语音实验二_原创文档.pdf

实验二语谱图

实验目的

1、掌握语音信号端点检测的短时傅里叶分析效果与窗长、窗形状的关系；

2、掌握语音信号端点检测的语谱图效果与窗长、窗形状的关系。

实验原理







jjm

X(e)x(m)w(nm)e

n

m

1、短时傅里叶变换的定义：不同的窗口函数序列，将得到不同的傅里叶变换的

结果。当n取不同值时窗w(n-m)沿着x(m)序列滑动，w(n-m)是一个滑动的“”窗口。

2、窗口序列的作用

（1）波形乘窗函数，在窗口边缘两端不引起急剧变化，使波形缓慢降为零，短

时谱是信号谱与窗函数的傅里叶变换进行卷积，所以窗函数的特性：

①频率分辨率高，即主瓣狭窄、尖锐；

②通过卷积，在其他频率成分产生的频谱泄漏少，即旁瓣衰减大。

这两个要求相互矛盾，不能同时满足。

（2）主瓣宽度与窗口宽度成反比：

①直角窗：第一个零点位置为，显然它与窗口宽度成反比。第一旁瓣

2/N

的衰减只有13.2dB，不适合用于频谱成分动态范围很宽的语音分析中。

②海明窗：第一个零点位置为，显然它与窗口宽度成反比。旁瓣的衰

4/N

减大于42dB，具有频谱泄漏少的优点，频谱中高频分量弱、波动小，因而得到

较平滑的谱。

对语音波形乘以海明窗，压缩了接近窗两端的部分波形，等效于用作分析的

区间缩短40％左右，频率分辨率下降40％左右。

乘以合适的窗函数，能抑制基音周期与分析区间的相对相位关系的变动影响，

得到稳定的频谱。乘以窗函数将导致分帧区间缩短，所以为跟踪随时间变化的频

谱，要求一部分区间重复移动。

3、窗口宽度的影响N值太大时，信号的分帧已失去了意义，应折衷选择窗定N。

频率分辨率随窗口宽度的增加而提高，同时时间分辨率降低；窗口取短，频

率分辨率下降，时间分辨率提高，因而二者是矛盾的。

（1）N＝500时（取样率10kHz，窗持续时间50ms）时直角窗及海明窗下浊

音语音的频谱。

①基频及其谐波在频谱中表现为等频率间隔的窄峰；

②共振峰

③由于声门脉冲频谱的高频衰减特性，频谱在高频部分表现出下降的趋势。

④图（d）中基音谐波尖锐度增加，矩形窗频率分辨率较高。

⑤矩形窗较高的旁瓣产生了一个类似于噪声的频谱。相邻谐波间不希望有的

“泄漏”存在。

（2）N＝50的比较结果，（取样率10kHz，窗持续时间为5ms）直角窗及海明

窗下浊音语音的频谱。

①均不能反映信号的周期性。

②共振峰

用窄窗可得到好的时间分辨率，宽窗可以得到好的频率分辨率。

由于采用窗的目的是要限制分析的时间以使其中波形的特性没有显著变化，因

而要折衷考虑。

4、语谱图语谱图纵轴为频率，横轴为时间。

任意给定频率成分在给定时刻的强弱用相应点的黑白度即色调的浓淡来表

示，频谱值大则记录得浓黑一些，反之则浅淡一些。

窄带语谱图有良好的频率分辨率及较差的时间分辨率；宽带语谱图具有良好

的时间分辨率及较差的频率分辨率。

窄带语谱图中的横线（即时间坐标方向）表示的是基音及其各次谐波；

宽带语谱图给出语音的共振峰频率及清辅音的能量汇集区，共振峰（声道谐

振）呈现为黑色的条纹。

可用测量语谱图的方法来确定语音参数，例如共振峰频率及基频。

实验要求

1、利用XP中的录音机程序，以属性11025kHz，16位，单声道，21KB/秒，录

制下面语音（以“.wav”文件格式存于\lab_1\data目录下）

“信息科学”

2、利用实验提供的“语音信号处理实验一程序”将语