语音信号处理实验讲义
时间：2011-12
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目录
实验一 语音信号生成模型分析……………………………………….3 实验二 语音信号时域特征分析……………………………………….7 实验三 语音信号频域特征分析………………………………………12 实验四 语音信号的同态处理和倒谱分析……………………………16
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实验一 语音信号生成模型分析
一、实验目的
1、了解语音信号的生成机理，了解由声门产生的激励函数、由声道产生的调制函数和由嘴唇产生的辐射函数。
2、编程实现声门激励波函数波形及频谱，与理论值进行比较。
3、编程实现已知语音信号的语谱图，区分浊音信号和清音信号在语谱图上的差别。
二、实验原理
语音生成系统包含三部分：由声门产生的激励函数G(z)、由声道产生的调制函数V(z)和由嘴唇产生的辐射函数R(z)。语音生成系统的传递函数由这三个函数级联而成，即
H(z)?G(z)V(z)R(z)
1、激励模型
发浊音时，由于声门不断开启和关闭，产生间隙的脉冲。经仪器测试它类似于斜三角波的脉冲。也就是说，这时的激励波是一个以基音周期为周期的斜三角脉冲串。单个斜三角波的频谱表现出一个低通滤波器的特性。可以把它表示成z变换的全极点形式
G(z)?1(1?e?cT?z)?12
这里c是一个常数，T是脉冲持续时间。周期的三角波脉冲还得跟单位脉冲串的z变换相乘：
U(z)?E(z)?G(z)?Av1?
1?z?1(1?e?cT?z?1)2这就是整个激励模型，Av是一个幅值因子。
2、声道模型
当声波通过声道时，受到声腔共振的影响，在某些频率附近形成谐振。反映在信号频谱图上，在谐振频率处其谱线包络产生峰值，把它称为共振峰。
一个二阶谐振器的传输函数可以写成
Vi(z)?Ai ?1?21?Biz?Ciz实践表明，用前3个共振峰代表一个元音足够了。对于较复杂的辅音或鼻音共振峰要到5个以上。多个Vi(z)叠加可以得到声道的共振峰模型
V(z)??Vi(z)??i?1MAi??1?21?Bz?Czi?1iiM?bzrr?0Nk?1R?r
1??akz?k3、辐射模型
从声道模型输出的是速度波，而语音信号是声压波。二者倒比称为辐射阻抗，它表征了
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口唇的辐射效应，可用下式表示：
R(z)?R0(1?z?1)
三、实验内容
1、设声门脉冲单个三角波的数学表达式为
n??1[1?cos] 0?n?N1?2N1????(n?N1)??g(n)??cos?? N1?n?N1?N2
??2N2??0 其他???试画出三角波波形图及其频谱。取N1=5，N2=3。 参考程序：
%三角波及其频谱
n=linspace(0,25,125); g=zeros(1,length(n)); i=0;
for i=0:40
if n(i+1)<=5
g(i+1)=0.5*(1-cos(n(i+1)*pi/5)); else
g(i+1)=cos((n(i+1)-5)*pi/8); end end
figure(1)
subplot(1,2,1) plot(n,g)
xlabel('时间/ms') ylabel('幅度')
axis([0,25,-0.4,1.2])
r=fft(g,1024); r1=abs(r);
yuanlai=20*log10(r1);
signal(1:512)=yuanlai(1:512); pinlv=(0:1:511)*8000/1024; subplot(1,2,2)
plot(pinlv,signal); xlabel('频率/Hz') ylabel('幅度/dB')
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