第24卷第4期
2(301年 l2月
辽宁师范大学学报(自然科学版)
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砌 .24 No.4
Dec. 200l
Matlab在鸣禽语图
分析
定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析
中的应用
卢天成, 韩 或, 李东风
(东北师范大学生命科学学院,吉林 长春 130024)
摘 要: 山b被称为第四代计算机语言,是一种在
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
技术上经常使用的强大的多功能数据分析处理应用软件.鸣
禽发声的声学特征参量主要是音节时程l(聃)、主峰频率,《kHz)、陪音个数爰能量分布.使用快速傅立叶变换函数-
M 出可以从3个方面对鸣青的声音进行分析,并将分析结果可视化,输出鸣声的原始信号、功率谱及语图,从而能够
对鸣禽发声的声学特征参量进行处理分析.
关键词:hEml丑b;语圉;鸣青
中圈分类号:Q959.739 文献标识码:^
学习与记忆是动物和人类赖以生存所不可缺少的重要脑功能,而语言在人类的学习与记忆过程中
起着关键性作用[1].鸣禽是除人类以外具有复杂发声行为的动物.鸟类鸣啭是后天的习得行为,与人类
语言的学习与记忆有许多相似之处【 .如控制发声的脑区都具有左侧优势现象,幼鸟和幼儿学习发音都
在临界期内进行,鸟类与人类性激素水平的改变对发声和语言学习均具有影响等.研究鸣啭的神经机制
已成为当今神经科学领域的特色分支.在鸟类鸣啭的研究中,生物学实验与计算机的联系越来越紧密,
利用Matlab软件可以对鸣禽发声的声学特征参量更好的进行处理分析 J.
I Ma廿ab软件介绍
Maflab是 Mah奴(矩阵)和 L丑bo咖 (实验室)2个单词的组合,是一种以对矩阵(--项式)和数组运算
为基础的用于工程技术计算的计算机语言,采用窗口对话,支持结构化程序设计.1984年,M曲 w幽 公
司将 Matlab作为一种商业软件推向市场.199"/年该公司又推出了基于WL,~owsgX操作系统的№tlab5.0
并逐渐升级.Matlab语言为解释性程序设计语言,如同BASIC一样,程序中的语句边解释边执行.M~lab
被称为第四代计算机语言,将人们从繁琐的代码中解放出来,使用了太量的函数资源,缩程时,只需几行
语句,就可以完成使用高级语言时,需要几十行甚至几百行才能完成的工作.与c语言、Fortran语言缩写
的许多应用软件包相比, 应用面更广、接口精密、程序结构更开放、有公认的很好的统一
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
,更
适应学科的发展与推广.M~lab程序
书
关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf
写简便、使用方便、具有功能强太的函数资源,便于扩充和移植,
是M~lab语言的特色 J.
Matlab5.3主要包括几个部分:M~lab语言,M8dab工作环境,M~lab工具箱,№tlahAH(程序接口).
工具箱是关键部分,装载有 M文件.M文件,即源文件,由 语句序列组成,是 Matlab语言程序中模
块的载体.工具箱可分为功能性工具箱和学科性工具箱,功能性工具箱适用于多个学科,主要用来扩展
其符号运算功能、图形演示、建模仿真、文字处理与硬件实时交互等功能.Matlab更新速度很快,用户能
用上本领域专家编写的最新函数,这就解决了要自己编写基础程序,分散研究精力的问
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
.同时,用户还
可以根据 Matlab提供的格式,自由的编写自己常用的函数,放人到工具箱中,扩展名为.m,可以随时调
用.所以,Matlab的可扩展性极大.
收稿 日期:加OI .28
基盒项目:国家自然科学基金资助项目(3957OI );载
作者筒开:卢天成(1978-).男,吉林伊通人.东北师范大学在读硕士研究生;
李东风(19弼-),男,吉林长春人.东北师范大学教授,博士生导师
目
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辽宁师范太学学报(自搀科学版1 第珏蓉
M丑dab5. 的功能为数组运算,矩阵运算关系和逻辑运算,数据可视化(二维图形、三维图形),数值
分析(曲线模拟,数值计算等),数据分析(基本统计分析函数,有限差分函数,验证相关性函数,傅立叶分
析,矢量和集合运算等),符号计算,图形和颜色控制,程序设计,创建图形用户界面.
