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洛阳理工学院

课程设计报告

课程名称数字信号处理课程设计

设计题目空气柱主频率模型测定

专业通信工程

班级B110508

学号B********

姓名朱照霞

完成日期2014.6.20

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课程设计任务书

设计题目：空气柱主频率模型测定

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设计内容与要求：

题目3：空气柱主频率测定

当我们向暖水瓶倒水时，暖水瓶中的空气柱会发生振动。随着水位的升高,空气

柱越来越短，空气柱振动的频率越来越大，音调就越来越高，所以根据声音音调的

高低就能知道水是否灌满。甚至我们可以量化这个过程，根据倒水声音音调的高低

来反算水位的高低。

笔者对倒水的过程进行了采集试验，选用标准暖水瓶一个，用近似匀速的水流

在43秒时间内将水瓶贮满，声音文件的STFT频谱图如下图所示：

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题目的基本要求如下：

（1）建立水位高度H和振动频率f的数学模型；

（2）自行设计一个倒水的过程，采集倒水过程的音频信号；

（3）用试验五的STFT程序对倒水声音进行分析；

（4）分离信号基本频率和水位高度的函数曲线；

（5）用函数曲线来验证数学模型的正确性。

指导教师：

年月日

课程设计评语

成绩：

指导教师：

年月日

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摘要

《数字信号处理》课程是通信专业的一门重要专业基础课，是信息的数

字化处理、存储和应用的基础。数字信号处理的主要研究对象是数字信号，

且是采用运算的方法达到处理的目的的，因此，其实现方法，基本上分成两

种实现方法，即软件和硬件实现方法。软件实现方法指的是按照原理和算法，

自己编写程序或者采用现成的程序在通用计算机上实现，硬件实现指的是按

照具体的要求和算法，设计硬件结构图，用乘法器加法器延时器、控制器、

存储器以及输入输出接口部件实现的一种方法。

Matlab语言是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语

言，Matlab功能强大、简单易学、编程效率高，深受广大科技工作者的喜爱。

特别是Matlab还具有信号分析工具箱，不需具备很强的编程能力，就可以很

方便地进行语音信号分析、处理和设计。语音信号的处理与滤波是数字信号

处理课程中常出现的课题，也是现代科学中值得深入究研的一个课题。

语音信号的处理与滤波的设计主要是用Matlab作为工具平台，设计中涉

及到声音的录制、播放、存储和读取，语音信号的抽样、频谱分析，滤波器

的设计及语音信号的滤波，通过数字信号处理课程的理论知识的综合运用。

从实践上初步实现对数字信号的处理。数字滤波器是一种用来过滤时间离散

信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根

据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应（IIR）滤波器

和有限冲激响应（FIR）滤波器。

关键词：滤波器；采样率；频谱分析；数学建模