实验三音频信号的分析与处理1一、实验目的1.掌握音频信号的采集以及运用Matlab软件实现音频回放的方法；2.掌握运用Matlab实现对音频信号的时域、频谱分析方法；3.掌握运用Matlab设计RC滤波系统的方法；4.掌握运用Matlab实现对加干扰后的音频信号的进行滤波处理的方法；5.锻炼学生运用所学知识独立分析问题解决问题的能力，培养学生创新能力。
二、实验性质设计性实验三、实验任务1.音频信号的采集音频信号的采集可以通过Windows自带的录音机也可以用专用的录制软件录制一段音频信号（尽量保证无噪音、干扰小），也可以直接复制一段音频信号，但必须保证音频信号保存为.wav的文件。
2.音频信号的时域、频域分析运用Matlab软件实现对音频信号的打开操作、时域分析和频域分析，并画出相应的图形（要求图形有标题），并打印在实验报告中（注意：把打印好的图形剪裁下来，粘贴到实验报告纸上）。
3.引入干扰信号在原有的音频信号上，叠加一个频率为100KHz的正弦波干扰信号（幅度自定，可根据音频信号的情况而定）。
4.滤波系统的设计运用Matlab实现RC滤波系统，要求加入干扰的音频信号经过RC滤波系统后，能够滤除100KHz的干扰信号，同时保留原有的音频信号，要求绘制出RC滤波系统的冲激响应波形，并分析其频谱。
% 音频信号分析与处理%% 打开和读取音频文件clear all; % 清除工作区缓存[y, Fs] = audioread('jyly.wav'); % 读取音频文件VoiceWav = y(300000 : 400000, 1); % 截取音频中的一段波形clear y; % 清除缓存hAudio = audioplayer(VoiceWav, Fs); % 将音频文件载入audioplayer SampleRate = get(hAudio, 'SampleRate'); % 获取音频文件的采样率KHzT = 1/SampleRate; % 计算每个点的时间，即采样周期SampLen = size(VoiceWav,1); % 单声道采样长度%% 绘制时域分析图hFig1 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0 0.05 0.49 0.85]);t = T: T: (SampLen* T);subplot(2, 1, 1); % 绘制音频波形plot(t, VoiceWav); % 绘制波形title('音频时域波形图'); axis([0, 2.3, -0.5, 0.5]);xlabel('时间(s)'); ylabel('幅值(V)'); % 显示标题%% 傅里叶变换subplot(2, 1, 2); % 绘制波形myfft(VoiceWav, SampleRate, 'plot'); % 傅里叶变换title('单声道频谱振幅'); % 显示标题xlabel('Frequency (Hz)');ylabel('|Y(f)|');play(hAudio); % 播放添加噪声前的声音pause(3);%% 引入100KHz的噪声干扰t = (0: SampLen-1)* T;noise = sin(2 * pi * 10000 * t); % 噪声频率100Khz，幅值-1V到+1VhFig2 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0.5 0.05 0.5 0.85]);subplot(2, 1, 1); % 绘制波形plot(t(1: 1000), noise(1: 1000));title('100KHz噪声信号'); % 显示标题noiseVoice = VoiceWav+ noise'; % 将噪声加到声音里面hAudio = audioplayer(noiseVoice, Fs); % 将音频文件载入audioplayersubplot(2, 1, 2); % 绘制波形[fftNoiseVoice, f] = myfft(noiseVoice, SampleRate, 'plot');title('音乐和噪声频谱'); % 显示标题play(hAudio); % 播放添加噪声后的声音pause(3);%% 设计RC滤波系统（二阶有源低通滤波器）w = f;Wc = 3000; % wc = 1/(RC)，特征角频率A0 = 1; % A0 = AVF < 3Q = 1/(3 - A0); % 品质因素H = A0* Wc^2 ./ ((j*w).^2 + Wc/Q * (j*w) + Wc^2); %二阶有源低通滤波器公式hFig3 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0 0.05 0.49 0.85]);subplot(2, 1, 1); % 绘制波形plot(w, H); % 显示标题title('二阶有源低通滤波器');xlabel('频率');ylabel('w/Wc');AfterFilter = fftNoiseVoice .