##MATLAB之時域及頻域的樂器信號分析及處理

MATLAB之時域及頻域的樂器信號分析及處理

• 前言
• 設計題目及要求
• 詳細步驟
• • 一.創建腳本，導入音頻文件并播放
  • 二.畫出信號的時域波形
  • 三.進行快速傅里葉變化及數據選取
  • 四.畫出頻域圖像
  • 五.構建濾波器
  • 六.導入濾波器并得出傳遞系數
  • 七.進行濾波
  • 八.畫出濾波后信號的時域、頻域圖
  • 九.畫濾波圖像
  • 十.導出濾波后的音頻文件

前言

這是之前使用MATLAB做的一個項目，來對語音信號進行分析處理，設計語音信號的導入及播放操作，讀取信號長度、畫圖及生成濾波等操作，MATLAB小白可零基礎上手，只要跟著教程一步一步來就可以，非常簡單。

后續會上傳源碼及文件，請關注并收藏。

設計題目及要求

##設計題目及要求

1.設計題目：時頻域樂器信號的分析與處理
2.設計目標：對樂器不同音階信號進行時頻域分析和處理的基本方法

3.設計要求
（1）分別錄制鋼琴、吉他、口琴等樂器在不同音階的聲音文件，并將文件導入Matlab中；
（2）分別分析各樂器（兩種或兩種以上）的不同音階聲音的頻譜，繪制其頻譜圖，分析聲音信號的頻譜；
（3）設計相應的濾波器，剔除聲音信號的高頻諧波，并分析濾波信號的頻譜；
（4）生成濾波后的語音文件，分析聽覺效果。

詳細步驟

##下面開始詳細教程

一.創建腳本，導入音頻文件并播放

1.在MATLAB中創建一個新腳本并保存

2.選擇音頻文件導入MATLAB中并播放
（1）首先要注意的是MATLAB處理的音頻信號為波形文件，.wav格式，所以不能直接導入.mp3等格式，改格式直接修改后綴名即可；
（2）注意一定要將要處理的音頻文件放到運行目錄下；
（3）接下來在腳本中導入音頻文件

[MU,fs]=audioread('piano.wav');

這里用到的函數是audioread，這個一般是通用的，任何版本都可以用。函數中需要寫出要導入的音頻文件，注意文件名稱中不能有中文！
audioread函數為采集音頻信號數據，采樣值將放在向量MU中，fs為表示采樣頻率。
MU和fs可根據喜好修改為其他名字。
（4）在MATLAB中該播放音頻

sound(MU,fs);

這里只需要一個函數即可，無需過多解釋。

二.畫出信號的時域波形

plot(MU); //直接畫出數組MU的圖形，即為時域圖title('初始信號波形'); //設置圖像的標題xlable('時間'); //設置圖像X軸名稱ylable('幅度'); //設置圖像Y軸名稱grid //在圖中添加網格線，增加可讀性

##注意：
這里僅僅為作時域圖的方法，在建立整個項目時還需要考慮美觀性等因素，一般來說需要
建立一個專門的圖形界面，完整整合代碼將會放在后面。

三.進行快速傅里葉變化及數據選取

1.計算信號長度

n=length(MU);

2.快速傅里葉變化

MU1=fft(MU,n);

數據MU傅里葉變化后的數據將儲存到MU1中
3.選取一半數據

len = round((length(MU1))/2);

這里要注意傅里葉變化后的數據為一個對稱圖形，這里為了美觀性選取了其中的一般數據，
這里無所謂，影響不大

四.畫出頻域圖像

plot(abs(gq1(1:len))); //畫出頻譜圖title('初始信號頻譜'); //設置標題xlabel('頻率'); //設置X軸名稱ylabel('幅度'); //設置Y軸名稱grid on //添加網格線

五.構建濾波器

這里我用的是MATLAB自帶的fdatool工具來構建的濾波器，在MATLAB中直接輸入fdatool就可以打開這個工具。
這里有兩種濾波器可供選擇，IIR濾波器和FIR濾波器，本人使用的是IIR濾波器。
具體參數可根據自己需要進行設置。

設置好參數后需要將濾波器模型導出，具體步驟如下：
File-Export
在彈出的窗口中，Export To這里選擇MAT-File,Export As這里選擇Objects
之后點擊下方Export，保存文件就可以到處濾波器的模型文件了，格式為.mat

六.導入濾波器并得出傳遞系數

load('E:\lowpass.mat'); //導入濾波器[b,a]=tf(Hd); //得出傳遞系數

這里load函數為導入文件，單引號中寫濾波器模型文件的位置，注意加上后綴，而且路徑中不
要有中文。

七.進行濾波

x=filter(b,a,MU);

這一步直接寫即可，無需過多解釋

八.畫出濾波后信號的時域、頻域圖

這一步與畫原始信號的時域頻域圖大同小異，無非是把MU換成了x，下面直接放代碼。

##時域圖plot(x); //畫出濾波后音頻的時域圖title('濾波后信號的波形'); //設置標題xlabel('時間'); //設置X軸單位ylabel('幅度'); //設置Y軸單位grid on //添加網格線##頻域圖n=length(x); //計算濾波后音頻數據長度X1=fft(x,n); //對濾波后音頻進行傅里葉變化len = round((length(X1))/2); //選取一半長度plot(abs(X1(1:len))); //畫出濾波后音頻的頻譜圖title('濾波后信號的頻譜'); //設置標題xlabel('頻率'); //設置X軸ylabel('幅度'); //設置Y軸grid on //添加網格線

九.畫濾波圖像

這一步在構建濾波器的時候上面就已經顯示了，但是為了方便直接看，就加了這一步。

fvtool(Hd,'Analysis','magestimate');

這也是MATLAB自帶的功能，里面的三個參數，第一個是要畫的參數，后面兩個是X軸和Y軸的名稱。

十.導出濾波后的音頻文件

audiowrite('newpiano.wav',x,fs);

單引號中為文件名，自己取即可，注意加后綴。

##以上就是全部的過程，后續會上傳全部源碼及文件
##不足之處請及時指出，互相學習

##文件已上傳，自行下載
https://download.csdn.net/download/weixin_44936771/12677957

總結

以上是生活随笔為你收集整理的MATLAB之时频域乐器信号的分析与处理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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