操作过程点击此处观看
上段时间补习了一下傅里叶变化的知识，突发奇想可以根据此做一款声音转换器，使用工科神器Matlab进行完成，并且开发了可操作界面如下图所示：

功能实现与描述

软件中可以实现声音的录制、回放、文件的保存与打开功能，两个旋钮括约肌与肛缩可以调整声音的频率与播放速度。

声音录制

matlab封装了声音的开始录制与结束录制功能函数，该软件使用appdesigner进行开发，声音录制与暂停按键的callback函数如下：

            global FlagStartOrEnd;              %控制开始或结束录制标志位
            global recObj;                      %录音对象
            global TextState;                   %状态信息提示
            global TagSoundData;                %目标音源数据
            global TagSoundFs;                  %目标音源频率
            global MinAbsValue;                 %最小绝对值 傅里叶变化数值
            
            if FlagStartOrEnd
                % 切换开始录音图片               %开始录音
                app.ButtonStartRecording.Icon = 'Start.png';
                % 重置标志位
                FlagStartOrEnd = false;
                
                % 结束录音
                stop(recObj);
                
                % 获取录音数据
                audioData = getaudiodata(recObj);
                
                % 参数传递
                TagSoundData = audioData;
                TagSoundFs = 22050;
                
                % 图像展示
                [ResFreq, ResMag, ResPhase] = FFTAnslysis(app, TagSoundData, TagSoundFs, MinAbsValue, '录制声音', 100);
                
                % 状态信息提示
                TextState = {'录音结束了哦(^_^)'};
                app.TextAreaState.Value = TextState;
                
                % 另存为录音文件
                [FileName, FilePath] = uiputfile('*.wav');
                
                % 状态信息提示
                TextState = {['文件<', FileName, '>保存完成了呐'], TextState{:}};
                app.TextAreaState.Value = TextState;
                
                %将音频文件写入到wav
                audiowrite(FileName, audioData, 22050);
                
                
            else
                % 切换结束录音图片              %结束录音
                app.ButtonStartRecording.Icon = 'End.png';
                % 重置标志位
                FlagStartOrEnd = true;
                
                % 打开录音设备
                record(recObj);
                
                % 状态信息提示
                TextState = {'小哥哥开始录音啦...', TextState{:}};
                app.TextAreaState.Value = TextState;
                
                
            end

需要说明的是，全局变量的定义需要在appdesigner中的startup函数中，代码如下：

            global FlagStartOrEnd;              %控制开始或结束录制标志位
            global recObj;                      %录音对象
            global TextState;                   %状态信息提示
            global TagSoundData;                %目标音源数据
            global TagSoundFs;                  %目标音源频率
            global MinAbsValue;                 %最小绝对值 傅里叶变化数值
            
            FlagStartOrEnd = false;
            recObj = audiorecorder(22050, 16, 1); %第一个参数为声音的采集频率
            TextState = {};
            TagSoundData = [];
            TagSoundFs = [];
            MinAbsValue = 1e-16;

声音回放

声音的回放直接调用sound函数，为实现夹子声音的转换，shiftPitch函数可以调整声音频率，函数中可以接收旋钮括约肌的数值，声音的播放速度可以通过调整sound函数第二个参数来实现。代码如下：

            global TagSoundData;                %目标音源数据
            global TagSoundFs;                  %目标音源频率
            global MinAbsValue;                 %最小绝对值 傅里叶变化数值
            
            % 夹子音转换
            TagSoundDataTemp = shiftPitch(TagSoundData, app.KnobShiftFs.Value, 1, TagSoundFs, 0);
            
            % 计算时间比率
            if app.KnobShiftTime.Value >= 0
                TimeRate = 0.4*app.KnobShiftTime.Value + 1;
            else
                TimeRate = 0.08*app.KnobShiftTime.Value + 1;
            end
            
            
            % 听取声音
            sound(TagSoundDataTemp, TagSoundFs*TimeRate);
            
            % 图像展示
            [ResFreq, ResMag, ResPhase] = FFTAnslysis(app, TagSoundData, TagSoundFs, MinAbsValue, '声音展示', 100);

