信號與系統(tǒng)——Matlab部分習題

1、課程設計（論文）課程名稱：信號與系統(tǒng)課程論文題目：信號與系統(tǒng)MATLAB課程設計姓 名：系：專 業(yè)：物理學（電子信息工程方向）年 級：大學二年級學 號：指導教師：職 稱：2017年 5 月22日目 錄摘要1關鍵詞1一、M2-721、問題重述22、問題分析23、仿真程序與仿真結(jié)果2（1）仿真程序2頻率為262Hz的正弦信號聲音波形2頻率為294Hz的正弦信號聲音波形3頻率為330Hz的正弦信號聲音波形3頻率為349Hz的正弦信號聲音波形4頻率為392Hz的正弦信號聲音波形4頻率為440Hz的正弦信號聲音波形5頻率為494Hz的正弦信號聲音波形5頻率為524Hz的正弦信號聲音波形6結(jié)果分析：6（2

2、）仿真程序：6仿真結(jié)果：7結(jié)果分析：7（3）仿真程序：7仿真結(jié)果：7結(jié)果分析：8二、M3-381、問題重述82、問題分析83、仿真程序與仿真結(jié)果8（1）仿真程序：8仿真結(jié)果：8結(jié)果分析：9（2）仿真程序：9仿真結(jié)果：9結(jié)果分析：9三、M4-3101、問題重述：102、問題分析103、仿真程序與仿真結(jié)果10（1）仿真程序：10仿真結(jié)果：10結(jié)果分析：10（2）仿真程序：11仿真結(jié)果：11結(jié)果分析：12（3）女聲變男聲：12仿真程序：12仿真結(jié)果：12結(jié)果分析：124、自主學習內(nèi)容125、閱讀文獻126、發(fā)現(xiàn)問題127、問題探究13信號與系統(tǒng)MATLAB課程設計摘要：1.（1）掌握信號的建模，了解

3、基本信號及其特點；（2）掌握基本信號的疊加及播放；（3）掌握MATLAB對語音信號的讀取與播放及其時域波形分析。2.（1）掌握離散信號的卷積和運算；（2）驗證卷積和的交換律、分配律和結(jié)合律。3.（1）學會仿真軟件MATLAB的基本使用方法；（2）掌握利用MATLAB進行信號的頻譜分析及畫出幅度頻譜；（3）實現(xiàn)男女聲轉(zhuǎn)換。關鍵詞： 基本信號；建模；信號讀取與播放；時域分析；卷積和；頻域分析；男女聲轉(zhuǎn)換一、 M2-71、問題重述利用MATLAB產(chǎn)生和播放聲音信號。1) 生成不同頻率（262Hz,294Hz,330Hz,349Hz,392Hz,440Hz,494Hz,524Hz）的正弦信號，觀察其波

4、形，感覺其音調(diào)的變化；2) 將頻率為262Hz,294Hz,330Hz,262Hz,262Hz,294Hz,330Hz,262Hz,330Hz,349Hz,392Hz,392Hz,330Hz,349Hz,392Hz,392Hz的正弦信號按順序播放，感覺其聲音的變化；3) 請朗讀“我是許柳飛”，并錄成wav格式，利用MATLAB進行語音信號的讀取與播放，畫出其時域波形。提示：利用MATLAB的函數(shù)wavread(file)和sound(x,fs)以讀取聲音文件和播放聲音信號。2、問題分析（1） 頻率決定音調(diào)，頻率不同，音調(diào)也不同。MATLAB可生成不同頻率的正弦信號，從而模擬出相應的聲音信號，通

5、過改變該正弦函數(shù)的頻率，我們可以得到不同音調(diào)的聲音信號。我們認為正弦信號的頻率越高，信號波形越密集，生成的聲音的音調(diào)越高。（2） 在MATLAB中表示題中各頻率的正弦信號的數(shù)組按題目中的順序組成一個一維數(shù)組y,用sound(y)播放。（3） 利用MATLAB函數(shù)audioread(file)讀取.wav格式文件。(MATLABR2016a已刪除wavread函數(shù))3、仿真程序與仿真結(jié)果（1）仿真程序fs=60000;%頻率為262Hz的聲音極其波形f1=262;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)頻率為262Hz的正弦信號

6、聲音波形fs=60000;%頻率為294Hz的聲音極其波形f1=294;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)頻率為294Hz的正弦信號聲音波形fs=60000;%頻率為330Hz的聲音極其波形f1=330;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)頻率為330Hz的正弦信號聲音波形fs=60000;%頻率為349Hz的聲音極其波形f1=349;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)頻率為3

7、49Hz的正弦信號聲音波形fs=60000;%頻率為392Hz的聲音極其波形f1=392;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)頻率為392Hz的正弦信號聲音波形fs=60000;%頻率為440Hz的聲音極其波形f1=440;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)頻率為440Hz的正弦信號聲音波形fs=60000;%頻率為494Hz的聲音極其波形f1=494;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(

8、t,y1)頻率為494Hz的正弦信號聲音波形fs=60000;%頻率為524Hz的聲音極其波形f1=524;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)頻率為524Hz的正弦信號聲音波形結(jié)果分析：當正弦信號頻率增大時，周期變短，音調(diào)變高。（2）仿真程序：f1=262;f2=294;f3=330;f4=262;f5=262;f6=294;f7=330;f8=262;f9=330;f10=349;f11=392;f12=392;f13=330;f14=349;f15=392;f16=392;fs=44100;t=0:1/fs:0.5;

