内容发布更新时间 : 2024/6/16 22:16:22星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

基于MATLAB的声音信号频谱分析仪设计

1 设计目的及要求

1.1 设计目的

基于MATLAB设计一个简易声音信号频谱分析仪。

1.2 设计要求

（1） 输入方式： ①利用电脑声卡录音；

②打开WAV文件；

（2） 时域分析：计算原始信号的幅值，频率，相位；

（3） 频域分析：利用快速傅里叶变换（FFT）得到信号的幅频特性和相频

特性。

2 设计原理分析

2.1 设计结构

设计的结构图如下： 输入模块 声卡录制 打开WAV文件

频谱分析仪 图像显示模块 幅频特性曲线 分析模块 相频特性曲线 时域分析 幅值 频域分析 原始波形 幅频 特性 频率 相频 相位 特性 2.2 声音输入方式

（1） 声卡输入：利用MATLAB中的函数wavrecord函数获取声卡录制的声

音，录制频率和时间可以设置。默认双声道录制。 （2） 打开WAV文件：通过MATLAB中的uigetfile函数获取声音文件。如果

获取的信号是单声道信号，则双声道分析不可选。

2.3 声道选择

设置一个变量handles.sd,如果选择的是左声道，handles.sd=1；如果是右声道，handles.sd=2；如果是双声道，handles.sd=0；在时域和频域分析的时候，通过handles.sd的值来判断声道。

2.4 时域分析

（1） 幅值检测：在一个周期内，求出信号最大值ymax与最小值ymin的差的

一半，即A?(ymax?ymin)/2，同样，也会求出多个A值，但第1个A值对应的ymax和ymin不是在一个周期内搜索得到的，故以除第1个以外的A值的平均作为幅值的估计值。

（2） 频率检测：对周期信号来说，可以用时域波形分析来确定信号的周

期，也就是计算相邻的两个信号波峰的时间差、或过零点的时间差。这里采用过零点ti的时间差T(周期)。频率即为f?1/T，由于能够求得多个T值(ti有多个)，故采用它们的平均值作为周期的估计值。 （3） 相位检测：采用过零法检测，通过判断与同频零相位信号过零点时

刻，计算其时间差，然后换成相应的相位差。??2?(1?ti/T)，同样，以?的平均值作为相位的估计值。

计算幅值，频率，相位的流程图如下：

2.5 频域分析

对于给定的时域信号y，可以通过Fourier变换得到频域信息Y。Y可按下式计算

Y(f)?[?yicos(2?fi?t)?j?yisin(2?fi?t)]?t

i?0i?0N?1N?1式中，N为样本容量，?t?1/Fs为采样间隔。

采样信号的频谱是一个连续的频谱，不可能计算出所有的点的值，故采用 离散Fourier变换?DFT?，即

Y(k?f)??yie?j2?ki/N?t,k?0,1,2,...,N?1

i?0N?1式中，?f?Fs/N。但上式的计算效率很低，因为有大量的指数(等价于三角函数)运算，故实际中多采用快速Fourier变换(FFT)。其原理即是将重复的三角函数算计的中间结果保存起来，以减少重复三角函数计算带来的时间浪费。由于三