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1、目录第1章绪论11.1声音信号频谱分析仪概述11.2声音信号频谱分析仪功能11.3声音信号频谱分析仪的发展1第2章MATLAB相关知识32.1MATLAB软件知识32.1.1MATLAB语言简介32.1.2Matlab的优势和特点32.2图形用户界面(GUI)知识62.2.1GUI简介62.2.2GUI的特点62.2.3GUI的组成部分7第3章设计原理93.1波形分析原理93.1.1信号频率、幅值和相位估计93.1.2数字信号统计量估计93.2频谱分析原理113.2.1DFT与FFT113.2.2频率、周期的估计123.2.3频谱图123.3.模块划分12第4章系统程序设
2、计144.1界面设计144.2输入模块的实现164.3分析模块19第5章软件运行及结果分析22第6章总结24参考文献25致谢2626第1章绪论1.1声音信号频谱分析仪概述信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域，而频谱分析又是信号分析仪处理中一个非常重要的分析手段。一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成，价格昂贵，体积庞大，不便于工程技术人员的携带。声音信号频谱分析仪改变了原有频谱分析仪的整体设计思路，用软件代替了硬件，使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。在工程领域中，MATLAB是一种倍受程序开发人员青睐的语言，对于一些需要做大
3、量数据运算处理的复杂应用以及某些复杂的频谱分析算法MATLAB显得游刃有余。本文将重点介绍基于MATLAB的声音信号频谱分析仪的设计。1.2声音信号频谱分析仪功能(1) 音频信号输入，输入的途径包括从声卡输入、从WAV文件输入、从信号发生器输入；(2) 信号波形分析，包括幅值、频率、周期、相位的估计，并计算统计量的峰值、均值、均方值和方差等信息；(3) 信号频谱分析，频率、周期的估计，图形显示幅值谱、相位谱等信息的曲线。1.3声音信号频谱分析仪的发展基于快速傅里叶变换(FFT)的现代声音信号频谱分析仪，通过傅里叶运算将声音信号分解成分立的频率分量,达到与传统频谱分析仪同样
4、的结果,。这种新型的频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样,再经FFT处理后获得频谱分布图。 在这种频谱分析仪中，为获得良好的仪器线性度和高分辨率,对信号进行数据采集时26ADC的取样率最少等于输入信号最高频率的两倍,亦即频率上限是100MHz的实时频谱分析仪需要ADC有200MS/S的取样率。目前半导体工艺水平可制成分辨率8位和取样率4GS/S的ADC或者分辨率12位和取样率800MS/S的ADC,亦即,原理上仪器可达到2GHz的带宽，为了扩展频率上限,可在ADC前端增加下变频器,本振采用数字调谐振荡器。这种混合式的频谱分析仪可扩展到几GH
5、z以下的频段使用。FFT的性能用取样点数和取样率来表征,例如用100KS/S的取样率对输入信号取样1024点,则最高输入频率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取样点数为2048点,则分辨率提高到25Hz。由此可知,最高输人频率取决于取样率,分辨率取决于取样点数。FFT运算时间与取样,点数成对数关系,频谱分析仪需要高频率、高分辨率和高速运算时,要选用高速的FFT硬件,或者相应的数字信号处理器(DSP)芯片。例如,10MHz输入频率的1024点的运算时间80μs,而10KHz的1024点的运算时间变为64ms,1KHz的1024点的运算时间增加至640ms。当运算时间超过2
6、00ms时,屏幕的反应变慢,不适于眼睛的观察,补救办法是减少取样点数,使运算时间降低至200ms以下。26第2章MATLAB相关知识2.1MATLAB软件知识2.1.1MATLAB语言简介MATLAB是美国MathWorks公司推出的用于数值计算和信号处理的数学计算软件包，与其他高级语言相比，不仅语法规则更为简单，而且在解决工程问题和科研教学的辅助方面更加直观、简洁和高效。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学，工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C语言完相同的事情简捷得多。目前，MATLAB已经成为国际上最流行的科学与工程计算的软件
7、工具，现在的MATLAB已经不仅仅是一个“矩阵实验室”了，它已经成为了一种具有广泛应用前景的全新的计算机高级编程语言了，有人称它为“第四代”计算机语言，它在国内外高校和研究部门正扮演着重要的角色。2.1.2Matlab的优势和特点Matlab的特点： 1)高效的数值计算及符号计算功能,能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来; 2）具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化; 3)友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言,使学者易于学习和掌握; 4）功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等),为用户提供
