第1章緒論001

1.1引言 ／ 001

1.1.1問題的提出 ／ 001

1.1.2工程信號的復雜性 ／ 003

1.2信號分離的基本方法與工具 ／ 005

1.2.1頻率匹配法與分段處理 ／ 005

1.2.2信號分離的模式濾波法 ／ 012

1.2.3振動信號結構建模研究進展 ／ 016

1.3內容介紹  ／ 018

第2章漢語音節語音信號的時域結構分析021

2.1語音生成和影響語音的因素 ／ 021

2.1.1概述 ／ 021

2.1.2語音的生成機制 ／ 022

2.1.3語音主要影響因素分析 ／ 023

2.2漢語聲母時域結構特征分析 ／ 024

2.2.1漢語音節測試的基本原理 ／ 024

2.2.2漢語音節信號時域結構特征分析 ／ 027

2.3漢語音節韻母信號結構簡述 ／ 034

2.4語音信號生成模型思考 ／ 036

2.4.1語音信號的生成模型 ／ 036

2.4.2聲道運動的模態分析 ／ 037

2.4.3漢語音節信號信息的提取 ／ 039

第3章昆蟲聲信號結構分析045

3.1果蠅鳴聲信號結構分析 ／ 045

3.1.1概述 ／ 045

3.1.2信分段處理 ／ 046

3.1.3信號的模式濾波法處理 ／ 050

3.1.4果蠅聲的信號建模 ／ 059

3.2蚊子鳴聲信號結構分析 ／ 062

3.2.1概述 ／ 062

3.2.2蚊子鳴聲信分段處理 ／ 064

3.2.3蚊子鳴聲信號模式濾波處理 ／ 068

第4章機械結構聲振信號結構分析077

4.1手表“滴答”聲信號的模式濾波法處理 ／ 077

4.1.1概述 ／ 077

4.1.2手表運轉聲信分段處理 ／ 078

4.1.3手表聲信號的模式濾波處理 ／ 081

4.2撞擊聲振實驗研究 ／ 087

4.2.1金屬球跌落實驗 ／ 087

4.2.2碗碟敲擊實驗 ／ 090

4.3電動鑽鑽木孔振動信號分離與識別處理 ／ 093

4.3.1概述 ／ 093

4.3.2信分段處理 ／ 094

4.3.3電鑽振動信號模式濾波處理 ／ 099

第5章《杜鵑圓舞曲》聲信號時域結構分析104

5.1《杜鵑圓舞曲》簡介 ／ 104

5.2《杜鵑圓舞曲分段處理 ／ 109

5.2.1《杜鵑圓舞曲》三拍子節奏分段信號 ／ 109

5.2.2音符節奏分段信號 ／ 109

5.2.3信號分段信號 ／ 116

5.3《杜鵑圓舞曲》特征音素的提取 ／ 120

5.3信號彙總整理 ／ 120

5.3信號的頻率匹配法表征 ／ 122

第6章聲振信號結構的模式濾波分析136

6.1《杜鵑圓舞曲》聲信號的模式濾波分解 ／ 136

6.1.1模式濾波子波參數統計 ／ 136

6.1.2模式濾波子波音效分段測試 ／ 139

6.2時頻子波的聚類處理 ／ 144

6.2.1時頻子波的聚類依據及方法 ／ 144

6.2.2時頻子波分類信號重構與識別處理 ／ 147

6.3鼓敲擊信號的模型化 ／ 148

6.3.1鼓聲信號基本描述 ／ 148

6.3.2鼓聲時頻子波參數基本描述 ／ 153

6.4《杜鵑圓舞曲》聲信號分離處理 ／ 159

6.5豎笛聲信號繫列時頻子波描述 ／ 161

6.6琴聲信號繫列時頻子波結構分析 ／ 171

6.6.1揚琴繫列時頻子波結構分析 ／ 171

6.6.2手風琴繫列時頻子波結構分析 ／ 173

6.7弦樂協奏聲信號繫列時頻子波描述 ／ 175

6.8器樂擊打聲信號繫列時頻子波描述 ／ 178

6.8.1三角鐵擊打聲信號 ／ 178

6.8.2“蓬恰恰”聲信號描述 ／ 180

第7章聲振信號結構分析與表征184

7.1聲信號繫列時頻子波定量表征 ／ 184

7.1.1《杜鵑圓舞曲》聲信號的定量表征 ／ 184

7.1.2《杜鵑圓舞曲》聲信號的定量描述方法 ／ 185

7.2《杜鵑圓舞曲》聲信號的量化建模 ／ 195

7.2.1無回聲“咚”聲信號分析 ／ 195

