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大家無(wú)論是學(xué)習“信號與系統”還是“數字信號處理”，“頻譜”都是一個(gè)常常提到的詞。頻譜到底是什么？

下面就借助matlab，給出一些聲音信號的頻譜，大家結合對應的時(shí)域波形圖的模樣，再聽(tīng)一聽(tīng)聲音，就可以更直觀(guān)地理解頻譜的概念。

1、常用函數介紹

本節通過(guò)分析.wav格式的聲音文件來(lái)進(jìn)一步討論數字信號處理中的信號分析方法。首先介紹幾個(gè)常用函數：

[x,fs,bits]=waveread(‘filename’)

函數功能：讀取wav文件的數據；

輸入參數：filename——文件名；

輸出參數：x——聲音數據，一般是兩列（立體聲）；

          fs——該wav文件在采集時(shí)用的采樣頻率；

bits——進(jìn)行A/D量化時(shí)的位數（一般是8bits或16bits）

sound(x,fs,bits)

函數功能：將序列x中存放的數據通過(guò)聲卡轉換為聲音文件。

輸入參數：同上。

2、wav文件的頻域分析

選擇每個(gè)Matlab都有的wav文件ding.wav（在C:\MATLAB701\toolbox\vr\vrealm\program\sounds目錄下）作為分析對象，這是一個(gè)比較單純的聲音“叮……”。首先用wavread函數讀出文件中的數據，并用sound函數播放。然后對聲音數據做FFT，顯示幅度譜，并判斷波峰所在位置。程序如下：

示例程序：

close all;clearall;clc;figure;

[w,fs,bits]=wavread('C:\MATLAB701\toolbox\vr\vrealm\program\sounds\ding.wav');

sound(w,fs,bits);               %聽(tīng)一下原始聲音

y=w(:,1);                     %取其中一列

display('聲音文件的大小為：');size(w)

subplot(211);plot(y);title('時(shí)域波形');

 N=pow2(nextpow2(length(y)));%fft點(diǎn)數：最接近文件大小的2的整數冪

Y=fft(y,N);

subplot(212);plot(fs*[1:N]/N,abs(Y));title('幅度譜');grid;

    運行結果如下圖。顯然，幅度譜是以fs/2為中心對稱(chēng)的，這是所有實(shí)信號的幅度譜的共性。有一個(gè)比較明顯的主峰，頻率分布非常集中。若把頻譜圖放大顯示局部可以看到，頻率集中在1040~1050Hz范圍內，并且呈現非常尖銳的特點(diǎn)。這與聲音聽(tīng)起來(lái)音調比較單調的特點(diǎn)是相吻合的。

圖1 ding.wav文件的時(shí)域波形和頻譜圖及頻譜的局部放大圖

大家可以自行替換文件名，得到其他聲音文件的時(shí)域波形和頻譜圖。如下圖2-6所示。

圖2   chimes.wav文件的時(shí)域波形和頻譜圖

圖3   bird.wav文件的時(shí)域波形和頻譜圖

圖4   explo.wav文件的時(shí)域波形和頻譜圖

圖5   splwater.wav文件的時(shí)域波形和頻譜圖