MANEJANDO SONIDOS EN MATLAB

1.- OBJETIVOS: Generar sonidos mediante el uso de MATLAB, procesar estos datos, analizarlos y finalmente graficar su comportamiento en un programa.

2.- BREVE INTRODUCCION TEORICA

FRECUENCIA QUE PERCIBE EL SER HUMANO: SONIDOS GRAVES Y AGUDOS

El oído humano es capaz de captar vibraciones de un amplio espectro de frecuencias (aproximadamente entre 20 y 20 000 Hz, margen de audiofrecuencias que determina el llamado espectro audible.

Los sonidos o tonos agudosEste intervalo de altas frecuencias o tonos agudos está comprendido entre los 5.000 y 20.000 hercios. Los sonidos Agudos tienen relación con el tono y este a su vez con la frecuencia. A mayor frecuencia más agudo es el sonido.

Graves / tonos graves

Los graves o tonos graves son la el intervalo de las bajas frecuencias, que el oído humano es capaz de interpretar. Este margen está comprendido entre los 20 y 300 Hz.

capturar sonido con el micrófono

Se usa el comandoWaverecord ;Su sintaxis es

Fs = 11025;y = waverecord(5*Fs , Fs , ‘int16 );′en la cual:Fs= frecuencia de muestreoEl numero 5 significa la cantidad de segundos que estamos grabando‘int16 se usa para el numero de bits (se puede obviar)′

Fs = 11025;y = wavrecord (5*Fs, Fs)

Y comenzamos a hablar por el micrófono, nos damos cuenta de que está grabando cuando en la parte inferior izquierda dice busy, una vez finalizado podemos reproducirlo con:

wavplay(y, Fs); si es que hemos colocado el ‘int16′ osound(y,Fs) si es que no hemos utilizado el ‘int16′Resumiendo mi Voz está guardada en la variable yEn Matlab se puede guardar este vector en un archivo de extension wavla sintaxis es:

wavwrite (y,Fs,’voz.wav’);

donde ‘y’ es el vector donde esta nuestra voz Fs es la frecuencia de muestreo a la cual ha sido muestreada el vector y ‘voz.wav’ es el nombre del archivo que se va a crear. este archivo se guarda dentro de la carpeta work , la cual está dentro de la carpeta Matlab en la unidad .Supongamos que queremos cargar ese archivo de voz ajg.wav u otro archivo de voz que tengamos en este formato lo primero es que el archivo de voz debe de estar en la carpeta works del matlab.

3.- PROCEDIMIENTO

- Para grabar la voz usamos el siguiente comando:

Fs=11025;y=wavrecord(5*Fs,Fs,'int16');wavwrite(y,Fs,'voz.wav');wavplay(y,Fs);

la frecuencia de muestreo es Fs = 11025 Hz

Luego grabamos nuestra voz mediante el comando wavrecord durante 5 segundos con frecuencia de muestreo Fs y 16 bits de cuantizacion.

Por último guardamos esta grabación ‘y’ mediante el comando wavwrite en ‘voz.wav’.

- Para reproducir lo grabado anteriormente en frecuencias de 8000 Hz y 22050 Hz usamos otra vez

wavwrite(y,8000,'voz8000.wav');

y lo guardamos en ‘voz8000’

el mismo procedimiento para la frecuencia de 22050Hz. Lo guardamos en ‘voz22050’.

4.- CONCLUSIONES

- Cuando se varia la frecuencia Fs = 11025 Hz de la voz a una frecuencia de 8000 Hz la voz se vuelve más grave y cuando se varia a una de 22050Hz la voz se agudiza.

- En el programa se observa que la voz tiene un comportamiento gaussiano. - La voz se distorsiona para cualquiera de estos límites.

Frecuencia de muestreo

La tasa o frecuencia de muestreo es el número de muestras por unidad de tiempo que se toman de una señal continua para producir una señal discreta, durante el proceso necesario para convertirla de analógica en digital. Como todas las frecuencias, generalmente se expresa en hercios (Hz, ciclos por segundo) o múltiplos suyos, como el kilohercio (kHz), aunque pueden utilizarse otras magnitudes.

Teorema de Nyquist

Según el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, para poder replicar con exactitud (es decir, siendo

matemáticamente reversible en su totalidad) la forma de una onda es necesario que la frecuencia de muestreo sea

superior al doble de la máxima frecuencia a muestrear.

Es un error frecuente y extendido creer que una misma señal muestreada con una tasa elevada se reconstruye mejor

que una muestreada con una tasa inferior.1 Esto es falso (siempre que la tasas empleadas cumplan el criterio de

Nyquist, naturalmente). El proceso de muestreo (que no debe ser confundido con el de cuantificación) es, desde el

punto de vista matemático perfectamente reversible, esto es, su reconstrucción es exacta, no aproximada. Dicho de

otro modo, desde el punto de vista matemático al que se refiere el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, la

reconstrucción de una señal de 10 kHz es idéntica tanto si se obtiene de una tasa de muestreo de 25000 muestras por

segundo como de una de 50000 muestras por segundo. No aporta nada incrementar la tasa de muestreo una vez que

ésta cumple el criterio de Nyquist. También son errores frecuentes y extendidos, relacionados con lo expuesto en este

párrafo, creer que los puntos que resultan del proceso de muestreo se unen en la reconstrucción mediante rectas

formando dientes de sierra o que existe un proceso de cálculo que realiza la interpolación de manera simulada. En

resumen, el teorema de muestreo demuestra que toda la información de una señal contenida en el intervalo

temporal entre dos muestras cualesquiera está descrita por la serie total de muestras siempre que la señal registrada

sea de naturaleza periódica (como lo es el sonido) y no tenga componentes de frecuencia igual o superior a la mitad

de la tasa de muestreo; no es necesario inventar la evolución de la señal entre muestras.

Frecuencias de muestreo para audio y vídeo

En audio, la máxima audiofrecuencia perceptible para el oído humano joven y sano está en torno a los 20 kHz,

por lo que teóricamente una frecuencia de muestreo de 40000 sería suficiente para su muestreo; no obstante, el

estándar introducido por el CD, se estableció en 44100 muestras por segundo. La frecuencia de muestreo

ligeramente superior permite compensar los filtros utilizados durante la conversión analógica-digital.

Hay que tener en cuenta que no todas las fuentes sonoras se aproximan a los 20 kHz que corresponden a esta

frecuencia máxima; la mayoría de los sonidos está muy por debajo de ésta. Por ejemplo, si se va a grabar

la voz de una soprano, la máxima frecuencia que la cantante será capaz de producir no tendrá armónicos de

nivel significativo en la última octava (de 10 a 20 kHz), con lo que utilizar una frecuencia de muestreo de 44100

muestras por segundo sería innecesario (se estaría empleando una capacidad de almacenamiento extra que se

podría economizar).

El estándar del CD-Audio está fijado en 44100 muestras por segundo, pero esto no significa que esa sea la

frecuencia que utilizan todos los equipos. Los sistemas domésticos de baja calidad pueden utilizar tasas de

22050 muestras por segundo o de 11025 muestras por segundo (limitando así la frecuencia de los componentes

que pueden formar la señal). Además, las tarjetas de sonido de los equipos informáticos utilizan frecuencias por

encima o por debajo de este estándar, muchas veces seleccionándolas en función de las necesidades concretas

(sobre todo, en aplicaciones de audio profesional).

Algunas frecuencias de muestreo típicas en sistemas de audio y vídeo aparecen resumidas en tablas, más arriba.

Frecuencias correspondientes a las notas de la octava central del piano