1、实验题目 离散时间信号分析实验时间 2017 年 10 月 24日实验地点 主教 1118实验成绩 实验性质 验证性设计性综合性教师评语：出勤率好原理正确方案合理实验结果正确回答问题正确报告规范一、实验目的1掌握各种常用的序列，理解其数学表达式和波形表示。2掌握在计算机中生成及绘制数字信号波形的方法。3掌握序列的相加、相乘、移位、反转等基本运算及计算机实现与作用。4掌握线性卷积软件实现的方法。5掌握计算机的使用方法和常用系统软件及应用软件的使用。6通过编程，上机调试程序，进一步增强使用计算机解决问题的能力。二、 实验内容1、 用 matlab 编制信号产生子程序，产生以下典型信号序列。 90)
2、3(2)(12)(序 列6 )4(543序 列5 905sin3正 弦 序 列4矩 形 序 列3 10， ，1处 及 以 后 为4， 在0前 为4在,单 位 阶 跃 序 列2 0处 有 一 单 位 脉 冲 ，1在)(单 位 脉 冲 序 列8 nnnnhxR nnun 2、 利用 MATLAB 编程完成序列(5)和(6) 的移位、反转、加法、乘法等运算，并绘制运算后序列的波形。 )3(2)(12)(序 列6 )4(543序 列5 nnnh nx 3、 利用 MATLAB 编制一个计算两个序列线性卷积的通用程序，计算上述两序列，并绘制卷积后序列的波形。 三、实验原理1序列的基本概念离散时间信号在数
3、学上可用时间序列x(n)来表示，其中 x(n)代表序列的第 n个数字，n 代表时间的序列。注意：x(n)只在 n 为整数时才有意义, n 不是整数时无定义, 但不能认为是 0。离散时间信号可以是由模拟信号通过采样得到，例如对模拟信号 xa(t)进行等间隔采样，采样间隔为 T，得到一个有序的数字序列 xa(nT)就是离散时间信号，简称序列。2常用序列单位脉冲序列（单位抽样） 、单位阶跃序列、矩形序列、实指数序列、复指数序列、正弦型序列等。3序列的基本运算3.1 序列的加法：z(n)=x (n)+y(n)加法用于序列的合成。它把两个序列中位置序号相同的样本相加，形成新的样本序列。3.2 序列的乘法
4、：z(n)=x(n)y(n)序列的乘法是一种非线性运算，它用于信号的调制。它把两个序列中位置序号相同的样本相乘，形成新的样本序列。4序列的卷积 )()()(nhxmnhxnym 上式的运算关系称为卷积运算，式中代表两个序列卷积运算。两个序列的卷积是一个序列与另一个序列反褶后逐次移位乘积之和，故称为离散卷积，也称两序列的线性卷积。四个步骤：（1）反转：先将 x(n)和 h(n)的变量 n 换成 m，变成 x(m)和 h(m) ，再将h(m)以纵轴为对称轴反转成 h(-m) 。（2）移位：将 h(-m)移位 n，得 h(n-m) 。当 n 为正数时，右移 n 位；当 n为负数时，左移 n 位。（3
5、）相乘：将 h(n-m)和 x(m)的对应点值相乘。（4）求和：将以上所有对应点的乘积累加起来，即得 y(n) 。四、使用仪器、器材计算机，MATLAB 软件五、实验过程原始记录（实验源程序、图标、计算等）1、用 matlab 编制信号产生子程序，产生以下典型信号序列。 10处 有 一 单 位 脉 冲 ，1在,)(单 位 脉 冲 序 列 nn0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1000.20.40.60.81单位脉冲序列 10， ，1处 及 以 后 为， 在0前 为在,单 位 阶 跃 序 列2 nnnu0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1000.20.40.60.81阶跃序列nR8矩
6、 形 序 列3-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2000.20.40.60.81矩形序列 9035sin3正 弦 序 列4 nx0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-3-2-10123 正弦序列 90)4(5)34)2()(序 列5 nnnnx 0 1 2 3 4 5 6 7 8 90123456 x（ n） 90)3(2)()(序 列6 nnnnh -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 900.511.522.53 h（ n）2、利用 MATLAB 编程完成序列(5)和(6) 的移位、反转、加法、乘法等运算，并绘制运算后序列的波形。 )4(5)3(4)2(3)12
