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1、工程數字信號處理與實踐摘要本文的數字均衡器以MATLAB為設計平臺，有.wav文件的獲取、濾波、保存和播放功能。在對聲音文件進行基本波形分析和頻率分析的基礎上，增加了高通、低通、帶通和帶阻濾波的功能，并有8段均衡器可對聲音信號進行調節(jié)后保存播放。關鍵詞：濾波器、數字均衡器、傅立葉反變換12工程數字信號處理與實踐第一章概述1.1均衡器簡介均衡器是一種用來對頻響曲線進行調節(jié)的音頻設備，換名話說，均衡器能對不同頻率的聲音信號中過多的頻率成分。因此，它能補償由于各種原因造成的信號欠缺的頻率成分，也能抑制信號中過多的頻率成分。例如，均衡器可以抑制頻率為
2、60~250Hz的低頻交流聲，也可以抑制頻率為6~12kHz的高頻噪聲；利用均衡器還可以進行音調調節(jié)和音色加工。均衡器的原意是將傳輸系統(tǒng)中不平衡的頻率特性用相反的特性曲線進行頻率均衡，在此基礎上增加了音色加工和美化的功能。均衡器的作用主要如下。①校正各種音頻設備產生的頻率失真，以獲得平坦響應。②改善室內聲場，改善由于房間共振特性或吸聲特性不均勻而造成的傳輸增益（頻率）失真，確保其頻率特性平直。③抑制聲反饋，提高系統(tǒng)傳聲增益，改善擴聲音質。④提高語言清晰度和自然度。⑤在音響藝術創(chuàng)作中，用于刻畫樂器和演員的音色個性，提高音響藝術的表現效果。均衡器
3、的種類很多，但基本上工作原理都是相同的。它們都是將音頻信號的全頻帶（20Hz~20kHz）或全頻帶的主要部分，按一定的規(guī)律分成幾個甚至幾十個頻點（也稱頻段），再利用LC串聯(lián)諧振的選頻特性，分別進行提升或衰減，從而獲得所希望的頻率校正曲線。運用數字濾波器組成的均衡器稱為數字均衡器，數字均衡器即可作成圖示EQ，有可做成參量EQ，還可以做成兩者兼有的EQ，它不僅各項性能指標優(yōu)異，操作方便，而且還可同時儲存多種用途的頻響均衡特性，供不同節(jié)目要求選用，可多至儲存99種頻響特性曲線。SONY的SRP-E300是一款多功能2通道的數字均衡器具有10段參量均
4、衡和29段圖示均衡，可同時或獨立工作，帶有限制器和噪聲門功能，高精度的48kHz取樣，20比特線性模數/數模轉換；帶有模擬和數字輸入/輸出；RS-232CC接口，可用于外部遙控，它的出現會逐步淘汰普通的模擬均衡器，是一款專業(yè)音頻擴聲領域具有極高性價比的產品。另在網上搜得多款數字均衡器，比較典型的有一款型號為xb-66012的數字均衡器，如圖1-1所示。它的性能特點如下：微電腦控制，輕觸式操作；14段數控圖示均衡；5種均衡模式記憶；內置噪聲門及壓限器；電平指示，一目了然。12工程數字信號處理與實踐圖1-1xb-66012數字均衡器另外，我們經常
5、用的還有wimap播放器，以及千千靜聽等常用音樂播放軟件都有均衡器的功能，界面如圖1-2所示。圖1-2千千靜聽播放器中的均衡器1.2數字均衡器的設計要求本設計是以MATLAB為開發(fā)平臺，要實現的目的是：1、WAV聲音信號獲?。?、八段數字均衡器的設定；3、對聲音信號進行濾波；4、對聲音信號進行保存；5、播放聲音信號。八段濾波器能夠對以下幾個頻率段進行濾波，的音感特征如下所示：30~100Hz（沉重）；100~200Hz（豐滿）；200~500Hz（力度）；500~1KHz（明朗）；1K~2KHz（透亮）；2K~4Kz（尖銳）；4K~8Kz（清
6、脆）；8K~16Kz（纖細）。12工程數字信號處理與實踐可以調出不同的音效，有很廣泛的應用。12工程數字信號處理與實踐第二章技術路線2.1相關原理2.1.1數字濾波器的基本概念數字濾波器（DigitalFilter，簡稱DF）是數字信號處理的重要基礎，在對信號的過濾、檢測與參數估計等處理過程中，它是使用最為廣泛的一種線性系統(tǒng)。數字濾波器是指完成信號濾波處理功能的、用有限精度算法實現的離散時間線性非時變系統(tǒng)。其輸入是一組（由模擬信號取樣和量化的）數字量，其輸出是經過數字變換的另一組數字量。數字濾波具有穩(wěn)定性高、精度高、靈活性大等突出優(yōu)點。數字濾
7、波器的數學運算通常有兩種實現方式。一種是頻域法，即利用FFT快速運算辦法對輸入信號進行離散傅立葉變換，分析其頻譜，然后根據所希望的頻率特性進行濾波，再利用傅立葉反變換恢復出時域信號。這種方法具有較好的頻域選擇性和靈活性，并且由于信號頻率與所希望的頻譜特性是簡單的相乘關系，所以它比計算等價的時域卷積要快得多。另一種方法是時域法，這種方法是通過對離散抽樣數據做差分數學運算來達到濾波目的的。本文用的是前一種方法。2.1.2濾波器的原理濾波器就是對系統(tǒng)的輸入信號進行濾波。輸入x(n)和輸出y(n)之間的關系是脈沖響應h(n)，即公式2-1如果濾波器的
8、輸入輸出都為離散信號，那么該濾波器的脈沖響應也應該是離散信號，這樣濾波器就成為了數字濾波器。上面的系統(tǒng)為時域離散系統(tǒng)時，其頻域特性為公式2-2其中、分別是數字濾波器
