基于MATLAB软件的音乐合成大学毕业论文Word文档格式.docx
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指导老师：
章瑞平
完成时间：
2015年5月
摘要
本设计利用MATLAB软件，通过MATLABGUI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
Abstract
ThedesigninthispaperusestheMATLABsoftwaretoconstructamusicsynthesissystemwithagraphicaluserinterfacebyMATLABGUI.Thesystemcanachievesimplemusicsynthesis,theprocessingofreducingmusicnoise,thetreatmentofmusicwithharmonic,theprocessingofraisingandloweroctave,displayingwaveformintimedomainandfrequencydomainandsynthesisofmusicbasedonFourierseries.Thissystemtakestheideaofmodulardesign,dividedintofourmodules,respectivelyincludingthemoduleofmusicofsimplesynthesisandprocessing,themoduleofmusicspectrumanalysisthroughusingtheFouriertransform,themoduleofmusicsynthesisbasedonFourierseries,themoduleofdisplayingmusicsubtitledynamically.Thispaper,includingtheprincipleandprogramdesignandsimulationresultsdemonstrate,describesthedesignprocessofthesystemindetail.Eachmodulehasadetailedtheoreticalbasisforsupport.Asateachingaidsoftwarecanprovidesomehelpforthespeechsignalprocessingcourseinteaching,whichcanhelpstudentsunderstandthesignalandsystemcourseandgivefullplaytostudents’innovationabilityandpracticeability.Throughselectingdifferentalgorithms,thesystemcandisposemusicrespectively,suppressnoisebasically,improvethequalityofmusicandavailtodealwiththehigherlevel.Inaddition,thegraphicuserinterfaceofthesystemisfriendlyandeasytooperate.Selectdifferentmethodsandsetdifferentparametersforusersbyusingthemenu,controls.Throughavarietyofdemonstrationsofeffects,thesystemalsomakesusersunderstandseveralwaysofdealingwithmusicmoreintuitivelyandincomparewithbeforeandafterthealltreatments,wecanacceptthecorrespondingmethodsandcharacteristicsmoreeasily.
KeywordsMusicsynthesis;
MTALAB;
GUI;
Fouriertransform
目录
1绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2研究的主要内容1
2MATLAB软件的简介3
2.1MATLAB的发展史3
2.2MATLAB的系统构成4
3MATLAB音乐合成的原理5
3.1所涉及的乐理知识简述5
3.1.1音调与唱名5
3.1.2音色与谐波5
3.1.3十二平均律5
3.2傅里叶变换与频谱分析6
4MATLAB音乐合成系统的总体设计7
4.1系统的总体设计7
4.2GUI界面的设计7
4.2.1启动GUIDE8
4.2.2GUIDE设计环境8
4.2.3GUI界面的功能设计9
5MATLAB音乐合成系统的设计与实现11
5.1简单合成及处理音乐模块的设计与实现11
5.1.1合成《社会主义好》11
5.1.2加包络，除噪音12
5.1.3音乐升降度处理13
5.1.4音乐加谐波处理15
5.2用傅里叶变换分析音乐频谱模块的设计与实现16
5.3基于傅里叶级数合成的音乐模块的设计与实现20
5.4音乐《小星星》字幕动态显示模块的设计与实现21
6系统的调试与运行24
6.1音乐的播放、暂停的调试与运行24
6.2傅里叶变换分析音乐的调试与运行25
总结26
参考文献27
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。
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MATLABGUI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。
在设计中解决的主要问题：
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。
2MATLAB软件的简介
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MathWorks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。
2.1MATLAB的发展史
1980年，身为美国NewMexico大学计算机系系主任的CleveMoler为了让学生方便地调用EISPACK和LINPACK，编写了它们的接口程序，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。
CleveMoler和JohnLittle在1984年创建了MathWorks并推出了MATLABDOS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2002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MATLAB7.1~7.14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，工具条取代了菜单和工具
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