文件保存

声音文件的保存可以直接使用audiowrite函数实现，代码如下：

            global TagSoundData;                %目标音源数据
            global TagSoundFs;                  %目标音源频率
            global TextState;                   %状态信息提示
            
            % 将音频文件写入到wav文件
            FileName = ['Sound.wav'];
            audiowrite(FileName, TagSoundData, TagSoundFs);
            
            % 加入提示信息
            TextState = {['音频文件<', FileName, '>已保存了哦'], TextState{:}};
            app.TextAreaState.Value = TextState;

文件打开

文件打开可以使用audioread实现

            global TagSoundData;                %目标音源数据
            global TagSoundFs;                  %目标音源频率
            global TextState;                   %状态信息提示
            
            % 获取音源文件
            [FileName, FilePath] = uigetfile('*wav', '小哥哥打开音频文件哦');
            
            % 加入提示信息
            TextState = {['音频文件<', FileName, '>已打开了哦'], TextState{:}};
            app.TextAreaState.Value = TextState;
            
            % 打开音源数据
            [TagSoundData, TagSoundFs] = audioread([FilePath, '\', FileName]);

图像展示

图像中可以展示声音的时域与频域曲线，对采集的声音做傅里叶变化可以将时域信息转换为频域信息，实现代码如下：

        function [ResFreq, ResMag, ResPhase] = FFTAnslysis(app, TagData, TagFs, MinAbsValue, Name, NumOrder)
            
            %% 参数含义
            %输入:
            %TagData:目标函数
            %TagFs:采集数据频率
            %MinAbsValue:幅值最小限度
            %Name:图窗名称别
            %NumOrder:选取阶数
            
            %ResFreg:结果频率
            %ResMag:结果幅值
            %ResPhase:结果相位
            
            %% 数据长度
            Length=length(TagData);
            
            %% 计算幅值谱与相位谱
            
            %双边频谱
            FFTTagData =fft(TagData/Length);
            
            %单边频谱
            FFTTagData=FFTTagData(1:Length/2+1);
            
            %幅值谱
            MagTagData = abs(FFTTagData);
            MagTagData(2:end-1) = 2*MagTagData(2:end-1);
            
            %相位谱
            PhaseTagData = [];
            for i = 1:length(FFTTagData)
                if abs(FFTTagData(i))< MinAbsValue
                    PhaseTagData(i) = 0;
                else
                    PhaseTagData(i) = atan2(imag(FFTTagData(i)), real(FFTTagData(i)));
                end
            end
            
            %频率轴
            FreqMagPhase = (0 : length(MagTagData)/(length(MagTagData)-1) : length (MagTagData))*(TagFs/2)/length(FFTTagData);
            
            %时间轴
            Time = (0:Length-1)/TagFs;
            
            %% 截取指定点
            %将频谱数值排序
            [ResMag, IndexMag] = sort(MagTagData, 'descend');
            
            %取前NumOrder阶数
            ResMag = ResMag(1:NumOrder);
            IndexMag = IndexMag(1:NumOrder);
            
            %频率
            ResFreq = FreqMagPhase(IndexMag)';
            
            %相位
            ResPhase = PhaseTagData(IndexMag)';
            
            % 绘制图像 频域
            plot(app.UIAxesFs, FreqMagPhase, MagTagData);
            xlabel(app.UIAxesFs, '频率(Hz)');
            ylabel(app.UIAxesFs, '幅值');
            title(app.UIAxesFs, ['频域-', Name, '-幅值', '选取阶数:', num2str(NumOrder)]);
            hold(app.UIAxesFs, 'on');
            plot(app.UIAxesFs, ResFreq, ResMag, 'r*');legend(app.UIAxesFs, '幅值', '选取点');
            hold(app.UIAxesFs, 'off');
            
            % 绘制图像 时域
            plot(app.UIAxesTime, Time, TagData);
            xlabel(app.UIAxesTime, '时间(s)');
            ylabel(app.UIAxesTime, '幅值');
            title(app.UIAxesTime, ['时域-', Name, '幅值']);
        end
    end