用matlab仿真多普勒效应

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1、利用MATLAB仿真多普勒效应某某某摘要：分析多普勒效应特性，建立数学模型，利用MATLAB软件对其进行仿真试验，进行定量分析，根据仿真试验结果绘制出听者接收到的信号的频率变化曲线以及用信号处理工具箱函数spectrogram绘制的时间频率图，并生成相应的声音。关键词：DopplereffectMATLAB/Simulink0研究背景多普勒效应是由生在德国的奥地利物理学家多普勒(JohannDoppler1802一1853)发现的。1845年，荷兰气象学家巴依斯·巴洛(h.d.BuysBallot)测得了声音的多普勒效应。一辆汽车在我们身旁急驰而过，车上喇

2、叭的音调有一个从高到低的突然变化；站在铁路旁边听火车的汽笛声也能够发现，火车迅速迎面而来时音调较静止时为高，而火车迅速离去时则音调较静止时为低。这是日常生活中的一个多普勒效应的例子。在天文、通信等领域还有众多的例子。当波源或观察者相对于媒质运动时，或者说波源和观察者有相对运动时，观察者接受到的震动频率与波源震动频率不同的现象，称为多普勒效应。对于多普勒效应的讨论，一般仅限于声源和听者在同一直线上运动的情况。当声源和听者不在同一直线上运动时，接收频率变化比较复杂，听者接收到的信号波形方程也难以用解析式表示。MATLA具有强大的数值计算和仿真功能以及图形技术。

3、本文试图从MATLAB编程的角度出发，应用MATLAB的Simulink仿真试验方法，建立仿真的试验环境，对声源和听者不在同一直线上运动的情况下产生的多普勒效应特性进行分析，产生极好的模拟，实现多普勒效应的验证，绘制出听者接收到的信号的频率变化曲线以及用信号处理工具箱函数spectrogram绘制的时间频率图，并生成相应的声音。1基本原理以下公式描述了多普勒效应现象的各个物理量之间的定量关系：（1-1）其中，f0是声源发出的声音的频率;v是听者与声源的相对运动速度;θ为速度矢量与声源和听者的连线夹角;vs为声音在空气中传播的速度，f是听者听到的声音频率。

4、2理论模型多普勒效应---设声源距离听者的水平距离为，以v的速度沿水平方向向听者直线驶-7-来，其轨迹与听者的最小距离为垂直距离y，声源的频率为f0，试求听者接受到的信号的频率变化曲线以及用信号处理工具箱函数spectrogram绘制的时间频率图，并生成相应的声音。3仿真试验下面是一段用MATLAB的M文件依据公式（1-1）原理编写的程序（1-1）。它会产生一个名为dopp.wav的表现多普勒效应的声音文件，描述火车向一个距离铁路30米（垂直距离）、距火车150（水平距离）的听者开来时他听到的声音。将u1送入图3-1所示的Simulink仿真系统，再一次听

5、到该声音，并且看到用频谱仪表现的声音频率随时间的变化的情况。表3-1和表3-2给出了仿真系统中两个模块的主要参数设置。表3-1FromMultimediaFile（波形文件）的主要参数█模块名称FromMultimediaFile█位置DSPSystemtoolbox/SignalProcessingSources参数名称参数值Filename(文件名)Dopp.wavSamplesperoutputframe（输出每帧中的样值数）1024表3-2ToAudioDevice（扬声器）的主要参数█模块名称ToAudioDevice█位置DSPSystemto

6、olbox/SignalProcessingSinks参数名称参数值DeviceDefaultQueueduration(seconds)(队列延迟时间)1AutomaticallydetermineBuffersize（自动确定缓冲区长度）选中图3-1显示声音信号（多普勒效应）的仿真系统模型-7-█程序1-1%多普勒效应程序x0=150;%mv=50;%车速m/sy0=30;%mc=330;%声音在空气中的速度m/sf0=2000;%声音的频率Hzfs=8000;%采样频率t=0:1/fs:6;%规定t的范围和步进x_t=-x0+v.*t;%火车与观察者

7、的水平距离y=y0;%火车与观察者的垂直距离r=sqrt(x_t.^2+y.^2);%火车与观察者间距离costheta=x_t./r;%声速矢量与火车和听者间连线夹角的余弦f=f0./(1+v.*costheta./c);%听者接收到的频率fmin=min(f);fmax=max(f);voltage=(f-fmin)./(fmax-fmin)*2-1;%归一化调频电压在-1~+1之间[1]signal=0.5*vco(voltage,[fminfmax],fs);%压控震荡器，由输入电压控制输出信号频率u=sin(2*pi*f0*t);%声源发出的信号

8、sound(u,fs);%播放声源发出的信号[2]pause(5)