MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用第10章声学仿真试验ppt课件.ppt

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1、MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用第10章声学仿真试验10.1回声试验10.1.1回声的基本原理回声是一种物理现象。当直达声结束后，声音经其它物体反射、折射，又返回来收到的声波，称为回声。回声有时泛指一切反射回来的声音。当传到人耳的直达声和回声之间的时间差在1/20s以上时，可以很清楚地把它们区分开。在山谷或大厅中，常有回声现象发生。尤其是在影剧院里，回声往往会妨碍听音，所以建筑师必须考虑消除回声的影响。相反，直达声和回声之间的时间差在1/20s以下时，回声不但不妨碍听音，反而使声音更加响亮。应用MATLAB软件可以方便地进行仿真试验。回声现象取决于几个重要的物理参数：(1)声源距离

2、听者有多远。(2)声音产生往复反射的两个反射体距离有多远。(3)声音的反射体在反射声音的过程中对声音的衰减有多大。(假设听者在声源与反射体之间的某个位置上。)10.1.2回声的仿真试验图10-1所示是回声的仿真试验系统。图中1800的延迟代表了声音在两个反射体之间走一个来回的延迟（1800/Fs秒），它的值愈大，反映了两个反射体的距离愈大。图中0.8的增益代表了声音在两个反射体之间走一个来回的损耗，它愈小，回声衰减愈快。图中0.9的增益代表了传输损耗。图10-2所示是仿真试验时示波器上显示的波形图，上图是原声，下图是往复反射的回声波形图。如果计算机装有声卡和音箱，可以听到扬声器发出

3、的回声声音。放大器增益和整数延迟，可以看图标注。图10-1回声仿真试验系统框图图10-2回声仿真试验时域图回声的仿真试验的模型参数设置分析：回声的仿真试验的模型参考了MATLAB中Toolbox＼dspblks＼dspdemos＼dspafxr的DEMOS例子，在仿真系统中设置了Reshape（整形器），主要参数见表10-1，ToWaveDevice（扬声器）的主要参数见表10-2，FromWorkspace（声源）的主要参数见表10-3，它以帧的形式输出。整形器的设置目的是将信号转变为示波器能够接受的1维数据流。表10-1Reshape（整形器）的主要参数表10-2ToWaveDevic

4、e（扬声器）的主要参数表10-3FromWorkspace（来自工作空间）的主要参数在10.1、10.4、10.5节中都需要一段声音文件来进行仿真试验。可以有两种方法获得声音文件：(1)调出MATLAB中的声音文件“loadmtlb.mat”。(2)应用6.2.2节介绍的声音采集的方法，建立一个声音文件。譬如文件名是Soud11.mat。通过下列程序调入仿真的声音数据并启动仿真。Echo11是图10-1所示的仿真系统的名字（文件名）。程序10-1loadsoud11%读入声音数据文件soud11sim（′echo11′）10.2多普勒效应10.2.1多普勒效应的基本原理当波源

5、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，观察者接受到的振动频率与波源振动频率不同的现象，称为多普勒效应。当听者与声源的相对速度大到与声速可以比拟时，就可以明显地感觉到声音频率的变化。譬如坐火车时，听到相向开来的火车汽笛声，当火车由远而近开来，汽笛声的音调变高；由近而远离去，汽笛声的音调变低。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。以下的公式描述了该现象的各个物理量之间的定量关系：其中,f0是声源发出的声音的频率，v是听者与声源相对运动的速度，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。(

6、10-1）10.2.2多普勒效应的仿真试验Simulink仿真模型是参考MATLAB中的Toolbox＼dspblks＼dspdemos＼dspstfft建立的。下面是一段用MATLAB的M文件编写的程序。它产生一个文件名为u1的表现多普勒效应的声音文件，描述火车向一个距铁路30m(垂直距离）、距火车510m（水平距离）的听者开来时他听到的声音。将u1送入图10-3所示的仿真系统，再一次听到该声音，并且看到用两种方法（频谱仪和矩阵图仪）表现的声音的时频图。表10-4~表10-11分别是图10-3所示仿真系统中各个模块的主要参数。图10-4所示是M文件程序运行结束时绘出的声音信号的原声

7、波形（上图）和多普勒效应的波形（下图）。图10-5所示是某个时刻图10-3中的频谱仪（左图）和矩阵仪（右图）上显示的时频图。图10-3显示声音信号(多普勒响应)的仿真系统模型表10-4FromWorkspace（来自工作空间）的主要参数表10-5Rebuffer（缓存器）的主要参数表10-6ShortTimeFFT（短时傅立叶变换）的主要参数表10-7FrequencyFrameScope（频率帧示波