7、(序 列5 nnnnx )3(2)(12)(序 列6 nnnh 0 5 100246xn平移-5 0 50246xn反转0 5 100246hn平移-5 0 50246hn反转0 1 2 3 4 5024681012加法0 1 2 3 4 50246810乘法3、利用 MATLAB 编制一个计算两个序列线性卷积的通用程序，计算上述两序列，并绘制卷积后序列的波形。六、实验结果分析1如何产生方波信号序列和锯齿波信号序列？答：方波信号由 square 函数可得，锯齿波信号由循环语句产生。%方波T=0:0.001:2*pi; %方波的时间向量y=square(6*T); %方波 w=6,周期为 T=2
8、*pi/6subplot(2,1,1);plot(T,y); %画方波title(方波);axis(T(1)-1 T(end)+1 -2 2); %坐标轴区域hold on%锯齿波x=-10:10;y=;for i=1:21 %rem 为取余函数，此循环使得 y(i)交替取值 1 和-1if rem(i,2)=0 y(i)=-1;elsey(i)=1;endendsubplot(2,1,2);plot(x,y);title(锯齿波)2、实验中所产生的正弦序列的频率是多少？是否是周期序列？答：实验中正弦序列的频率是 10HZ，是周期序列。实验题目 用 FFT 进行谱分析实验时间 2017 年 1
9、1 月 21日实验地点 主教 1118实验成绩 实验性质 验证性设计性综合性教师评语：出勤率好原理正确方案合理实验结果正确回答问题正确报告规范一、实验目的（1）进一步加深 DFT 算法原理和基本性质的理解（因为 FFT 只是 DFT 的一种快速算法，所以 FFT 的运算结果必然满足 DFT 的基本性质） 。熟悉 FFT 程序结构及编程方法。（2）熟悉应用 FFT 对确定信号进行谱分析方法，熟悉 FFT 算法原理和FFT 子程序的应用。（3）学习用 FFT 对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应有 FFT。二、 实验内容(1）用matlab编
10、程产生并画出信号x1(n)、x2(n)、x3(n)、x4(n)、x5(n)。nnxR其 它,074831)(241 nnx其 它,074330)(cos4x8si)(5（2）用 matlab 编制 FFT 函数对上述信号进行频谱分析，并画出上述信号谱图。三、实验原理x xtkT 2T 3T 4T幅一个序列 x(n)的离散时间傅里叶变换就是它的频谱函数。120Nj nkknXkexW四、使用仪器、器材计算机，MATLAB五、实验过程原始记录（实验源程序、图标、计算等）（1）用matlab编程产生并画出信号x1(n)、x2(n)、x3(n)、x4(n)、x5(n)。nnxR其 它,074831)(
11、24 nnx其 它,074330)(cos4x8si)(5（2）用 matlab 编制 FFT 函数对上述信号进行频谱分析，并画出上述信号谱图。-20 -10 0 10 20-1-0.500.51x4n0 5 10 1502468|X1(k)|0 5 10 15 20 25 30 3505101520|X2(k)|0 10 20 30 40 50 60 700102030|X3(k)|-20 -10 0 10 20-1-0.500.51x5n0 5 10 1502468|X1(k)|0 10 20 30 4005101520|X2(k)|0 20 40 60 800102030|X3(k)|六
12、、实验结果分析1.说明 FFT 长度 N 改变对频谱的影响答：FFT 随长度 N 增加，主瓣宽度减小，分辨率提高，主峰位置也较准确2.简要回答以下问题：在 N=8 时，x2(n)和 x3(n)的幅频特性会相同吗？为什么？N=16 呢？FFT 在什么条件下也可以用来分析周期信号序列的频谱？如果正弦信号系统sin(2f0k),f0=0.1Hz，用 16 点 FFT 来做 DFT 运算，得到的频谱是信号本身的真实谱吗？为什么？（1）答：不相同。当 N=8 时，序列 x1(n)和 x2(n)中相同的元素值对应的 n 值是不同的，所乘的旋转因子的值也不同，因而得到的最终结果也是不同的。同理，N=16 时
