利用MATALB仿真多普勒效应.docVIP

利用MATLAB仿真?多普勒效应 ? ? ? 某某某? 摘 要：分析多普?勒效应特性，建立数学?模型，利用MATLA?B软件对其进行仿真试?验，进行定量分析，根?据仿真试验结果绘制出?听者接收到的信号的频?率变化曲线以及用信号?处理工具箱函数spe?ctrogram绘制?的时间频率图，并生成?相应的声音。 关键词?：Doppler e?ffect MA?TLAB/ Simu?link 0 研究?背景 多普勒效应是由?生在德国的奥地利物理?学家多普勒(Joha?nn Doppler? 1802一1853?)发现的。1845年?，荷兰气象学家巴依斯?·巴洛(h.d.Bu?ys Ballot)?测得了声音的多普勒效?应。一辆汽车在我们身?旁急驰而过，车上喇叭?的音调有一个从高到低?的突然变化；站在铁路?旁边听火车的汽笛声也?能够发现，火车迅速迎?面而来时音调较静止时?为高，而火车迅速离去?时则音调较静止时为低?。这是日常生活中的一?个多普勒效应的例子。?在天文、通信等领域还?有众多的例子。 当波?源或观察者相对于媒质?运动时，或者说波源和?观察者有相对运动时，?观察者接受到的震动频?率与波源震动频率不同?的现象，称为多普勒效?应。 对于多普勒效应?的讨论，一般仅限于声?源和听者在同一直线上?运动的情况。当声源和?听者不在同一直线上运?动时，接收频率变化比?较复杂，听者接收到的?信号波形方程也难以用?解析式表示。 MAT?LA具有强大的数值计?算和仿真功能以及图形?技术。本文试图从MA?TLAB编程的角度出?发，应用MATLAB?的Simulink仿?真试验方法，建立仿真?的试验环境，对声源和?听者不在同一直线上运?动的情况下产生的多普?勒效应特性进行分析，?产生极好的模拟，实现?多普勒效应的验证，绘?制出听者接收到的信号?的频率变化曲线以及用?信号处理工具箱函数s?pectrogram?绘制的时间频率图，并?生成相应的声音。 ?1 基本原理 以下公?式描述了多普勒效应现?象的各个物理量之间的?定量关系： ? ? ? ? ? （1-1） 其?中， f0是声源发出?的声音的频率; ? v是听者与声源的相?对运动速度; θ为速?度矢量与声源和听者的?连线夹角; vs为声?音在空气中传播的速度?，f是听者听到的声音?频率。 2 理?论模型 多普勒效应-?--设声源距离听者的?水平距离为，以v的?速度沿水平方向向听者?直线驶 来，其轨迹与?听者的最小距离为垂直?距离y ， 声源的频?率为f0，试求听者接?受到的信号的 频率变?化曲线以及用信号处理?工具箱函数sp ec?trogram绘制的?时间频率图，并生成相?应的 声音。 3 ?仿真试验 下面是一段?用MATLAB的M文?件依据公式（1-1）?原理编写的程序（1-?1）。它会产生一个名?为dopp.wav的?表现多普勒效应的声音?文件，描述火车向一个?距离铁路30米（垂直?距离）、距火车150?（水平距离）的听者开?来时他听到的声音。将?u1送入图3-1所示?的Simulink仿?真系统，再一次听到该?声音，并且看到用频谱?仪表现的声音频率随时?间的变化的情况。表3?-1和表3-2给出了?仿真系统中两个模块的?主要参数设置。 表?3-1 From M?ultimedia ?File（波形文件）?的主要参数 █ 模块?名称 From Mu?ltimedia F?ile █ 位置 D?SP System ?toolbox / ?Signal Pro?cessing So?urces 参 数 ?名 称 参 数 值 File name(文件名) Dopp.wav Samples per output frame（输出每帧中的样值数） 1024 表3-2 To Audio Device（扬声器）的主要参数 █ 模块名称 To Audio Device █ 位置DSP System toolbox / Signal Processing Sinks 参 数 名 称 参 数 值 Device Default Queue duration(seconds)(队列延迟时间) 1 Automatically determine Buffer size（自动确定缓冲区长度） 选中 图3-1 显示声音信号（多普勒效应）的仿真系统模型 █ 程序1-1 % 多普勒效应程序 █ 程序难点分析 [1] 在计算机中所能存储的数字序列，也