语音信号的频域分析

语音的感知过程与人类听觉系统具有频谱分析功能是紧密相关的。因此，对语音信号进行频谱分析，是认识语音信号和处理语音信号的重要方法。所采用的分析方法有很多，主要有滤波器组分析方法和傅里叶分析方法。

1.滤波器组方法

利用一组滤波器来分析语音信号的频谱，是最早采用的频谱分析方法之一。这种方法使用简单、实时性好、受外界环境的影响小，所以至今这一方法仍是频谱分析的常用方法。滤波器组法所用的滤波器可以是模拟滤波器，也可以是数字滤波器。滤波器可以用宽带带通滤波器，也可以用窄带带通滤波器。宽带带通滤波器具有平坦特性，用它可以粗略地求取语音的频谱，其频率分辨率降低，相当于短时处理时窗宽窄的那种情况。使用窄带带通滤波器，其频率分辨率提高，相当于短时处理时窗宽较宽的那种情况。图 1 为带通滤波器组法频谱分析原理图。

2. 傅里叶频谱分析

傅里叶频谱分析是语音信号频域分析中广泛采用的一种方法。它是法国科学家 J.Fourier 在 1807 年为了得到热传导方程的简便解法而提出的。傅里叶变换在电气工程等领域得到了广泛的应用，很多理论研究和应用研究，都把傅里叶变换当作最基本的经典工具来使用。傅里叶频谱分析是分析线性系统和平稳信号稳态特性的强有力的工具，这种以复指数函数为基函数的正交变换，理论上很完善，计算上很方便，概念上易于为人们理解，在语音信号处理上也是一个非常重要的工具。

傅里叶频谱分析的基础是傅里叶变换，用傅里叶变换及其反变换可以求得傅里叶谱、自相关函数、功率谱、倒谱。由于语音信号的特性是随着时间缓慢变化的，由此引出的语音信号短时分析。如同在时域特征分析中用到的一样，这里的傅里叶频谱分析也采用相同的短时分析技术。