基于FFT算法的数字变声器.docx

【摘 要】 本数字变声器是实现男声变女声和女声变男声以及变成童声的系统。设计本 数字变声器的目的是锻炼自己的学习实践能力。通过 matlab 编写程序修改语音参数来实现 男声女声之间的变换。 【关键词】 变音算法 数字滤波器 语音信号 数字滤波器 频谱分析 MATLAB 1 引言 变声器在现实生活中应用广泛，变声器是通过改变输入音频的音色、音调，并将变声后的 音频输出的工具。根据变声器材质不同，变声器分为变声器硬件和变声器软件。变声器硬件， 即通过硬件实现变声的工具；变声器软件，即通过软件实现变声的工具，软件类变声器，运 行平台皆为电脑系统。无论是硬件变声器，还是软件变声器，其原理都是，通过改变输入声 音频率，进而改变声音的音色、音调，使输出声音在感官上与原声音不同。我们每个人的声 音不同，源于我们的每个人的音色和音调不同，我们所说的男中音、男高音，就是音调的不 同，而即便音调一致，我们依然能区分出两个不同人的声音，或不同乐器的声音，这就是音 色的不同。变声器，正是借助对声音音色和音调的双重复合改变，实现输出声音的改变。我 们这里的变声器就是 matlab 来实现变声。 2 数字变声器的原理和算法 发音方法，发音时，喉头、口腔、鼻腔节制气流的方式和状态，包括发音时构成阻碍和 克服阻碍的方式，气流强弱的情况及声带是否振动等几个方面。人类语音可分为有 380 声语 音和无声语音，前者是由声带振动激励的脉冲信号经声腔调制变成不同的音，它是人类语言 中元音的基础，声带振动的频率称为基频。无声语音则是声带保持开启状态，禁止振动引发 的。一般来说，由声门振动决定的基频跟说话人的性别特征有关，如下表，而无声语音则没 有体现这个特征。说话人的个性化音色和语音的另外一个声学参数——共振峰频率的分布有 关。儿童由于声道短，其共振峰频率高于成年人，成年女性的声道一般短于成年男性，所以 女性的共振峰频率一般高于男性。本实验是基于男生录制的声音进行相关参数提取，修改接 近于女声、童声、老人声，并实现了音调的高低与速度的快慢 1.变声原理 在进行性别变声时，主要考虑基音周期、基频和共振峰频率的变化。基音周期改变时， 基频、共振峰同时变化，若伸展既有男变女、女变童，反之亦可。本实验是基于男生录制的 声音进行相关参数提取，修改接近于女声，实现男声到女声的变换。 ● 音段特征：描述的是语音的音色特征。特征参数主要包括基音频率、 共振峰位置、共振峰带宽、基音频率、能量等。 ● 超音段特征：描述的是语音的韵律特征。特征参数主要包括因素的时 长、基音频率的变化（音调）、能量等 ● 语言特征：包括习惯用语、方言、口音等。基音是指发浊音时声带振 动所引起的周期性， 而基音周期是指声带振动频率的倒数。基音周期是语音信号最重要 的参数之一， 它描述了语音激励源的一个重要特征。不同的人以及同一个人在不同的年龄 时期有不同的基音周期。人唱歌时，其基音频率范围大约是：童声高音频率范围为 260-880Hz ，低音频率范围为 196-700Hz ，女声高音频率范围为 220-1.1KHz, 低音频率范 围为 200-700Hz ，男声高音频率范围为 160-523Hz 低音频率范围为 80-358Hz 。此外，基 音的变化模式称为声调，它携带着非常重要的具有辨意作用的信息。先就如何实时地通过基 音频率的变化来实现语声变声，进行讨论， Matlab 实现算法。 男声  基频分布（hz）：50~180  共振峰频率分布：偏低 人群 女声  基频分布（hz）：160~380  共振峰频率分布：中 提取参数 （1 ）语音时变傅里叶变换为： X (e  jw  ) ?  ? ?  x(n )e  ?jwn n ??? 在低通滤波时，采用巴特沃斯滤波器。 （2） 构建巴特沃斯低通滤波器 根据人的说话特征设定相应指标参数，对本段语音设计算出巴特沃斯模拟滤波器的阶数， 截止频率，归一化低通原型系统函数。 本 段 语 音 设 计 算 出 巴 特 沃 斯 模 拟 滤 波 器 的 阶 数 N 为 5 ， 3dB 截 止 频 率 , ,算出  为 0.175，归一化低通原型系统函数为： 其中 将  带人  中，得到低通滤波器， 各种理想数字滤波器的幅度频率响应 流程图 男声 变女声  准备 查看变声器和声音的相关资 料 收集声音 进行波形分析，傅里叶变换 构建巴特沃斯低通滤 波器 用 matlab 进行程序设 计，构建 GUI 界面 打开声音文件  女声 变男声 3 数字变声器的软件实现与仿真结果 代码部分 选择音频文件 [filename,pathname]=uigetfile({'*.wav','ALL FILES'},'select voice file'); if i