信号与系统——Matlab部分习题

1、课程设计（论文）课程名称：信号与系统课程论文题目：信号与系统MATLAB课程设计姓 名：系：专 业：物理学（电子信息工程方向）年 级：大学二年级学 号：指导教师：职 称：2017年 5 月22日目 录摘要1关键词1一、M2-721、问题重述22、问题分析23、仿真程序与仿真结果2（1）仿真程序2频率为262Hz的正弦信号声音波形2频率为294Hz的正弦信号声音波形3频率为330Hz的正弦信号声音波形3频率为349Hz的正弦信号声音波形4频率为392Hz的正弦信号声音波形4频率为440Hz的正弦信号声音波形5频率为494Hz的正弦信号声音波形5频率为524Hz的正弦信号声音波形6结果分析：6（2

2、）仿真程序：6仿真结果：7结果分析：7（3）仿真程序：7仿真结果：7结果分析：8二、M3-381、问题重述82、问题分析83、仿真程序与仿真结果8（1）仿真程序：8仿真结果：8结果分析：9（2）仿真程序：9仿真结果：9结果分析：9三、M4-3101、问题重述：102、问题分析103、仿真程序与仿真结果10（1）仿真程序：10仿真结果：10结果分析：10（2）仿真程序：11仿真结果：11结果分析：12（3）女声变男声：12仿真程序：12仿真结果：12结果分析：124、自主学习内容125、阅读文献126、发现问题127、问题探究13信号与系统MATLAB课程设计摘要：1.（1）掌握信号的建模，了解

3、基本信号及其特点；（2）掌握基本信号的叠加及播放；（3）掌握MATLAB对语音信号的读取与播放及其时域波形分析。2.（1）掌握离散信号的卷积和运算；（2）验证卷积和的交换律、分配律和结合律。3.（1）学会仿真软件MATLAB的基本使用方法；（2）掌握利用MATLAB进行信号的频谱分析及画出幅度频谱；（3）实现男女声转换。关键词： 基本信号；建模；信号读取与播放；时域分析；卷积和；频域分析；男女声转换一、 M2-71、问题重述利用MATLAB产生和播放声音信号。1) 生成不同频率（262Hz,294Hz,330Hz,349Hz,392Hz,440Hz,494Hz,524Hz）的正弦信号，观察其波

4、形，感觉其音调的变化；2) 将频率为262Hz,294Hz,330Hz,262Hz,262Hz,294Hz,330Hz,262Hz,330Hz,349Hz,392Hz,392Hz,330Hz,349Hz,392Hz,392Hz的正弦信号按顺序播放，感觉其声音的变化；3) 请朗读“我是许柳飞”，并录成wav格式，利用MATLAB进行语音信号的读取与播放，画出其时域波形。提示：利用MATLAB的函数wavread(file)和sound(x,fs)以读取声音文件和播放声音信号。2、问题分析（1） 频率决定音调，频率不同，音调也不同。MATLAB可生成不同频率的正弦信号，从而模拟出相应的声音信号，通

5、过改变该正弦函数的频率，我们可以得到不同音调的声音信号。我们认为正弦信号的频率越高，信号波形越密集，生成的声音的音调越高。（2） 在MATLAB中表示题中各频率的正弦信号的数组按题目中的顺序组成一个一维数组y,用sound(y)播放。（3） 利用MATLAB函数audioread(file)读取.wav格式文件。(MATLABR2016a已删除wavread函数)3、仿真程序与仿真结果（1）仿真程序fs=60000;%频率为262Hz的声音极其波形f1=262;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)频率为262Hz的正弦信号

6、声音波形fs=60000;%频率为294Hz的声音极其波形f1=294;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)频率为294Hz的正弦信号声音波形fs=60000;%频率为330Hz的声音极其波形f1=330;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)频率为330Hz的正弦信号声音波形fs=60000;%频率为349Hz的声音极其波形f1=349;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)频率为3

7、49Hz的正弦信号声音波形fs=60000;%频率为392Hz的声音极其波形f1=392;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)频率为392Hz的正弦信号声音波形fs=60000;%频率为440Hz的声音极其波形f1=440;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)频率为440Hz的正弦信号声音波形fs=60000;%频率为494Hz的声音极其波形f1=494;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(

8、t,y1)频率为494Hz的正弦信号声音波形fs=60000;%频率为524Hz的声音极其波形f1=524;t=0:1/fs:0.02;y1=sin(2*pi*f1*t);sound(y1,fs)plot(t,y1)频率为524Hz的正弦信号声音波形结果分析：当正弦信号频率增大时，周期变短，音调变高。（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)仿真结果：儿歌两只老虎的曲片段。结果分析：不同频率的无意义的信号在时域的叠加，形成了有意义的信号。（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)仿真结果：播放音频：（要用兼容.wav格式播放器播放）结果分析：1单位时间内时域图密集的部分，信号声音更加尖锐；2. 单位时间内时域图稀

11、疏的部分，信号声音更加低沉；二、M3-31、问题重述利用MATLAB提供的conv函数计算序列的卷积和，并验证卷积和的交换律、分配律与结合律。 xk=0.85,0.53,0.21,0.67,0.84,0.12,hk=0.68,0.37,0.83,0.52,0.712、问题分析conv函数可计算起点为k=0的两个序列的卷积。可利用此函数和卷积的性质，完成此题。3、仿真程序与仿真结果（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);仿真结果

12、： 结果分析：两个离散序列卷积和所得到的序列，其起点等于两个序列的起点之和，终点等于两个序列的终点之和。（2）仿真程序：%定义函数conv_mfunction y = conv_m(x1,x2)y = conv(x1,x2);x1 = 8, 5, 2, ;%定义x1序列x2 = 6, 8, 1, ;%定义x2序列x3 = 6, 3, 8, ;%定义x3序列 y11=conv_m(x1,x2); %交换律y12=conv_m(x2,x1); %交换律 y21 = conv_m(conv_m(x1,x2),x3);%结合律y22 = conv_m(x1,conv_m(x2,x3);%结合律 x4=

13、x2+x3;y31=conv_m(x1,x4);y32=conv_m(x1,x2)+conv_m(x1,x3); %分配律仿真结果：结果分析：卷积满足交换律、结合律与分配律。三、M4-31、问题重述：语音信号谱分析及男、女声音转换：（1） 请朗读“我是许柳飞”，并录音成wav格式，画出其时域波形。（2） 利用函数ctft1分析（1）中录制的语音信号的频谱，画出其幅度频谱。（3） 若你是男生，请将你在（1）中录制的语音信号转换成女生声音；若你是女生，请将你在（1）中录制的语音信号装换成男生声音。2、问题分析（1）掌握MATLAB的基本方法声音的读取与播放及时域分析；（2）连续非周期信号的频谱，离

14、散非周期信号的频谱；（3）时域抽样，频域抽样。3、仿真程序与仿真结果（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)仿真结果：播放音频：（要用兼容.wav格式播放器播放）结果分析：1单位时间内时域图密集的区域，信号声音更加尖锐；2. 单位时间内时域图稀疏的区域，信号声音更加低沉；（2）仿真程序： %定义ctft1函数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%定义图表的横坐标和纵坐标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);%画出幅度、相位、频谱图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(频谱)仿真结果：结果分析：利用MATLAB可以分析声音信号在频域上的幅度变化、相位变化以及其频谱图。（3）女声变男声：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);仿真结果：女声变男声结果分析：女声变男声，其实就是改变声音的频率。频率越低，声音更低沉，更像男声；频率越高，声音更尖锐，更像女声。4、