聲音處理與分析

1、聲音處理與分析聲音信號重新獲取.wav文件Ifft快速傅立葉逆變換Fft快速傅立葉變換Matlab軟件提取時域分析頻域分析綜合處理1吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved引 言自然聲是以聲波為載體傳遞信息的。是多媒體信息的一個重要組成部分，也是表達思想和情感的一種必不可少的媒體。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，聲音信號實現(xiàn)了數(shù)字化。本文使用數(shù)字信號處理技術(shù)，基于Matlab對.wav文件進行分析處理。2吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved音頻信號基礎(chǔ)聲音是由空氣中分子的振動而產(chǎn)生的。自然界的聲音是一個隨時間而變化的連續(xù)信號

2、。聲波的振幅表示聲音信號的強弱程度。聲波的頻率反映出聲音的音調(diào)，高頻信號聲音尖銳，低頻信號聲音低沉。在日常生活中，我們聽到的聲音一般都屬于復(fù)音，其聲音信號由不同的振幅與頻率的波合成而得到。3吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved聲音的提取頻率小于20 Hz的信號稱為亞音，頻率范圍為20Hz20kHz的信號稱為音頻，頻率高于20kHz的信號稱為超音頻。人們只能聽到頻率范圍為20Hz20kHz的音頻信號。本人用的是美國當今流行樂壇的天后Mariah Carey的歌曲“Emotion”中著名海豚音片斷，有傳言說此片斷的海豚音由電腦合成，我首先用Goldwave

3、軟件提取其片斷（請單擊小喇叭）：4吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved下面是GoldWave現(xiàn)實的時域圖像5吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved時域圖像我首先用matlab將聲音信號提取出來：（源程序：y=wavread(Emotion); plot(y)；6吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved頻域分析與處理實例一：雜音信號的濾波(1)首先生成一個白噪音信號：r=0.1*randn(size(y);7吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright rese

4、rved生成一個含有噪音的文檔：wavwrite(cha,8000*6,ano);其聲音很混雜幾乎聽不到任何曼妙的歌曲：8吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved頻域分析(2)兩者信號的疊加：cha=r+y;（3）信號的快速傅立葉變換：yf=fft(y);rf=fft(r);f=fft(cha);plot(abs(rf),b);hold on;plot(abs(yf),r);紅色代表有用聲音頻率藍色為噪音9吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved濾波器的設(shè)計w0=4.5*105; %center of stop ban

5、d wb=6*105;%width of stop bandz,p,k=cheb1ap(3,3); %3 pole filter with 3-dB rippleb,a=zp2tf(z,p,k); %convert to polynomialsb,a=lp2bs(b,a,w0,wb); %converts to a band stop filter;w=1:1:919960;h phase=bode(b,a,w);plot(w,h);10吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved綜合處理f1=f(:,1);f2=f(:,2);final1=f1.*h;fin

6、al2=f2.*h;final=final1 final2;11吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reservedIfft 快速傅立葉 逆變換與聲音文件的最終合成fin=ifft(final);wavwrite(fin,8000*6*19/22,fin);wavwrite(cha,8000*6*19/22,ano);加上噪音的原始聲音最初原始的音樂經(jīng)濾波器濾波后的聲音12吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved后記由上可以看出含有噪音的聲音信號濾波器濾波后一定程度上的降低了噪音對原本音樂的干擾。但在本實驗中有2點缺陷：（1）對比

7、原聲還是可以看出濾波器濾波后音樂的差距，原因是在濾波器的同帶內(nèi)仍然含有白噪音信號，其不可避免的混入了原聲。解決方案是根據(jù)信號的相關(guān)分析，求出其相關(guān)性從而濾去不必要的噪音。但此屬于高階信號處理與分析的內(nèi)容，在此不作討論。2）本實驗中的濾波器的選擇是根據(jù)原聲的頻帶范圍而取定的，實際中雖然本方法不可行，但是能夠根據(jù)歌手或者發(fā)言者以前的一貫發(fā)音頻率而采取濾波器頻帶寬度的選擇。13吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reservedFunny 小變換（1）看看經(jīng)過改變換后我們的女高音 Mariah Carey的歌喉發(fā)生了如何的變化？ y=wavread(Emotion);yf=

8、fft(y);yc=zeros(105,2);yf(105:919960,:) ;yc=ifft(yc);wavwrite(yc,8000*5,mam);原聲經(jīng)過變換后的聲音14吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reservedFunny 小變換（2）在不少音頻軟件中都看到回音，其實實現(xiàn)的程序比較簡單，只要將其中一個聲道的時域向后延遲幾個單位：y=wavread(Emotion);y1(:,1)=y(:,1);y1(:,2)=zeros(104/2,1);y(1:919960-104/2,2);wavwrite(y1,8000*6*19/22,slow)15吳迪 電

9、氣工程0604 2008-6-20 allright reserved動物叫聲的辨別在生物學研究中，往往只能通過聲音來辨別動物的種屬，如通過鳥叫的聲音來辨別不同種類的鳥，或者通過不同的聲音辨別其雌雄。而時域圖像往往不能很好的反應(yīng)聲音的本質(zhì)。本實驗僅僅通過幾種常見的家禽或動物來分析其頻譜以進一步探討動物聲音識別軟件的可行性。16吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved下面是鵝的叫聲的時域圖。時域的圖像雜亂無章，幾乎沒有鑒別根據(jù)的可行性17吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved通過頻域圖可以看出其頻率分部18吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved下面是幾個其他動物聲音頻域圖的對比birdcowmonkeyhen19吳迪 電氣工程0604 2008-6-20 allright reserved至于不同的動物的聲音頻域有如何的特點，這超出了我們研究的范疇，而是動物學家們所關(guān)心的。本文件夾中有一個給幼兒玩的聽聲音識別動物的軟件，要是能夠開發(fā)一個能從其頻域推斷