MATLAB을 통한 음성신호의 분석1

소개글

MATLAB을 통한 음성신호의 분석1에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

y Domain
Y2 = fft(d2, FS2);
Ya2 = abs(Y2);
Yb2 = Ya2.^2;
Yc2 = Yb2.^0.5;
figure(2), subplot(311), plot(t, d2, 'r')
xlabel('Time(s)','fontsize',12)
ylabel('Amplitude', 'fontsize',12)
title('Data2 of Time Domain', 'fontsize', 14), grid
subplot(312), plot(f, Yc2, 'm')
xlabel('Frequency(Hz)','fontsize',12)
ylabel('Magnitude', 'fontsize',12)
title('Data2 of Frequncy Domain', 'fontsize', 14), grid
subplot(313), pwelch(d2,[],[],[],FS2,'twosided'), grid
2. Data1 분석
좀 더 자세한 파형은 아래에서 살펴보기로 한다.
디지털 신호 분석시 입력 신호를 A/D 변환기에 의하여 디지털화 할 때 N개의 Discrete Value로 기록된다. 샘플링 주파수(), 나이키스트 주파수(), 분해능 주파수(Resolution Frequency, ) 사이의 기본적인 계산식은 다음과 같다.
,
값을 대입하여 분해능 주파수를 계산하면 다음과 같다.
(1) Time-Domain Analysis
위의 파형은 Data1.wav파일을 Time-Domain에서 나타낸 것인데 자세히 보면 일정 주기로 반복되는 것을 알 수 있다. 이것을 sptool을 통해 좀 더 자세히 살펴보면 다음과 같다.
sptool을 통해 알아본 기본 주기와 기본 주파수는 다음과 같다.
Fundamental Period
Fundamental Frequency
728.48ms
1.37Hz
wave파일의 총 길이는 약 4.96초이고, 기본주기가 약 0.73초 이므로 7번 반복이 되는 것을 알 수 있다.
(2) Frequency-Domain Analysis
위에서 봤던 파형을 고속 퓨리에 변환(FFT)를 통해 분석해보면 다음과 같다.
FFT의 숫자는 4096으로 설정하였고, FFTSHIFT는 하지 않았다.
에너지가 많이 모여 있는 곳의 주파수 성분을 보면 다음과 같다.
위의 파형을 살펴보면 -2037Hz와 2038Hz를 중심으로 앞뒤로 에너지가 많이 모여있는 것을 확인할 수 있다.
(3) Welch's Method Analysis
Code로 구현한 Welch's Method
sptool을 통해 window 개념을 도입한 Welch's Method
3. Data2 분석
좀 더 자세한 파형은 아래에서 살펴보기로 한다.
Data1과 마찬가지로 분해능 주파수를 계산해보면 다음과 같다.
(1) Time-Domain Analysis
위의 파형은 Data2를 Time-Domain에서 나타낸 것이다. Data1과는 달리 위의 파형은 주기성을 찾을 수 없다. 따라서 이를 확대하여 순시 주파수를 파악해 본다.
전체 파형의 앞쪽을 확대 도시
전체 파형의 뒤쪽을 확대 도시
얼핏 보면 순시 주파수가 존재하는 것처럼 보이지만 자세히 살펴보면 반복되는 부분을 찾을 수 없다. 따라서 기본 주기는 무한대나 다름없다. sptool을 통해 이 파형의 소리를 들어보면 뭔가 진동하는 소리가 들리다가 잠시 후에 마치 비행기가 지나가는 듯 한 소리가 들린다.
(2) Frequency-Domain Analysis
Data1과 마찬가지로 위의 파형을 고속 퓨리에 변환(FFT)를 통해 분석해보면 다음과 같다. FFT의 숫자는 4096으로 설정하였고, FFTSHIFT는 하지 않았다.
에너지가 많이 모여 있는 곳의 주파수 성분을 보면 다음과 같다.
위의 파형을 살펴보면 -3948Hz와 3949Hz를 중심으로 앞뒤로 에너지가 많이 모여있는 것을 확인할 수 있다.
(3) Welch's Method Analysis
Code로 구현한 Welch's Method
sptool을 통해 window 개념을 도입한 Welch's Method
V. Project를 마치며...
음성 신호를 분석하기위해 ‘MATLAB’이라는 프로그램을 사용하였다. ‘MATLAB’을 이용하여 시간영역 파형을 도시하고, Time - Domain 그래프 및 Frequency - Domain 그래프를 분석해 나가며 Discrete Signal에 대한 분석방법과 Spectrum 해석 능력을 습득할 수 있었다. 또한 sptool을 통해 peak 사이의 Time Interval을 측정해 Fundamental Period를 추정해 보았고 과제에서 요구한대로 각 음성 신호를 Power Spectrum으로 도시하고 Fundamental Frequency를 추정해 볼 수 있었다.
우리가 주기 신호를 Fourier Transform을 할 때 무한한 신호라 가정하게 되는데, 유한한 신호를 통해 Fourier Transform를 함으로써 원래 의도와는 다르게 Noise가 발생을 하게 된다. 그래서 이를 없애기 위해서 Rectangle Window를 사용하게 되는데, ‘MATLAB’의 사용법 미숙으로 인해 구현하는 데에 많은 어려움이 있었다.
전 학기에 수강한 ‘신호 및 시스템’ 과목에서 프로젝트를 할 때 ‘MATLAB’이라는 프로그램을 처음 사용해보았는데 그때의 경험이 이번 프로젝트에서도 많은 도움이 되었고, 이 프로그램을 이용하여 음성신호 파형을 손쉽게 눈으로 확인할 수 있었다. 또한 Time­Domain에서와 Frequency­Domain에서의 그래프를 비교, 변환하여 각 음성신호의 성분과 성질들을 더 자세하게 분석할 수 있었다.
Fourier Transform, Sampling, Domain Region 등의 이론을 실제 사용할 수 있었고, 이를 ‘MATLAB’에서 사용하기 위해서 다시 책을 공부하는 과정에서 이론에 대한 이해를 더 깊이 할 수 있었다. 또한 이론적인 면과 실제 데이터 분석에서의 차이점을 확인하고 그 이유에 대해서 생각해보는 시간을 가질 수 있었다.
이번 Project를 통해 각자의 역할을 적절히 분배하여 이번 과제를 해결해 나가는데 있어서 한결 수월하게 할 수 있었다.

키워드

MATLAB,   음성신호,   신호처리,   신호및시스템