利用matlab仿真多普勒效應(yīng)

1、1利用利用MATLABMATLAB仿真多普勒效應(yīng)仿真多普勒效應(yīng)某某某某某某摘要：要：分析多普勒效應(yīng)特性，建立數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB軟件對(duì)其進(jìn)行仿真試驗(yàn)，進(jìn)行定量分析，根據(jù)仿真試驗(yàn)結(jié)果繪制出聽(tīng)者接收到的信號(hào)的頻率變化曲線以及用信號(hào)處理工具箱函數(shù)spectrogram繪制的時(shí)間頻率圖，并生成相應(yīng)的聲音。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：DopplereffectMATLABSimulink0研究背景研究背景多普勒效應(yīng)是由生在德國(guó)的奧地利物理學(xué)家多普勒(J

2、ohannDoppler1802一1853)發(fā)現(xiàn)的。1845年，荷蘭氣象學(xué)家巴依斯巴洛(h.d.BuysBallot)測(cè)得了聲音的多普勒效應(yīng)。一輛汽車(chē)在我們身旁急馳而過(guò)，車(chē)上喇叭的音調(diào)有一個(gè)從高到低的突然變化；站在鐵路旁邊聽(tīng)火車(chē)的汽笛聲也能夠發(fā)現(xiàn)，火車(chē)迅速迎面而來(lái)時(shí)音調(diào)較靜止時(shí)為高，而火車(chē)迅速離去時(shí)則音調(diào)較靜止時(shí)為低。這是日常生活中的一個(gè)多普勒效應(yīng)的例子。在天文、通信等領(lǐng)域還有眾多的例子。當(dāng)波源或觀察者相對(duì)于媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，或者說(shuō)波源和觀察

3、者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接受到的震動(dòng)頻率與波源震動(dòng)頻率不同的現(xiàn)象，稱(chēng)為多普勒效應(yīng)。對(duì)于多普勒效應(yīng)的討論，一般僅限于聲源和聽(tīng)者在同一直線上運(yùn)動(dòng)的情況。當(dāng)聲源和聽(tīng)者不在同一直線上運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收頻率變化比較復(fù)雜，聽(tīng)者接收到的信號(hào)波形方程也難以用解析式表示。MATLA具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和仿真功能以及圖形技術(shù)。本文試圖從MATLAB編程的角度出發(fā)，應(yīng)用MATLAB的Simulink仿真試驗(yàn)方法，建立仿真的試驗(yàn)環(huán)境，對(duì)聲源和聽(tīng)者不在同一直線上運(yùn)動(dòng)的情況

4、下產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)特性進(jìn)行分析，產(chǎn)生極好的模擬，實(shí)現(xiàn)多普勒效應(yīng)的驗(yàn)證，繪制出聽(tīng)者接收到的信號(hào)的頻率變化曲線以及用信號(hào)處理工具箱函數(shù)spectrogram繪制的時(shí)間頻率圖，并生成相應(yīng)的聲音。1基本原理基本原理以下公式描述了多普勒效應(yīng)現(xiàn)象的各個(gè)物理量之間的定量關(guān)系：（11）?fsvfcos10??其中，f0是聲源發(fā)出的聲音的頻率v是聽(tīng)者與聲源的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度θ為速度矢量與聲源和聽(tīng)者的連線夾角vs為聲音在空氣中傳播的速度，f是聽(tīng)者聽(tīng)到的聲音頻率

5、。2理論模型理論模型多普勒效應(yīng)設(shè)聲源距離聽(tīng)者的水平距離為，以v的速度沿水平方向向聽(tīng)者直線駛0x3█程序程序1111%多普勒效應(yīng)程序█程序難點(diǎn)分析程序難點(diǎn)分析[1]在計(jì)算機(jī)中所能存儲(chǔ)的數(shù)字序列，也即模擬信號(hào)必須通過(guò)取樣和量化后，變成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，才能被計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理。對(duì)音頻信號(hào)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)模擬音頻信號(hào)與數(shù)字音頻信號(hào)之間的轉(zhuǎn)化模塊就是聲卡，MATLAB可以方便地對(duì)聲卡進(jìn)行諸如采樣頻率等輸入輸出參數(shù)的配置。[2]播放火車(chē)靜止時(shí)的汽笛聲。使

6、用命令“sound”將數(shù)字序列以設(shè)定的采樣速率輸出到聲卡，通過(guò)聲卡轉(zhuǎn)化為模擬音頻信號(hào)。“sound”用法是：sound（yFs）；其中：y為取值范圍必須在[1，1]區(qū)間的n行1列的數(shù)字序列（單聲道輸出）。Fs為設(shè)定的采用速率，一般聲卡支持5000Hz到441000Hz。x0=150%mv=50%車(chē)速msy0=30%mc=330%聲音在空氣中的速度msf0=2000%聲音的頻率Hzfs=8000%采樣頻率t=0:1fs:6%規(guī)定t的范圍和

7、步進(jìn)x_t=x0v.t%火車(chē)與觀察者的水平距離y=y0%火車(chē)與觀察者的垂直距離r=sqrt(x_t.^2y.^2)%火車(chē)與觀察者間距離costheta=x_t.r%聲速矢量與火車(chē)和聽(tīng)者間連線夾角的余弦f=f0.(1v.costheta.c)%聽(tīng)者接收到的頻率fmin=min(f)fmax=max(f)voltage=(ffmin).(fmaxfmin)21%歸一化調(diào)頻電壓在1~1之間[1]signal=0.5vco(voltage[fm

8、infmax]fs)%壓控震蕩器，由輸入電壓控制輸出信號(hào)頻率u=sin(2pif0t)%聲源發(fā)出的信號(hào)sound(ufs)%播放聲源發(fā)出的信號(hào)[2]pause(5)%暫停[3]sound(signalfs)%播放聽(tīng)者接收到的信號(hào)[4]wavwrite(signalfsdopp.wav)%音頻數(shù)據(jù)存盤(pán)[5]figure(1)plot(tf)xlabel(Times)ylabel(FreqHz)%做出聽(tīng)者接收到的信號(hào)的頻率變化曲線figur