2 使用 Matlab对声音文件进行处理
2.1 鸟类鸣声的声学特征
. 关于鸟类鸣声的分析主要有几个参量:音节时程 f(m)、主峰频率,(Ik)、陪音个数及能量分布.音
节时程反映了音节的时间特征,陪音个数船体现出鸣声的婉啭程度,主峰频率即鸣声频率的主要成分,
它和能量分布能够更好的反映出呜声的声学特征.声音文件经过 h^t -软件处理,将原始声音转换为可
视的声谐图象.在对鸟类呜声的声谱分析中,所引用的声学特征描述为:基本音(Bs basic md),陪音
(uP upp口 icl ),主峰频率(PF IIcipal frequency),谐频(HF IIam叫lic frequency).基本音是音节中能量
最高且有一定带宽的基本声;陪音是在一个音节中在基本音频率之上的成分;主峰频率是一个包括很多
不同频率成分的复信号中最主要的频率;谐频是周期性震荡中频率等于基频整数倍的正弦量.实际上,
鸟类呜声可以分解为一系列连续的正弦波,而一个复杂的周期函数,可以看成是许多不同频率的简谐振
动的叠加,电工学上称为谐波分析.简谐振动的波形曲线,由三角函数方程表示.对于任意的可积周期函
数(这里特指三角函数),总可以写出它的傅立叶级数,从而进行傅立叶变换.
2.2 傅立叶分析
傅立叶分析是信号处理很重要的一个基本工具,在 t1ab5.o时。出现了傅立叶分析函数,在快速傅
立叶变换出现后,傅立叶分析被广泛用于滤波、频谱分析和功率分析上、进行声谱分析时,使用一维离散
快速傅立叶变换函数FFt.它可以从3个方面对鸟的鸣声进行分析.Matlab具有结果可视化功能,提供原
始信号,声图和功率谱.再经过统计分析,找出发声规律 有时,在需要对鸣禽的发声特征进行比较时,我
们要将所要比较的2个鸣禽语图的主要声学特征数据列成表格,进行比较,并进行统计学上的f检验,
检验两者的差异程度,以区别两者的发声特征
3 对原始信号、语 图和功率谱的分析
原始信号(图1.1)表示声音的原始简谐振动波形,横坐标表示音节时程(∞),纵坐标表示其振幅(相
对值),其脉冲样的个数与对应时问的比值为声波的基频值,即鸣肌振动的频率.语图(图1-2,2,3.1)是
三维图形,横坐标表示音节时程(1璐),纵坐标表示频率(k ),颜色深浅表示声音的能量高低.与原始信
号相对应,有一个声波脉冲包络就相应有一个语图标记,典型的语图(图2)应该可以看到基本音和陪
音.功率谱的横坐标为频率(k ),纵坐标为能量(相对值),主要参数指标为主峰频率,即众多频率分量
中数值最大的一个频率.频谱图可以清楚的显示声音中频率分布情况.
图3-1为一次发声中发出的3个单音节鸣声,频率较高,语音单调.与之对应的功率谱图3I2所示主
峰频率在7 ld-lz左右,即声音能量集中在7 k 左右,没有其他的波峰,说明频率缺少变化,与图3.1相
符.图 l-2所示为兢转的多音节鸣声语图,它与图 l的原始信号相对应,同时与之相对应的功率谱如图
1-3所示,存在多个波峰,说明声音的频率变化比较大,与图 1-2相符.主峰频率为5 k 左右.从图2中
可以清楚的看到基本音和基本音以上的陪音.
应用Matlab软件,可以从不同的方面对鸟类声音进行分析,从而对鸟类鸣声的特点有了更为全面的
掌握.经过进一步的分析处理,我们可以找卿鸟类的发声规律.一次性处理的时程短,指标处理不够精
细,是Matlab现存的主要问题,所以,在声谱分析方面,Matlab还有极大的潜力有待开发.
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第4期 卢天成等: h‰ 在鸣禽语圈分析中的应用
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参考文献:
圈 2 圈 3-l 圈 3-2
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Application of Matlab in Songbird Sonogram Analyses
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AbsIrad:Madab is a computer language of the fourth generation。It i8 a type ofmu]tifimctional applied software for
data analysisin project andtedmology.The parametem of vocal attribute ofbixdso~ include soundl鹄 (m),
fiequeacy(km),encigy dis吲mti锄.Matlab ana]yT~ three aspects ofvocal si als songbirdsbyfunc6onFFT
and outputsthree soxts of 印hB.The sonogr~ ofhi'songis∞ aly捌 。
Key wo~s:Matlab;8。I 哩 m ;B0n Id
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