基于MATLAB的简单音乐合成.doc

数字信号处理 课程设计课程设计 说明书说明书 设计题目 设计题目 基于基于 MATLAB 的简单音乐合成的简单音乐合成 姓姓 名 名 专业年级 专业年级 学学 号 号 指导老师 指导老师 时时 间 间 2015 年年 6 月月 25 日日 数字信号处理课程设计 任务书 题目题目基于 MATLAB 的简单音乐合成 主要主要 内容内容 1 自学 Matlab 软件 了解相关编译语句 2 利用 Matlab 完成简单的音乐合成 3 分析仿真结果 得出合理结论 设计设计 要求要求 1 利用 Matlab 实现对自选乐曲的简单音乐合成 生成 wav 文件 2 给各个乐音加载包络 生成 wav 并显示音乐信号的包络图像 3 在音乐中加上二 三 四次谐波 基波幅度为 1 高次谐波幅度分别为 0 388 0 1557 0 2424 并生成 wav 文件 4 按要求完成设计报告 主要主要 仪器仪器 设备设备 1 计算机 1 台 Matlab 仿真软件一套 主要主要 参考参考 文献文献 1 高西全 丁玉美 数字信号处理 第三版 M 西安 西安电子科技大 学出版社 2008 2 程佩青 数字信号处理教程 第四版 M 北京 清华大学出版社 2013 3 余成波等 数字信号处理及 MATLAB 实现 第二版 M 北京 清华大 学出版社 2008 课程设计进度安排 起止时间 工作内容 课程设计进度安排 起止时间 工作内容 单人一组 每组选择不同乐曲进行音乐合成 每人 1 套实验环境 整个课程设 计共 1 周 20 学时 具体安排如下 前期准备工作 4 学时 学习设计题目相关知识 查阅资料 掌握实现的原理 计划内上机 14 学时 按要求 完成设计方案 编写并调试仿真程序 计划内上机 2 学时 结果验收 并完成课程设计报告 课程设计开始日期课程设计开始日期2015 06 23课程设计完成日期课程设计完成日期2015 06 30 指导老师 签名 指导老师 签名 福建农林大学数字信号处理课程设计说明书 目目 录录 1 设计基础 1 1 1 MATLAB 软件简介 1 1 2 乐曲解析 1 2 设计与实现 2 2 1 简单的音乐合成 2 2 1 1 原理分析 2 2 1 2 Matlab 源代码 2 2 1 3 运行结果分析 2 2 2 除噪音 加包络 2 2 2 1 原理分析 2 2 2 2 Matlab 源代码 2 2 2 3 运行结果分析 2 2 3 加谐波 2 2 3 1 原理分析 2 2 3 2 Matlab 源代码 2 2 3 2 运行结果分析 3 3 总结与体会 4 4 参考文献 5 基于 MATLAB 的简单音乐合成 4 4 1 设计基础设计基础 1 1 MATLAB 软件简介软件简介 MATLAB 是 matrixclc fs 8000 抽样频率 f 261 63293 66 329 63 261 63 261 63 293 66 329 63 261 63 329 63 349 23 392 329 63 349 23 392 各个乐音对应的频率 time fs 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 1 0 5 0 5 1 各个乐音 的抽样点数 N length time 这段音乐的总抽样点数 east zeros 1 N 用east向量来储存抽样点 n 1 for num 1 N 利用循环产生抽样数据 num表示乐音编号 t 1 fs 1 fs time num fs 产生第num个乐音的抽样点 east n n time num 1 sin 2 pi f num t 抽样点对应的幅值 n n time num end sound east 8000 播放音乐 基于 MATLAB 的简单音乐合成 7 7 2 设计与实现 2 1 简单的音乐合成 2 1 1 原理分析 根据 两只老虎 片段的简谱和 十二平均律 计算出该片段中各个乐音的频率 在 MATLAB 中生成幅度为 1 抽样频率为 8000kHz 的正弦信号表示这些乐音 请 用 sound 函数播放每个乐音 听一听音调是否正确 最后用这一系列乐音信号拼出 两只老虎 片段 注意控制每个乐音持续的时间要符合节拍 用 sound 函数播放合 成的乐音 2 12 Matlab 源代码 clear clc fs 8000 抽样频率 f 261 63293 66 329 63 261 63 261 63 293 66 329 63 261 63 329 63 349 23 392 329 63 349 23 392 各个乐音对应的频率 time fs 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 1 0 5 0 5 1 各个乐音 的抽样点数 N length time n 1 for num 1 N 利用循环产生抽样数据 num 表示乐音编号 t 1 fs 1 fs time num fs 产生第 num 个乐音的抽样点 east n n time num 1 sin 2 pi f num t 抽样点对应的幅值 n n time num end sound east 8000 播放音乐 2 1 3 运行结果分析 初步合成的音乐音调符合曲谱 能听出 两只老虎 的旋律 2 2 除噪音 加包络 2 2 1 原理分析 你一定注意到 1 的乐曲中相邻乐音之间有 啪 的杂声 这是由于相位不连续产 生了高频分量 这种噪声严重影响合成音乐的质量 丧失真实感 下面通过加包络来 消噪音 最简单的包络为指数衰减 最简单的指数衰减是对每个音乘以因子 在实验 t e 基于 MATLAB 的简单音乐合成 8 8 中首先加的是的衰减 这种衰减方法使用的是相同速度的衰减 但是发现噪音并 1 5t e 没有完全消除 播放的音乐效果不是很好 感觉音乐起伏性不强 于是采用不同速度 的衰减 根据乐音持续时间的长短来确定衰减的快慢 