1、河北经贸大学毕业论文基于 MATLAB 软件的音乐合成专业名称： 电子信息工程 班 级： 201102 学生姓名： 王 雪 指导老师： 章瑞平 完成时间： 2015 年 5 月 河北经贸大学毕业论文摘 要本设计利用 MATLAB 软件，通过 MATLAB GUI 构建一个具有图形用户界面的音乐合成系统。该系统能实现音乐的简单合成、音乐的降噪处理、音乐的加谐波处理、音乐的升降度处理、音乐的时域和频域波形图显示及利用傅里叶级数原理合成音乐的操作。本系统应用模块化的思路进行设计，将系统分为四个模块，分别为简单合成及处理音乐的模块、利用傅里叶变换分析音乐频谱的模块、基于傅里叶级数合成音乐的模块和音乐字
2、幕动态显示的模块。本论文阐述了整个系统详细的设计过程，而针对每个模块的设计都有详细的理论基础为依托，包括原理及设计程序，并且有仿真效果的演示。该软件系统作为教学辅助软件可以为语音信号处理课程的教学提供一定的帮助，可以让学生们更好地深入理解信号与系统等主干课程的内容，充分发挥自身的创新能力与实践能力。该系统可以通过选取不同的算法，对音乐分别进行处理，基本做到抑制噪声，提高音乐质量，有利于更高层次的处理与应用。此外，从整体效果上看，该系统的用户应用界面友好、便于操作，通过菜单、控件的使用可以方便的选取不同的方法，设置不同的参数以便于用户操作使用。系统通过对各种处理效果的演示，也可以让用户更直观地了
3、解简单音乐处理的几种方法，并在各种相应处理前后的对比中让用户更容易接受与其对应的方法及特点。关键词 音乐合成；MTALAB；GUI；傅里叶变换河北经贸大学毕业论文IAbstract The design in this paper uses the MATLAB software to construct a music synthesis system with a graphical user interface by MATLAB GUI.The system can achieve simple music synthesis,the processing of reducing mu
4、sic noise,the treatment of music with harmonic,the processing of raising and lower octave,displaying waveform in time domain and frequency domain and synthesis of music based on Fourier series.This system takes the idea of modular design,divided into four modules, respectively including the module o
5、f music of simple synthesis and processing,the module of music spectrum analysis through using the Fourier transform,the module of music synthesis based on Fourier series,the module of displaying music subtitle dynamically.This paper,including the principle and program design and simulation results
6、demonstrate, describes the design process of the system in detail.Each module has a detailed theoretical basis for support.As a teaching aid software can provide some help for the speech signal processing course in teaching,which can help students understand the signal and system course and give ful
7、l play to students innovation ability and practice ability.Through selecting different algorithms,the system can dispose music respectively, suppress noise basically,improve the quality of music and avail to deal with the higher level.In addition,the graphic user interface of the system is friendly
8、and easy to operate. Select different methods and set different parameters for users by using the menu,controls.Through a variety of demonstrations of effects,the system also makes users understand several ways of dealing with music more intuitively and in compare with before and after the all treat
9、ments,we can accept the corresponding methods and characteristics more easily.Keywords Music synthesis; MTALAB;GUI;Fourier transform河北经贸大学毕业论文II河北经贸大学毕业论文目 录1 绪论 .11.1 研究背景及意义 .11.2 研究的主要内容 .12 MATLAB 软件的简介 .32.1 MATLAB 的发展史 .32.2 MATLAB 的系统构成 .43 MATLAB 音乐合成的原理 .53.1 所涉及的乐理知识简述 .53.1.1 音调与唱名 .53.1.