13、，所得的幅频特性也是不同的。（2）答：由于 FFT 算法对序列长度的要求是 N=2M，M 为正整数。所以，当周期信号序列一个周期的长度满足 N=2M（M 为正整数）的条件时，FFT 可以用来分析周期信号的频谱。不是真实的频谱。因为序列的周期 N=10 不是 2 的整数次幂，所以不是真实的。实验题目 用双线性变换法设计 IIR 数字滤波器实验时间 2017 年 11 月 21日实验地点 主教 1118实验成绩 实验性质 验证性设计性综合性教师评语：出勤率好原理正确方案合理实验结果正确回答问题正确报告规范一、实验目的1. 掌握用双线性变换法设计 IIR DF 的原理及具体设计方法，熟悉用双线性变换
14、法设计 IIR DF 的计算机编程。2. 观察用双线性变换法设计的 DF 的频响特性，了解双线性变换法的特点。3. 熟悉用双线性变换法设计 BW 和 CB 型 DF 的全过程。二、实验内容1、读懂所给参考程序，熟悉程序的整体结构和功能。2、设计一个 CB 型低通 DF，通带截频 fp=3000Hz，衰耗满足 Apmax=3dB，阻带截频 fT=3400Hz,衰耗 ATmin=31dB,取样频率 fs=8000Hz。写出其模拟滤波器方程及数字滤波器方程。3、设计一个 BW 型低通 DF，满足：通带截频 fp=100Hz，衰耗满足Apmax=3dB，阻带截频 fT=400Hz,衰耗 ATmin=1
15、5dB,取样频率 fs=2000Hz。写出其模拟滤波器方程及数字滤波器方程。4、设计一个 BW 型高通 DF，满足：通带截频 fp=400Hz，衰耗满足Apmax=3dB，阻带截频 fT=350Hz,衰耗 ATmin=15dB,取样频率 fs=1000Hz。写出其模拟滤波器方程及数字滤波器方程。5、设计一个 CB 型带通 DF，满足：通带边界频率为 100Hz500Hz，通带衰耗小于 3dB，过渡带宽 20Hz，阻带衰耗大于 15dB，取样频率 fs=2000Hz。写出其模拟滤波器方程及数字滤波器方程。三、实验原理为了克服冲激响应不变法产生的频率混叠现象，这是从 S 平面到 Z 平面的标准变换
16、 z esT 的多值对应关系导致的，为了克服这一缺点，产生了双线性变换法。双线性变换法的映射函数： 1122TszszT0zs固定其中一个变量，则另一个是线性的。或者说，这种变换对于 s 和 z 是双线性的。12tanT这说明模拟角频率 和数字角频率 的关系是非线性的，但是没出现混叠。在把 变换为 时产生了非线性畸变。为了克服它带来的问题，通常要使 按上式预修正，以抵消畸变的影响。根据上述变换关系，可以写出： 12azsTHz设计 IIR 数字滤波器的一般步骤：把给出的数字滤波器的性能指标转换为模拟滤波器的性能指标根据转换后的性能指标，通过滤波器阶数选择函数，来确定滤波器的最小阶数N 和固有频
17、率 Wn；由最小阶数 N 得到低通滤波器原型；由固有频率 Wn 把模拟低通滤波器原型转换为低通、高通、带通、带阻滤波器运用脉冲响应不变法或双线性变换法把模拟滤波器转换成数字滤波器。四、使用仪器、器材计算机，matlab五、实验过程原始记录（实验源程序、图标、计算等）1、读懂所给参考程序，熟悉程序的整体结构和功能。2、设计一个 CB 型低通 DF，通带截频 fp=3000Hz，衰耗满足 Apmax=3dB，阻带截频 fT=3400Hz,衰耗 ATmin=31dB,取样频率 fs=8000Hz。写出其模拟滤波器方程及数字滤波器方程。3、设计一个 BW 型低通 DF，满足：通带截频 fp=100Hz
18、，衰耗满足Apmax=3dB，阻带截频 fT=400Hz,衰耗 ATmin=15dB,取样频率 fs=2000Hz。写出其模拟滤波器方程及数字滤波器方程。0 2 4 6 8 10频率 /Hz 10700.51幅值模拟0 5001000150020002500300035004000频率 /Hz00.51幅值数字4、 设计一个 BW 型高通 DF，满足：通带截频 fp=400Hz，衰耗满足Apmax=3dB，阻带截频 fT=350Hz,衰耗 ATmin=15dB,取样频率 fs=1000Hz。写出其模拟滤波器方程及数字滤波器方程。0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5频率 /Hz 106