乐音持续时间越长 衰减的越 慢 持续时间越短 衰减的越快 2 2 2 Matlab 源代码 clear clc fs 8000 抽样频率 f 261 63293 66 329 63 261 63 261 63 293 66 329 63 261 63 329 63 349 23 392 329 63 349 23 392 各个乐音对应的频率 time fs 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 1 0 5 0 5 1 各个 乐音的抽样点数 各个乐音对应的频率 N length time 这段音乐的总抽样点数 xio zeros 1 N 用 east 向量来储存抽样点 n 1 for num 1 N 利用循环产生抽样数据 num 表示乐音编号 t 1 fs 1 fs time num fs 产生第 num 个乐音的抽样点 P zeros 1 time num P 为存储包络数据的向量 L time num 0 1 5 3 8 5 8 1 包络线端点对应的横坐标 T 0 1 5 1 1 0 包络线端点对应的纵坐标 s 1 b 1 1 time num 产生包络线抽样点 for k 1 4 P s L k 1 1 T k 1 T k L k 1 L k b s L k 1 1 L k 1 ones 1 L k 1 s T k 1 ones 1 L k 1 s 包络线直线方程通式 s L k 1 end laohu n n time num 1 sin 2 pi f num t P 1 time num 给第 num 个乐音加上包络 n n time num end sound laohu 8000 plot laohu 基于 MATLAB 的简单音乐合成 9 9 wavwrite laohu laohu 2 2 2 3 运行结果分析 播放后可以听出噪音已经消除 同时因为不同时长的乐音衰减的快慢不一样 音 乐听起来更有起伏感 如图为 2 1 波形图 图 2 1 laohu1 加包络波形图 2 3 加谐波 2 3 1 原理分析 在音乐中加上二 三 四次谐波 基波幅度为 1 高次谐波幅度分别为 0 2 0 3 0 1 2 3 2 Matlab 源代码 clear clc fs 8000 抽样频率 f 261 63293 66329 63261 63261 63293 66329 63261 63329 63349 23 392 329 63349 23392 各个乐音对应的频率 基于 MATLAB 的简单音乐合成 10 10 time fs 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 1 0 5 0 5 1 各个乐音的抽样 点数 各个乐音对应的频率 N length time 这段音乐的总抽样点数 xio zeros 1 N 用 east 向量来储存抽样点 n 1 for num 1 N 利用循环产生抽样数据 num 表示乐音编号 t 1 fs 1 fs time num fs 产生第 num 个乐音的抽样点 P zeros 1 time num P 为存储包络数据的向量 L time num 0 1 5 3 8 5 8 1 包络线端点对应的横坐标 T 0 1 5 1 1 0 包络线端点对应的纵坐标 s 1 b 1 1 time num 产生包络线抽样点 for k 1 4 P s L k 1 1 T k 1 T k L k 1 L k b s L k 1 1 L k 1 ones 1 L k 1 s T k 1 ones 1 L k 1 s 包络线直线方程通式 s L k 1 end m 1 0 3 0 2 波形幅值矩阵 ss zeros 1 length t for i 1 length m ss ss m i sin 2 i pi f num t 加谐波 end laohu n n time num 1 ss P 1 time num 给第 num 个乐音加上包络 laohu n n time num 1 sin 2 pi f num t P 1 time num 给第 num 个乐音加上包络 n n time num end sound laohu 8000 plot laohu wavwrite laohu laohu 3 基于 MATLAB 的简单音乐合成 11 11 2 3 2 运行结果分析 音乐中加上二 三 四次谐波 基波幅度为 1 高次谐波幅度分别为 0 2 0 3 0 1 如图为 2 2 波形图 图 2 1 laohu2 加谐波波形图 基于 MATLAB 的简单音乐合成 12 12 3 总结与体会总结与体会 通过这次的课程设计 加深了我们对数字信号处理所学知识的了解 增强了我们 对教学知识的运用和主动研究的能力 让我们掌握信号处理过程的仿真设计方法 通过模仿老师所给的例题和所收集的资料例题 编写 Matlab 仿真程序 主要利用 matlab 软件来实现对乐音信号的仿真 从而加深我们对模拟信号数字化处理的理解 了解音乐信号时间特性 频率特性变化所带来的影响 初步学会改善音乐播放效果 在运用所学知识和学习 Matlab 软件的同时也学习到音乐的基本组成 4 参考文献参考文献 1 王力宁 MATLAB 与通信仿真 M 北京 人民邮电出版社 1999 2 陈亚勇等 MATLAB 信号处理详解 M 北京 人民邮电出版社 2001 3 高西全 丁玉美 数字信号处理 第三版 M 西安 西安电子科技大学出版社 2008 4 程佩青 数字信号处理教程 第四版 M 北京 清华大学出版社 2013 5 余成波等 数字信号处理及 MATLAB 实现 第二版 M 北京 清华大学出版社 2008 6 美 Vinay K Ingle John G Proakis 数字信号处理 应用 Matla b 第 3 版 M 北京 科学 出版社 2012