* H'; % 滤波% AfterFilter = fftNoiseVoice;%% 傅里叶逆变换subplot(2, 1, 2); % 绘制波形NFFT = 2^nextpow2(SampLen); % 根据采样求傅里叶变换的点f = SampleRate/2 * linspace(0,1,NFFT/2+1); % 计算频率显示范围plot(f, 2*abs(AfterFilter(1:NFFT/2+1))); % 绘制频域分析图title('滤波以后的频谱');xlabel('频率');ylabel('w/Wc');clear Y H;FilterVoice = fftshift(ifft(AfterFilter)); % 傅里叶逆变换FilterVoice = fftshift(FilterVoice);FilterVoice = ((FilterVoice - max(max(FilterVoice)))/( max(max(FilterVoice)) ... - min(min(FilterVoice)) )) + 0.5; % 归一化clear AfterFilter w; % 清除缓存hFig4 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0.5 0.05 0.5 0.85]);subplot(2, 1, 1); % 绘制右声道波形plot(t, FilterVoice(1:size(t,2), 1));title('傅里叶逆变换图');xlabel('时间(ms)'); ylabel('幅值(V)'); % 显示标题hAudio = audioplayer(FilterVoice, Fs); % 将音频文件载入audioplayer play(hAudio); % 播放添加噪声后的声音%% 结束% 我的快速傅里叶变换函数function [outFFT, Freq] = myfft(varargin)% 输入参数格式：% 1. 需要FFT变换的向量% 2. 采样率SampleRate% 3. 是否绘图，绘图‘plot‘，不绘图则不传递该参数% 4. 单边显示：'half'，全部显示：'full'% 输出参数格式：% 1. 转换完成的向量% 2. FFT频率范围%% 输出参数判断switch nargincase 0 | 1,error('Less argument in!');case 2,FFTVector = varargin{1};SampleRate = varargin{2};isplot = 0;case 3,FFTVector = varargin{1};SampleRate = varargin{2};isplot = varargin{3};plotmode = 'half';case 4,FFTVector = varargin{1};SampleRate = varargin{2};isplot = varargin{3};plotmode = varargin{4};otherwiseerror('So many arguments in!');end%% FFT变换SampLen = size(FFTVector,1); % 获取采样点NFFT = 2^nextpow2(SampLen); % 根据采样求傅里叶变换的点Y = fft(FFTVector, NFFT)/SampLen; % 傅里叶变换f = SampleRate * linspace(0,1,NFFT); % 计算频率显示范围%% 判断输出参数if(nargout == 1)outFFT = Y;elseif(nargout ==2)outFFT = Y;Freq = f;end%% 判断绘图if(strcmp(isplot, 'plot'))if(strcmp(plotmode, 'full'))plot(f, abs(Y(1:NFFT))); % 绘制频域分析图elsef = SampleRate/2 * linspace(0,1,NFFT/2+1); % 计算频率显示范围 plot(f, 2*abs(Y(1:NFFT/2+1))); % 绘制频域分析图endtitle('FFT频谱'); % 显示标题xlabel('Frequency (Hz)');ylabel('|Y(f)|');end%% 结束00.511.52-0.50.5音频时域波形图时间(s)幅值(V )00.511.522.5x 1040.010.020.030.04单声道频谱振幅Frequency (Hz)|Y (f )|00.0050.010.0150.020.025-1-0.50.51100KHz 噪声信号00.511.522.5x 1040.20.40.60.81音乐和噪声频谱Frequency (Hz)|Y (f )|0.511.522.533.544.5x 104-0.200.20.40.60.811.2二阶有源低通滤波器频率w /W c00.511.522.5x 1040.010.020.030.04滤波以后的频谱频率w /W c00.511.522.5-1.5-1-0.50.5傅里叶逆变换图时间(ms)幅值(V )。