9、y1=sin(2*pi*f1*t);y2=sin(2*pi*f2*t);y3=sin(2*pi*f3*t);y4=sin(2*pi*f4*t);y5=sin(2*pi*f5*t);y6=sin(2*pi*f6*t);y7=sin(2*pi*f7*t);y8=sin(2*pi*f8*t);y9=sin(2*pi*f9*t);y10=sin(2*pi*f10*t);y11=sin(2*pi*f11*t);y12=sin(2*pi*f12*t);y13=sin(2*pi*f13*t);y14=sin(2*pi*f14*t);y15=sin(2*pi*f15*t);y16=sin(2*pi*f16*t

10、);y=y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 y9 y10 y11 y12 y13 y14 y15 y16;sound(y,fs)仿真結(jié)果：兒歌兩只老虎的曲片段。結(jié)果分析：不同頻率的無意義的信號在時域的疊加，形成了有意義的信號。（3）仿真程序：time=4;Fs=44100;y,Fs=audioread(st50_M2_7_3.wav);p=audioplayer(y,fs);play(p);t=(1:length(y)/Fs;plot(t,y,s)仿真結(jié)果：播放音頻：（要用兼容.wav格式播放器播放）結(jié)果分析：1單位時間內(nèi)時域圖密集的部分，信號聲音更加尖銳；2. 單位時間內(nèi)時域圖稀

11、疏的部分，信號聲音更加低沉；二、M3-31、問題重述利用MATLAB提供的conv函數(shù)計算序列的卷積和，并驗證卷積和的交換律、分配律與結(jié)合律。 xk=0.85,0.53,0.21,0.67,0.84,0.12,hk=0.68,0.37,0.83,0.52,0.712、問題分析conv函數(shù)可計算起點為k=0的兩個序列的卷積?？衫么撕瘮?shù)和卷積的性質(zhì)，完成此題。3、仿真程序與仿真結(jié)果（1）仿真程序：x=0.85,0.53,0.21,0.67,0.84,0.12;h=0.68,0.37,0.83,0.52,0.71;z=conv(x,h);N=length(z);stem(0:N-1,z);仿真結(jié)果

12、： 結(jié)果分析：兩個離散序列卷積和所得到的序列，其起點等于兩個序列的起點之和，終點等于兩個序列的終點之和。（2）仿真程序：%定義函數(shù)conv_mfunction y = conv_m(x1,x2)y = conv(x1,x2);x1 = 8, 5, 2, ;%定義x1序列x2 = 6, 8, 1, ;%定義x2序列x3 = 6, 3, 8, ;%定義x3序列 y11=conv_m(x1,x2); %交換律y12=conv_m(x2,x1); %交換律 y21 = conv_m(conv_m(x1,x2),x3);%結(jié)合律y22 = conv_m(x1,conv_m(x2,x3);%結(jié)合律 x4=

13、x2+x3;y31=conv_m(x1,x4);y32=conv_m(x1,x2)+conv_m(x1,x3); %分配律仿真結(jié)果：結(jié)果分析：卷積滿足交換律、結(jié)合律與分配律。三、M4-31、問題重述：語音信號譜分析及男、女聲音轉(zhuǎn)換：（1） 請朗讀“我是許柳飛”，并錄音成wav格式，畫出其時域波形。（2） 利用函數(shù)ctft1分析（1）中錄制的語音信號的頻譜，畫出其幅度頻譜。（3） 若你是男生，請將你在（1）中錄制的語音信號轉(zhuǎn)換成女生聲音；若你是女生，請將你在（1）中錄制的語音信號裝換成男生聲音。2、問題分析（1）掌握MATLAB的基本方法聲音的讀取與播放及時域分析；（2）連續(xù)非周期信號的頻譜，離

14、散非周期信號的頻譜；（3）時域抽樣，頻域抽樣。3、仿真程序與仿真結(jié)果（1）仿真程序：time=4;Fs=44100;y,Fs=audioread(st50_M4_3_1.wav);p=audioplayer(y,fs);play(p);t=(1:length(y)/Fs;plot(t,y,s)仿真結(jié)果：播放音頻：（要用兼容.wav格式播放器播放）結(jié)果分析：1單位時間內(nèi)時域圖密集的區(qū)域，信號聲音更加尖銳；2. 單位時間內(nèi)時域圖稀疏的區(qū)域，信號聲音更加低沉；（2）仿真程序： %定義ctft1函數(shù)function X,f=ctft1(x,Fs,N)X=fftshift(fft(x,N)/Fs;f=-

15、Fs/2+(0:N-1)*Fs/N;%st50_M4_3_2Untitled2.m%定義圖表的橫坐標和縱坐標k=0:0.01:15;x=exp(-1*k);X,f=ctft1(x,100,1024);figure(1);subplot(2,1,1);plot (f,abs(X);title(abs(X);subplot(2,1,2);plot (f,angle(X);title(angle(X);P=1./(1+j*f);%畫出幅度、相位、頻譜圖y,Fs=audioread(st50_M4_3_1.wav);p=audioplayer(y,Fs);play(p);N=length(x);X,f

16、=ctft1(y,100,6000);figure(1);subplot(3,1,1);plot (f,abs(X);title(幅度);subplot(3,1,2);plot (f,angle(X);title(相位);subplot(3,1,3);plot(f,X);title(頻譜)仿真結(jié)果：結(jié)果分析：利用MATLAB可以分析聲音信號在頻域上的幅度變化、相位變化以及其頻譜圖。（3）女聲變男聲：仿真程序：y,Fs=audioread(st50_M4_3_1.wav);Fs=30000;% change Fs, Fs is frequency.% example Fs=20000; low frequency ,the sound of a guy% example Fs=40000; high frequencyp=audioplayer(y,Fs);play(p);仿真結(jié)果：女聲變男聲結(jié)果分析：女聲變男聲，其實就是改變聲音的頻率。頻率越低，聲音更低沉，更像男聲；頻率越高，聲音更尖銳，更像女聲。4、