语音分析实验报告。
姓名：母洋文。
学号：10021113
一、 实验目的。
1. 了解声音信号采集、变换、分析、处理的全过程。
2. 理解傅里叶变换、功率谱、对数功率谱、倒频谱的原理和在工程应用中的作用。
3. 学习如何使用matlab软件对采集到的离散信号进行变换并绘出图形。
4. 掌握分析时、频谱图的方法。
二、 实验仪器。
nd2型声级计、采集卡、笔记本电脑。
三、 实验步骤。
1. 连接好实验仪器；
2. 设置声级计的档位为中档（50～110db）；
3. 拔掉笔记本电源、关闭手机及其它可能对实验产生干扰的设备；
4. 打开信号采集软件，设置采样频率为80k，采样时间为10s；
5. 被测试人发出‘a’音，待1～2s声音平稳后，鼠标单击软件界面的开始按钮开始采集信号，每次采集时间为10s；采集到的数据是电压值，单位为毫伏（mv）。
四、 信号处理。
使用matlab软件编写一m文件，读取实验所得的数据文件，并绘制图形，如图1。
图11. 零均值化。
将实验所得的数据求和，并除以数据总数80万，得到数值s；然后用每个数据减去s，得到一组新的数据，后面的分析都使用这组数据，即实现了零均值化，并绘制图形，如图2。
图22.傅里叶变换。
实验的采样频率为80k，采样时间为10s，因此，得到80万个数据。在信号处理时，将零均值化后的数据分成40段，即第1～20000个数据为第1段，第20001～40000个为第2段，依次类推。
利用matlab库函数fft对每一段数据做快速傅里叶变换，然后对这40段快速傅里叶变换求平均，并绘制图形，截取频率为0～5000hz的部分，如图3.
图33.功率谱。
采用自相关函数法求功率谱。
在matlab中，先使用库函数xcorr求每段数据的自相关函数，再使用fft函数对每段数据的自相关函数进行傅里叶变换，最后对得到的40段傅里叶变换取平均，得出自功率谱。绘制其图形，如图4所示。
图44.对数功率谱。
在matlab中使用log函数对3中得出的功率谱取自然对数，得到对数功率谱，并绘制其图形，截取部分曲线，如图5。
图55.倒频谱。
根据定义，对对数功率谱进行傅里叶逆变换得出的即为类自相关倒频谱。因此，在matlab中使用ifft函数对4中得到的对数功率谱进行傅里叶逆变换，并绘制图形，如图6.
图6五、 分析。
图2中截取5～5.1s，放大，如下图。
从上图中可以明显的看出基音周期的存在，a点横坐标为5.01，b点横坐标为5.016，所以，基音周期约为0.006s。
从对数功率谱（图5）中可清楚地看到‘a’音的频率约为172hz。
实验测得的‘a’音信号，是嗓音信号与声道信号在时域上的卷积，在频率上的乘积，倒频谱分析可以把嗓音信号与声道信号分别开来。倒频谱图（图6）中，点m的横坐标为xm=0.005825s，因此我发‘a’音时的嗓音频率为=171.
67hz。
六、 对比。
对一个男同学（饶阳）和一个女同学（李淑静）的‘a’音信号做同样的处理分析，绘出图形，如下：
男同学：女同学：
从对数功率谱图中可得出，男同学的嗓音频率为140hz, 女同学的嗓音频率为228hz；从对数倒频谱图中可得出，男同学的嗓音频率为1/x=1/0.007075=141.34hz,女同学的嗓音频率为1/x=1/0.
004375=228.57hz。
通过对比可知，嗓音频率男同学较女生低，这也是男同学声音低沉，女同学声音尖锐的原因所在。
七、 总结。
通过实验，我对信号采集、处理、分析的方法和过程更加清楚，对傅里叶变换、功率谱、对数功率谱、倒数谱的数学变换关系以及其在工程应用中的作用和意义更加明了，同时还明白了人声音信号的组成，每个人都有自己的声音频率，女生嗓音频率比男生高。通过对理论知识的实际应用，是我对理论知识的掌握更加牢靠。
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