中北大学
信号与系统综合性报告
学院：仪器与电子学院
专业：电子科学与技术
学号姓名：王鹏
学号姓名：张艺超
学号姓名：郭靖锋
学号姓名：蔡宪庆
学号姓名：
指导教师: 张晓明
2019年5 月13 日
1 设计题目时频域语音信号的分析与处理
2 设计目标对语音信号进行时频域分析和处理的基本方法
3 设计要求
1）分别录制一段男生和女生语音文件及相应有明显高频或低频干扰的语音文件*.wav，并将文件导入Matlab中；
2）分别分析各段语音的频谱，绘制其频谱图，分析语音信号和干扰信号的频段；
3）设计相应的滤波器，剔除含干扰的语音段的干扰信号，并分析滤波信号的频谱；
4）生成滤波后的语音文件，分析听觉效果。

4 理论分析
声音作为一种波，频率在20 Hz~20 kHz之间的声音是可以被人耳识别的
通过查阅资料显示，实际人声频率范围
男：低音82～392Hz，基准音区64～523Hz
男中音123～493Hz，男高音164～698Hz
女：低音82～392Hz，基准音区160～1200Hz
女低音123～493Hz，女高音220～1.1KHz
声音作为波的一种，频率和振幅就成了描述波的重要属性，频率的大小与我们通常所说的音高对应，而振幅影响声音的大小。

声音可以被分解为不同频率不同强度正弦波的叠加。

这种变换（或分解）的过程，称为傅立叶变换(Fourier Transform)。

傅里叶变换之后可以得到男女声的频谱，从而分析男女声的特点，观察男女声频率集中的区域，在声音中加入高频噪声，分析高频噪声频率的分布，从而设计巴特沃斯滤波器进行滤波。

5 实验内容及步骤
5.1 获取音频文件
5.1.1 通过手机录音可直接获取wav音频文件，对于噪声的添加，我们选择单独录制高频
件，读取音频数据，在时域领域上相加，便获取到含有高频噪声的音频
5.2 音频的时域处理
5.2.1 wav属于无损音乐格式的一种，其文件包含采样频率，左右声道数据，在处理时，
由于我们使用的是matlab2012a，且录制时只有一个声道，可使用函数wavread()读取到一个一维数组，使用plot函数即可获取其音频时域图像
5.3 音频的频域处理
5.3.1 对于音频数组，我们采用fft函数进行傅里叶变换，获取到的是对称的复数数组，数组的前一半即为其频域，同样使用plot将其画出。

5.3.2 观察频域图，分析男女声特点。

5.4 噪声的去除
5.4.1 分析高频噪声频谱，找到合适的截止频率，设计巴特沃斯滤波器对高频噪声进行过滤。

5.4．2 将去除噪声的数组转换成音频文件
6 实验数据及分析
男声时域图
频域图
女声时域图
频域图
噪声频谱
从图中可以看出男声频率大致在150-750之间，在2000和4000频段应该为录音时的噪声引起而女声的频段大概在500-1000；噪声频谱大致在3000到6000左右。

在低频端90也有噪声出现。

对此我们选择截止频率为2500，
滤波器的频谱图为
通过滤波器之后的频率图为
7 结论
通过男女声的频谱分析，可以很明显的看出男女声之间的区别，女声的频率更高，而男生的频率相对较低。

对于噪声的添加，我们选择了高频信号，通过滤波器后噪声可以很好的去除，但去除噪声后音频中的高频信号也随之去除，我们也可以感觉到音色的变化。

8 实验心得体会
通过这次的实验，我们了解到声音的产生，同时查阅资料明白了为什么人对于不同音频的声音会有不同的感受，同时对比男女声频谱发现了男女声频率的区别，以及男女声频率的分别情况，对于噪声的去除使我们学会了滤波器的使用。

9 组员分工情况及组内自我评价
信号与系统综合性报告验收评分表
+报告成绩A3 *60%
要求每个小组答辩前提交：综合性报告、验收评分表、答辩PPT、程序及数据文件电子版。

每个组员必须参加PPT讲述及答辩环节，计入各自的答辩成绩。