摘 要

本次设计的课题为虚拟声信号频谱分析仪，几乎所有的工程和技术领域都涉及信号处理。然而，分析和处理信号的最重要的手段之一是频谱分析。一般的频谱分析依赖于传统的物理频谱分析仪，比较昂贵和笨重。工程师和技术人员携带起来不方便。声音信号频谱分析仪的设计改变了原有频谱分析仪的整体设计，采用软件代替硬件，可以帮助工程师使用笔记本电脑到现场即可轻松完成信号的采集、处理和频谱分析。本次设计软件是MATLAB，是一个功能强大的工程实用软件，用于数据分析和处理。利用它对语音信号进行采集、分析和处理非常方便。本文介绍了在MATLAB环境中如何采集声音信号和采集后的频谱分析方法，并使用MATLAB软件的GUI模块，设计了一个简易的声音信号频谱分析仪。

关键字：MATLAB，声音信号，频谱分析

Virtual sound signal spectrum analyzer

ABSTRACT

The design of the topic is the virtual sound signal spectrum analyzer， almost all of the engineering and technical fields are involved in signal processing. However， one of the most important means of analyzing and processing signals is spectrum analysis. The general spectrum analysis relies on the traditional physical spectrum analyzer， which is expensive and bulky. Engineers and technicians are inconvenient to carry. Sound signal spectrum analyzer design changes the original spectrum analyzer design， the use of software instead of hardware， it can help engineers use the laptop to the scene can easily complete the signal acquisition， processing and spectrum analysis. This design software is MATLAB， it is a powerful engineering utility software for data analysis and processing. It is very convenient to use it to collect， analyze and deal with the voice signal. This paper introduces how to collect the sound signal and the acquired spectrum analysis method in the MATLAB environment， and use the GUI module of MATLAB software to design a simple sound signal spectrum analyzer.

Keywords: MATLAB， sound signal， spectrum analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1声音信号频谱分析仪概述 1

1.2声音信号频谱分析仪功能 1

1.3声音信号频谱分析仪的发展 2

第2章 MATLAB相关知识 4

2.1 MATLAB软件知识 4

2.1.1 MATLAB 语言简介 4

2.1.2 Matlab的优势和特点 4

2.2 图形用户界面(GUI)知识 5

2.2.1 GUI简介 5

2.2.3 GUI的设计原则 5

第3章 声音信号频谱分析仪设计原理 6

3.1波形分析原理 6

3.1.1 信号频率、幅值和相位估计 6

3.1.2 数字信号统计量估计 8

3.2频谱分析原理 8

3.2.1 DFT与FFT 8

3.2.2 频率、周期的估计 8

3.2.3 频谱图 9

3.3 Matlab在时域频域分析方面的应用 9

3.4模块划分 13

第4章 声音信号频谱分析系统程序设计 15

4.1界面设计 15

4.2输入模块的实现 19

4.3分析模块 22

第5章 软件运行及结果分析 25

第6章 总结 28

参 考 文 献 29

致 谢 30

第1章.绪论

1.1 声信号频谱分析仪的概述

信号处理的运用几乎涉及到全部的工程技术领域，信号分析仪处理中一个非常关键的分析手段就是频谱分析。一般的频谱分析都依赖于传统频谱分析仪来完成，它昂贵、笨重，不便于工程技术人员的携带。声音信号频谱分析仪改变了整个频谱分析仪的原始设计，用软件代替了硬件，可以帮助工程师携带笔记本电脑到现场，就可以方便地完成信号的采集、处理和频谱分析。

在工程领域中， MATLAB是一种非常流行的开发软件，对于一些复杂的应用需要做大量的数据处理和一些复杂的谱分析算法，MATLAB很容易就可以分析。本文将重点介绍基于MATLAB的声音信号频谱分析仪的设计。

随着计算机技术的不断发展和突破，计算机数据的处理能力也飞速成长，相对于数字式频谱仪采用的DSP专用芯片而言，还是有明显的优势的。计算机数据处理、存储和传输均达到一定高度，足以用于频谱分析的性能要求。而基于虚拟技术的频谱分析仪的成本相对较低，体积也大大减小，便于携带。

频谱分析仪是测量信号频率和频谱的重要测量仪器。广泛应用于电声测量、音频制作、信号分析和振动测量等领域。它可以保存采集到的音频信号，并对现有音频波形文件进行分析，但此类仪器购买价格更高，操作更复杂，升级更昂贵。某些仪器只能用于特定的测量和分析项目，如噪声频谱分析仪。

在本文中，图形用户界面(GUI)工具箱的目的是在MATLAB环境中构建一个类似于Windows图形操作界面。通过声卡将传感器得到的模拟信号转换为数字信号，Matlab控制音频信号的信号输入，对信号波形进行分析、频谱分析，建立一个实用的虚拟频谱分析仪，其分析功能可根据实际需要进行进一步扩展。

1.2 声信号频谱分析仪的功能

(1) 音频信号输入，输入的方法包括从声卡输入、从WAV文件输入、以及从信号发生器输入；

(2) 信号波形分析，包括幅度、频率、周期和相位估计，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。