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基于 MATLAB 算法的数字变声器

【摘要】变声器的原理是通过改变输入声音频率，进行改变声音的音色、音调，使输

出声音在感官上与原声音不同。变声器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。通过自己发声，共振峰频率的改变是基于重采样实现的。同时用 LPC 倒谱

分析法分析共振峰的范围，通过 MATLAB 编写程序并构置 GUI 界面。实验中通过

MATLAB 软件对采集来的语言信号进行频谱分析，讨论不同人之间的噪音源参数和共振峰

参数，通过对不同人语言信号频率和幅度的改变来实现不同人之间的语音转换。

【关键词】短时自相关法； LPC 倒谱；语音信号； matlab GUI；

1引言

随着生活水平的提高，科技的不断进步，很多人为了娱乐，从而希望改变自己的声音；

还有如今的许多的访问节目为了保护被访问者，都对声音进行了相应的处理。本设计通过

编写 matlab 程序，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。共

振峰频率的改变是基于重采样实现的，从重采样原理知道，这也同时印发了基频的变

化，为保证基频变化和共振峰频率变化的独立、互不相关，在基频移动时必须考虑抵

消重采样带来的偏移，理论上只要基频检测足够精确，确实可以保证基频改变和共振

峰频率改变间的互不相关。保证变声效果的自然度主要是没有采用基因检测将基因移

动和共振峰变化彻底隔离的缘故。

本次课程设计就是运用我们所学到的理论知识，用 MATLAB 软件来实现对语音信号的

变声处理，理论联系实际，从而更好地掌握以及运用所学习的知识。

2 数字变声器的原理与算法

2.1基本原理

语音科学家将人类发声过程视作一个由声门源输送的气流经以声道、口、鼻腔组成的

滤波器调制而成的。人类语音可分为有声语音和无声语音，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。

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。其中男生、女生

和童声的基频、共振峰的关系如图1所示；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。本实验是基于打开一种声音进行相关参数提取，修

改

接近于女声、男声或童声，实现声音的变换。

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图 1 人群基频与共振峰的关系

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渭卿

2022-05-28

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