语音信号采样和频谱分析
一．实验目的
（1）掌握傅里叶变换的物理意义，深刻理解傅里叶变换的内涵；
（2）了解 MATLAB对声音信号的处理指令；
（3）了解计算机存储信号的方式及语音信号的特点；
（ 4）加深对采样定理的理解；
（5）加深学生对信号分析工程应用的理解，拓展学生在信号分析领域的综合应用能力。
二．实验内容
本实验利用 MATLAB指令录制一段语音信号，观察其时域波形并进行傅里叶变换，观察其频域的频谱。根据该信号的频谱构成，选择三种不同的采样频率重新录制该语音信号，并试听回放效果，进行比较，以验证采样定理，并了解MATLAB对声音信号的处理指令，加深对采样定理的理解。
关键词：傅里叶变换信号采样
三、实验原理
语音信号是一种连续变化的模拟信号，而计算机只能处理和记录二进制的数字信号，因此，
由自然音而得的音频信号必须用计算机的声音编辑工具，先进行语音采样，然后利用了计算机上的
A/D 转换器，将模拟的声音信号变成离散的量化了的数字信号量化和编码，变成二进制数据后才能
送到计算机进行再编辑和存储。语音信号输出时，量化了的数字信号又通过 D/A 转换器，把保存起
来的数字数据恢复成原来的模拟的语音信号。
（1）应用 MATLAB进行声音的录制（2）应用 MATLAB进行声音的播放（ 3）语音信号的频谱分析。傅里叶变换建立了信号频谱的概念。所谓傅里叶分析即分析信号的频谱（频率构成）、频带宽
度等。对语音信号的分析也不例外，也必须采用傅里叶变换这一工具。对于连续时间信号 f (t ) ，
其傅里叶变换 F () 为：F () f (t )e j t dt
四、实验任务
（1）应用 MATLAB进行声音的录制
在 MATLAB命令窗口中键入“ y=wavrecord(8000,8000,1) ”，并按回车键，此时刻以后的（18000/8000 ）秒时段内的声音信号将以y 为文件名，以数字声音信号 .wav 格式存储在 MATLAB的工作空间里。纪录长度为 80000，采样频率为 8000Hz，声道数为 1。图为录制的语音：“信号与系统”。
（2）应用 MATLAB进行声音的播放
在 MATLAB命令窗口中键入“ sound(y,Fs) ”, 按下回车键就能听到回放的声音。当 Fs=8000 时，听到的是原来未失真的声音；当 Fs=6000时，听到的声音比较低沉；当 Fs=10000时，听到的声音很
尖锐。
（3）语音信号的频谱分析
在 MATLAB命令窗口中键入“ p=fft(y);plot(abs(p))”按下回车键后出现如图所示图形：从图
中可以看出该音频的上限频率为 4000Hz。
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（4）采样定理
一个频谱受限的信号 f(t), 如果频谱只占据
m
~
m 的范围，则信号 f (t ) 可以用等间隔的抽
样值唯一地表示。而抽样间隔必须不大于
1
（其中
m
2 f m ），或者说，最低抽样频率为 2 f m 。
2 f m
低抽样频率为 2 f m 。该实验中，音频的上限频率为 4000Hz ，所以采用的抽样信号的频率为该频率
的两倍 8000Hz 。当采用小于 8000Hz 的频率抽样时，回放声音低沉；当采用大于
8000Hz 的频率采
样时，回放声音尖锐。
结论：
本次试验是进行语音信号的采集和频谱分析，实验纪录了长度为 80000，采样频率为 8000Hz 采样一段音频， 并进行频谱分析， 最终经过分析得只有以两倍上限频率回放音频时才会得到原音频
信号，否则都会失真。本次试验不仅学习到了新知识， 而且复习到了抽样定理的许多内容，加深
了对这些内容的理解，受益很多！ ！
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