19、00.51幅值模拟0 200 400 600 800 1000频率 /Hz00.51幅值数字5、 设计一个CB 型带通DF，满足：通带边界频率为 100Hz500Hz，通带衰耗小于3dB ，过渡带宽20Hz，阻带衰耗大于15dB，取样频率fs=2000Hz。写出其模拟滤波器方程及数字滤波器方程。0 1 2 3 4 5 6频率 /Hz 10600.51幅值模拟0 200 400 600 800 1000频率 /Hz00.51幅值数字六、实验结果分析1、与脉冲响应不变设计法相比较，简述双线性变换设计法的优缺点。双线性变换法优点：克服多值映射得关系，可以消除频率的混叠缺点：时域到频域的变换是非线性的
20、，在高频处有较大的失真脉冲响应不变法的优点：1，模拟频率到数字频率的转换时线性的；2，数字滤波器单位脉冲响应的数字表示近似原型的模拟滤波器单位脉冲响应，因此时域特性逼近好。缺点：会产生频谱混叠现象，只适合带限滤波器0 1 2 3 4 5频率 /Hz 10600.51幅值模拟0 200 400 600 800 1000频率 /Hz00.51幅值数字实验题目 数字音效处理器的设计与实现实验时间 2017 年 12 月 11日实验地点 主教 1118实验成绩 实验性质 验证性设计性综合性教师评语：出勤率好原理正确方案合理实验结果正确回答问题正确报告规范二、 实验目的数字音效处理器，是用数字音频信号处
21、理技术来提升和达到各种声音效果的电子装置或者音频变换系统，包括均衡器、数字混响器、立体声、特殊音效器等。其通过对音频进行增益处理、时间处理、频率处理，改变了原始音频的特征，从而达到某些需要特殊环境，如音乐厅、录音室、户外才能达到的特殊声音效果。通过项目实践，学生能够体会到数字信号处理技术在数字音效处理方面的应用。在实用过程中比较处理前后的语音回放效果，学生能亲切地、身临其境地体会到实验的效果，能激发学生的学习兴趣，培养学生的创新精神、实践能力。二、实验内容1、 对于任意的语音信号进行采样，对采样后的语音信号进行频谱分析。2、 通过人机交互界面完成功能控制，如语音采集、播放、音效处理等按键、滑动
22、条控制，要求界面简单易懂，功能丰富，尽量反应使用者的视觉和使用需求。3、 实现均衡算法，要求设计增益可调的滤波器，键入以分贝为单位的增益值或衰减值，改变对应中心频率处的幅值。4、 变声，将现场采集的音频信号，实现男女变声。5、 混音，要求将多路音频混合播出，可调单路音频的掩饰时间和衰减系数。6、 其他（学生自由发挥） 。三、实验原理1、频谱是频率谱密度的简称，是频率的分布曲线。复杂振荡分解为振幅不同和频率不同的谐振荡，这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱。频谱广泛应用于声学、光学和无线电技术等方面。频谱将对信号的研究从时域引入到频域，从而带来更直观的认识。把复杂的机械振动分解成的频谱称为机
23、械振动谱，把声振动分解成的频谱称为声谱，把光振动分解成的频谱称为光谱，把电磁振动分解成的频谱称为电磁波谱，一般常把光谱包括在电磁波谱的范围之内。分析各种振动的频谱就能了解该复杂振动的许多基本性质，因此频谱分析已经成为分析各种复杂振动的一项基本方法。2、均衡器（Equalizer） ，是一种可以分别调节各种频率成分电信号放大量的电子设备，通过对各种不同频率的电信号的调节来补偿扬声器和声场的缺陷，补偿和修饰各种声源及其它特殊作用，一般调音台上的均衡器仅能对高频、中频、低频三段频率电信号分别进行调节。在通信系统中，在系带系统中插入均衡器能够减小码间干扰的影响。3、通过自己发音，共振峰频率的改变是基本重采样实现的，从重采样原理知道，这也同时引发了基频的变化，为保证基频变化和共振频率变化的独立、互不相关，在基频移动是必须考虑抵消重采样带来的偏移，理论上只要基频检测足够精确，确保可以保证基频改变和共振峰频率改变间的互不相关，通过搬移和改变基频、语速，实现变声。4、混音器是处理音频的一种装置，分为软件类型和硬件类型。由于原理不同，软件类型的混音器和硬件类型的混音器的应用也大不相同，前者主要用于音频处理，后者主要用于音响设置。四、使用仪器、器材计算机，matlab五、实验过程原始记录（实验源程序、图标、计算等）1.语音载入和播放2.频谱3、混音器4、均衡器5、滤波器6、变声器7、效果图
