数字音频信号的分析与处理

数字音频信号的分析与处理 数字信号处理综合设计性实验 实验目的 复习巩固数字滤波器的设计方法与性能评估方法灵活运用数字滤波器的基本理论设计音频信号处理分频器 实验原理 人耳能听到的声音频率范围为20Hz 20000Hz 但由于技术所限 扬声器难以做到在此频率范围内都有很好的特性 因此一般采用两个以上的扬声器来组成一个系统 不同的扬声器播放不同频带的声音 将声音分成不同频带的设备就是分频器 声音输入 实验原理 对分频器的特性 考虑最多的还是两个滤波器合成的幅度特性 希望其是平坦的以不同滤波器设计方法得到的合成幅度特性是不同的 实验原理 并联系统的系统函数 实验原理 级联系统的系统函数 实验内容 任意选择两种类型的IIR数字滤波器 巴特沃斯 切比雪夫 椭圆 宁可瑞等类型 设计一个二分频的数字分频器 已知系统的采样率为48000Hz 分频点为2000Hz 要求给出类似图8 3的幅频特性图 分频器的幅频响应平坦 在分频点处最多不能超过3dB的偏差 用频谱分析的方法验证设计好的分频器 对选用的两种类型的滤波器效果进行对比画出滤波器的零极点图 根据极点分布情况验证滤波器性能以及确定设计的滤波器的稳定性 宁可瑞滤波器 宁可瑞滤波器 两个巴特沃夫滤波器级联N阶巴特沃夫滤波器等效宁可瑞滤波器的设计 B A butter N 2 wc B conv B B A conv A A 设计要点1 滤波器设计基本步骤 根据分频点要求初始化参数 截止频率 滤波器阶数N 调用MATLAB函数设计滤波器 如 B A butter N wc 评估滤波器性能 magH w freqz B A 设计要点1 数字滤波器设计的matlab函数 B A butter N wc ftype B A cheby1 N Rp wso ftype B A ellip N Rp wpo ftype 计算滤波器幅频特性的matlab函数 magH w freqz B A 以db为单位画幅频特性图形的matlab函数semilogx f magH r 为方便观察 注意需要把数字频率w转换为模拟频率f 设计要点2 分别设计低通 高通滤波器并分别画出其幅频响应图形计算并联滤波器的系统函数并画出其幅频响应图形你能得到预期的合成幅度特性图形吗 确定阶数N或截止频率wpo wso 是本实验的关键步骤在分频器设计中 由于理论确定计算N wpo wso 的值比较困难 因此可通过实验确定除了通过观察的方法确定N 你能通过编程的方法得到符合指标要求的N吗 设计要点3 不同的滤波器设计方法得到的合成幅度特性会有所不同 对比以下两项指标 评估不同方法所设计的滤波器的性能相同阶数N时 合成幅度特性的差异相同合成幅度特性 分频点处的偏差相同 时 阶数N的差异你能根据以上两项指标确定哪种滤波器的性能更好吗 设计要点3 画出低通滤波器 高通滤波器的零极点图根据零极点分布验证分频器为全通系统理想全通系统的零极点应近似抵消你设计的低通滤波器与高通滤波器的零极点分布是否