首先根據(jù)同態(tài)分析方法有，因?yàn)?H(z)是最小相位的，即在單位圓內(nèi)是解析的，所以說可以展開成級數(shù)形式，即，就是說的逆變換(n)是存在的，設(shè)(0)=0，將式兩端同時對求導(dǎo)，得到：有 ()()=，令式左右兩邊Z 的各次冪前系數(shù)分別相等得到：在本實(shí)驗(yàn)中， 取預(yù)測階數(shù)為 10，語音的樣點(diǎn)數(shù)為160，按照上式可直接從預(yù)測系數(shù) 求得倒譜，這個倒譜是根據(jù)線性預(yù)測模型得到，即稱為LPC倒譜。編寫 MATLAB程序，實(shí)現(xiàn)如圖 4 所示，譜的峰值基本上對應(yīng)于共振峰頻率，用

5、表示共振峰；修改共振峰，使共振峰接近女聲X圍，新的為 GT1；GT圖 43 線性預(yù)測語音信號的合成根據(jù)線性預(yù)測的基本思想，用過去M 個樣點(diǎn)值來預(yù)測現(xiàn)在或未來的樣點(diǎn)值：為預(yù)測信號，為預(yù)測系數(shù)， y(n)為取樣信號，預(yù)測誤差:這樣就可以通過在某個準(zhǔn)則下使預(yù)測誤差一組線性預(yù)測參數(shù) (i=1,2,? ，M)達(dá)到最小值的方法來決定唯一的把語音信號的某一幀內(nèi)的短時均方預(yù)測誤差定義為：E=E為使E最小，對求偏導(dǎo)，并令其為零，有：E)=0j=1,。 ,M上式表明采用最佳預(yù)測系數(shù)時，預(yù)測誤差與過去的樣點(diǎn)值正交。由于語音信號的短時平穩(wěn)性，要分幀處理，對于每一個樣點(diǎn)值記為 y(n),. . .,y(n+N-1),這段語音記為 Yn。對于語音段 Yn，并記, 對于語音段 Yn,它的自相關(guān)函數(shù)為：j=1, . . .,M根據(jù) Yulewalker 方程，可以解出樣值，用這種方法定期地改變激勵參數(shù)u(n)和預(yù)測系數(shù)，并使用修改過后的基因周期和共振峰參數(shù)，就能合成出語音，合成語音樣本如下：S(n)=為預(yù)測系數(shù)， G 為模型增益， u(n)為激勵，合成樣本s(