10、2 音色与谐波 .53.1.3 十二平均律 .53.2 傅里叶变换与频谱分析 .64 MATLAB 音乐合成系统的总体设计 .74.1 系统的总体设计 .74.2 GUI 界面的设计 .74.2.1 启动 GUIDE.84.2.2 GUIDE 设计环境 .84.2.3 GUI 界面的功能设计 .95 MATLAB 音乐合成系统的设计与实现 .115.1 简单合成及处理音乐模块的设计与实现 .115.1.1 合成社会主义好 .115.1.2 加包络，除噪音 .125.1.3 音乐升降度处理 .135.1.4 音乐加谐波处理 .155.2 用傅里叶变换分析音乐频谱模块的设计与实现 .165.3 基
11、于傅里叶级数合成的音乐模块的设计与实现 .205.4 音乐小星星字幕动态显示模块的设计与实现 .216 系统的调试与运行 .24河北经贸大学毕业论文I6.1 音乐的播放、暂停的调试与运行 .246.2 傅里叶变换分析音乐的调试与运行 .25总 结 .26参考文献 .27河北经贸大学毕业论文0基于 MATLAB 软件的音乐合成1 绪论1.1 研究背景及意义如今，信息化、数字化程度越来越高，语音信号的处理技术作为基于数字信号处理技术与语音学知识对语音信号进行处理的新兴技术被越来越多的高科技产业广泛应用，这项技术成为信息科学工程与研究领域的核心技术之一。MATLAB 在信号处理与通信领域应用广泛，是
12、一款数值计算和编程语言结合的优秀计算机软件。音乐信号合成作为语音信号处理的一部分，属于 MATLAB 软件重要应用领域之一。MATLAB 音乐合成系统的设计针对于许多其他的音乐合成处理软件不易学习、操作不便等问题，利用MATLAB 语言编程以及 GUI 界面设计来实现音乐信号的简单合成以及各种加工处理，程序更加易懂，操作更加简便，在各类教学工作中具有很大的实际应用意义。由于音乐信号可以看成是一系列频率与振幅不同的正弦波叠加并加以不同包络形成的，所以，可以基于这个特点利用 MATLAB软件分析处理不同音频信号来进行简单的音乐合成。该软件系统作为教学辅助软件可以为语音信号处理课程的教学提供一定的帮
13、助，可以让学生们更好地深入理解信号与系统等主干课程的内容，充分发挥自身的创新能力与实践能力。如今在各高校，MATLAB 作为语音信号处理的学习工具已经成为学生们必须学习与掌握的软件。1.2 研究的主要内容本设计运用 MATLAB 软件要实现的功能：第一是要利用相关的语音处理函数进行简单的音乐合成，对音乐进行降噪、加谐波以及升降度处理；第二是用傅里叶变换分析经相应处理后的各音乐频谱；第三是运用傅里叶级数的原理来再次合成音乐；第四是实现音乐字幕的动态显示。整个过程利用 MATLAB GUI 图形应用界面进行显示，完成基本操作，界面友好，能实现良好的人机交互。河北经贸大学毕业论文1在设计中解决的主要
14、问题： 简单音乐的合成由于相位不连续产生高频分量而使其质量不佳的问题可通过包络修正，消除噪音。 音乐的基波所对应频率的计算。必须充分了解音乐的节拍，即每个音调的持续时间，减少失真。 在设计 GUI 界面时的布局、各种参数设置以及各个模块演示编程的问题。本设计使用的是 MATLAB2013a 软件，设计所实现的功能都在 GUI图形应用界面体现出来，便于研究与操作。通过本设计让用户更直观地了解简单音乐处理的几种方法，并在各种相应处理前后的对比中更容易接受与其对应的方法及特点，学会并掌握 MATLAB 信号处理的编程以及MATLAB 下 GUI 的设计。河北经贸大学毕业论文22 MATLAB 软件的
15、简介MATLAB（matrix&laboratory）矩阵实验室，作为一款拥有算法开发、数据分析及数值计算、创建用户界面等强大功能的仿真软件，被美国 Math Works 公司发行，将众多功能合成在一个便于操作的视窗交互化环境中。在科学研究、工程计算、信号处理、图像处理等方面得到广泛应用。而在本设计中用到的是 MATLAB2013a 时频域分析、音乐合成及 GUI 图形应用界面等信号处理方面的功能。2.1 MATLAB 的发展史 1980 年，身为美国 New Mexico 大学计算机系系主任的 Cleve Moler为了让学生方便地调用 EISPACK 和 LINPACK，编写了它们的接口程
16、序，命名为 MATLAB。在此之后，国内外许多大学将 MATLAB 作为教学辅助软件广泛使用。Cleve Moler 和 John Little 在 1984 年创建了 Math Works 并推出了MATLAB DOS 版，即第一版，其核心是用 C 语言编写。自此之后，MATLAB 不断发展，功能愈加强大。MATLAB5.x 版本于 20 世纪 90 年代末期推出，可以处理更多的数据结构。2000 年，MATLAB6.0 被发行，其操作界面拥有了程序、历史信息及变量管理三个窗口。并且替换为 FFTW系统，使得计算速度更佳。2001 年，MATLAB6.1 及 Simulink4.0 问世和2
17、002 年，公司推出 MATLAB6.5，其功能更加强大。 2004 年发行了MATLAB7.0 版本，在编程环境、数据可视化、计算和文件 I/O 等方面的功能进行了改善。随后几年，公司陆续推出了 MATLAB7.17.14 版本，不断优化性能。近几年公司推出了 MATLAB2012b（ 8.0 版）及MATLAB2013a 版本，有了很大改变，最明显的是其桌面，在主窗口中，河北经贸大学毕业论文3工具条取代了菜单和工具栏。重新设计了帮助文档，在搜索、浏览及筛选功能上有进一步的提高。到目前为止，还有 MATLAB2014a 和MATLAB2014b 版本。在本设计中用到的是 MATLAB2013
18、a 版本，此版本较之前版本添加了许多新函数，功能也更加强大，使用更加方便快捷。2.2 MATLAB 的系统构成MATLAB 软件可以说是由以下五大部分组成，分别是：软件的开发环境、数学函数库、软件的编程语言、图形处理系统以及该软件的应用接口（API）。MATLAB 开发环境是一个方便用户使用的集成工作空间，拥有 M 文件的编程与调试环境，许可用户进行数据的输入与输出。MATLAB 软件的数学函数库拥有全面的计算算法，可以说从加减法最基本的算法到傅里叶变换等复杂算法都涵括在内。所以说，MATLAB 能够解决很多复杂的数据计算与工程设计仿真运算。MATLAB 语言的语法特征与 C+语言非常相似，是在矩阵与数组的基础上进行设计的语言。操作者能够在命令窗口输入命令语句后就可执行该命令，也能够先编写好程序，保存为.M 文件后再执行程序。MATLAB 的图形处理系统的功能应用主要体现在 GUI图形用户应用界面，能够使向量与矩阵完成图形化显示，满足用户的特殊要求。MATLAB 软件应用程序接口主要完成的功能是能让 MATLAB 语言与其他编程语言进行交互，例如在 MATLAB 中调用 C 语言程序等。
