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本博文是信号与系统系列博文的最后一篇，主要针对于“男生、女生声音信号的混合与分离”展开研究。信号与系统系列主要包含三篇博文，基于自己三个不同研究目标的信号与系统实验，欢迎阅读信号与系统系列全部博文。 文章目录 前言一、声音信号混合一、声音信号混合函数2、声音信号混合可视化分析 二、声音信号分离1.低通滤波器设计2.男女声音分离及可视化分析 总结 前言 本博文研究点基于“男生、女生声音信号的混合与分离”，声音的混合与分离是信号处理领域非常重要的研究问题之一，本实验基于男生、女生声音混合，该问题可视为噪声与原声音混合与分离实验的具体应用，在当代科学研究和生活生产中均具有比较广泛的应用。 一、声音信号混合 声音信号的混合是将两段不同的音频的信号混合在一起，在本实验中，采用自构函数的方式来实现声音信号的混合，借助于该函数即可完成两段声音信号的混合。 一、声音信号混合函数代码示例： function [Voice,Fs]=VoiceMix(FileName1,FileName2) % 注释： % Input--- % FileName1 FileName2 为混合的两个原声音文件 % Output--- % Voice 混合后的音频时域信号 % Fs 混合后的音频时域信号采样频率 [y,Fs] = audioread(FileName1); [y2,Fs2] = audioread(FileName2); % 音频信号可能是多通道的，统一只取一个通道 ft = y(:,1); ft2=y2(:,1); % 两个混合音频文件变换为同频率 % resample函数对信号频率进行调整 y3=resample(ft2,Fs,Fs2); Length=length(y(:,1)); Length2=length(y3(:,1)); if Length>=Length2 % 随机取得一个长度，将短的音频插入到长的音频中去 Start=floor(rand*abs(Length-Length2)); % 音频混合 Voice=y; Voice(Start+1:Start+Length2)=y3+ft(Start+1:Start+Length2); else % 随机取得一个长度，将短的音频插入到长的音频中去 Start=floor(rand*abs(Length2-Length)); % 音频混合 Voice=y3; Voice(Start+1:Start+Length)=ft+y3(Start+1:Start+Length); end 2、声音信号混合可视化分析代码展示： function main() clear;clc; [voice,Fs]=VoiceMix('data_record.wav','女生.mp3'); % 男生、女生声音信号混合 sound(voice, Fs) % 混合后声音文件播放 pause(5) % 混合后声音信号的时频域波形 figure(1) voice = voice(:,1); voice = voice'; N = length(voice); t = (0:N-1)/Fs; y = fft(voice); f = Fs/N*(0:round(N/2)-1); subplot(211); plot(t,voice,'g');%绘制时域波形 xlabel('Time/s');ylabel('Amplitude'); title('信号的波形'); grid; subplot(212); plot(f,abs(y(1:round(N/2)))); xlabel('Frequency/Hz');ylabel('Amplitude'); title('信号的频谱'); grid; % 混合前两段声音信号的时频域波形 figure(3) [x,Fs]=audioread('data_record.wav'); disp(Fs) x = x(:,1); x = x'; N = length(x); t = (0:N-1)/Fs; y = fft(x); f = Fs/N*(0:round(N/2)-1); subplot(211); plot(t,x,'g'); xlabel('Time/s');ylabel('Amplitude'); title('信号的波形'); grid; hold on subplot(212); plot(f,abs(y(1:round(N/2)))); xlabel('Frequency/Hz');ylabel('Amplitude'); title('信号的频谱'); grid; hold on [x,Fs]=audioread('女生.mp3'); disp(Fs) x = x(:,1); x = x'; N = length(x); t = (0:N-1)/Fs; y = fft(x); f = Fs/N*(0:round(N/2)-1); subplot(211); plot(t,x,'g'); xlabel('Time/s');ylabel('Amplitude'); title('信号的波形'); grid; subplot(212); plot(f,abs(y(1:round(N/2)))); xlabel('Frequency/Hz');ylabel('Amplitude'); title('信号的频谱'); grid;可视化图形分析： (1)混合后声音信号时频域波形： (1)混合前声音信号时频域波形： 代码如下（示例）： function Hd = Filter_FIR %FILTER_FIR Returns a discrete-time filter object. % MATLAB Code % Generated by MATLAB(R) 9.7 and Signal Processing Toolbox 8.3. % Generated on: 22-Jun-2021 12:52:59 % Equiripple Lowpass filter designed using the FIRPM function. % All frequency values are in Hz. Fs = 44100; % Sampling Frequency Fpass = 150; % Passband Frequency Fstop = 200; % Stopband Frequency Dpass = 0.057501127785; % Passband Ripple Dstop = 0.0001; % Stopband Attenuation dens = 20; % Density Factor % Calculate the order from the parameters using FIRPMORD. [N, Fo, Ao, W] = firpmord([Fpass, Fstop]/(Fs/2), [1 0], [Dpass, Dstop]); % Calculate the coefficients using the FIRPM function. b = firpm(N, Fo, Ao, W, {dens}); Hd = dfilt.dffir(b); % [EOF] 本实验中低通滤波器的设计采用matlab自带的Filter Designer进行设计，由分析可知，针对于男生和女生而言，女生声音的频率一般比男生高，因此，为从混合声音中将男生声音分离出来，我们设计低通滤波器，截止频率高于男生频率，低于女生频率，即可从混合声音信号中将男生声音提取出来。 本实验中借助matlab中的Filter Designer进行滤波器设计，Fstop = 200Hz;Fpass = 150Hz,通过此频率设计即可从混合声音信号中将男生声音分离出来。 2.男女声音分离及可视化分析代码如下（示例）： % 利用上步中设计好的滤波器进行声音信号的提取 voice1 = filter(Filter_FIR,voice) % 声音信号分离可视化代码分析 sound(voice1,Fs) N = length(voice1); t = (0:N-1)/Fs; y = fft(voice1); f = Fs/N*(0:round(N/2)-1); subplot(211); plot(t,voice1,'g'); xlabel('Time/s');ylabel('Amplitude'); title('信号的波形'); grid; subplot(212); plot(f,abs(y(1:round(N/2)))); xlabel('Frequency/Hz');ylabel('Amplitude'); title('信号的频谱'); grid;可视化图形分析：
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