7.2.2“蓬”聲信號結構分析 ／ 200

7.3敲擊聲信號定量表征實例 ／ 209

7.4豎笛繫列時頻子波及重構信號 ／ 216

7.4.1頻率分區定義 ／ 216

7.4.2豎笛主要繫列時頻子波參數統計 ／ 217

第8章特殊信號結構的描述與分析222

8.1低頻無聲繫列時頻子波及重構信號 ／ 222

8.1.1低頻諧振聲信號 ／ 222

8.1.2不連續低頻撞擊聲信號 ／ 227

8.2含“n”聲繫列時頻子波特征分析 ／ 229

8.2.1鼓聲信號頻率分區定義 ／ 229

8.2.2架子鼓聲信號單一繫列時頻子波“n”聲信號 ／ 229

8.2.3架子鼓聲信號含雙繫列時頻子波“n”聲信號 ／ 232

8.2.4多繫列時頻子波“n”聲信號 ／ 233

8.3鼓聲及敲擊聲信號繫列時頻子波特征分析 ／ 234

8.3.1鼓點敲擊子波特征分析 ／ 234

8.3.2鼓聲傳播聲信號及回聲信號繫列子波特征分析 ／ 241

8.3.3鼓振聲信號繫列子波特征分析 ／ 243

8.3.4鼓振期間不規則撞擊繫列子波分布描述 ／ 245

8.3.5鼓振期間鼓和鼓架子外部撞擊繫列子波描述 ／ 246

8.3.6敲擊聲信號繫列子波特征分析 ／ 247

8.4《杜鵑圓舞曲》結構特征繫列時頻子波描述 ／ 249

8.4.1豎笛聲信號結構特征分析 ／ 249

8.4.2揚琴聲信號結構特征分析 ／ 255

8.4.3手風琴聲信號結構特征分析 ／ 259

8.5基於繫列時頻子波聲振信號模型的構建 ／ 261

第9章研究與展望263

9.1石油管柱振動信號處理存在的問題 ／ 263

9.2石油管柱振動研究的途徑與思路 ／ 265

9.3應用展望 ／ 268

索引270

參考文獻272

從工程信號的觀點出發，研究信號就是探究信號所包含的盡可能詳盡的信息。這些信息不僅包含信號本身所代表的事件發生的基本含義，而且還包含在事件的發展過程中，運動的物體與環境相互作用的信息。研究蚊子和果蠅等昆蟲的鳴聲信號，可從其發聲器官的大小、形狀出發，尋找年齡與飛蟲鳴聲信號之間的聯繫，發現飛蟲飛行產生的頻移效應在信號波形中的體現，以及飛蟲求偶時發出的信號特征等。研究手表聲振信號，
可通過分析采集的聲振信號來分析精密零件的運動與聲信號之間的對應關繫，零件運動異常在聲振信號中
的體現，來判斷手表是否走得準確。

工程信號處理學者在欣賞《杜鵑圓舞曲》這一優美樂曲的同時，也關注節律的轉變、聲信號的結構、器樂聲信號的協同、樂器的狀態、演奏者的行為與運動以及環境的響應等各種細節信息，也就是要把演奏期間發生的事件盡可能詳細地挖掘並描述出來。要實現上述目的，應當具備對各種混疊在一起的信號進行合理、完整分離這一基本技能，這是實現將各種強弱不同的聲信號進行合理分離、識別、結構分析與信號定量建模的先決條件。在混疊信號分離、工程信號建模的研究中，作者從初發現傅立葉變換的不足後提出采用頻率匹配法提取信號的真實頻率，到偶然處理獲得較為完整的礦山聲波層析成像分離信號，並由這種偶然的發現逐步步入信號完整分離的探索。從為檢驗信號分離是否完整而提出數字化音頻測試技術，到信號處理模式濾波法的創立，再到采用模式濾波法處理工程信號這一過程，經歷了持久且艱辛的探索。

在《工程信號處理新方法探索——頻率匹配法和模式濾波法研究與應用》一書中，作者較為繫統地介紹了信分段方法，闡述了用於確定信號真實頻率、振幅、相位組合的頻率匹配法，以及用於驗證信號分離處理效果的數字化音頻測試技術。針對頻率匹配法在處理多變量、長時段信號時存在的計算速度慢、效率低等問題，構建了用於單信道多分量混疊信號快速分離的模式濾波法。在《機械設備振動信號結構學》一書中，作者提出了功能特征信號的概念，探討了機械設備振動信號結構存在的合理性，以及信號結構與功能特征信號之間的聯繫，並且以時頻子波作為信號基，探究了信號的結構與組成，建立了基於功能特征聲振信號量化表征。本書是前兩本書研究的進一步延伸，向讀者闡述各種聲振信號的結構、組成，以及對信號成分進行定量描述的途徑與方法，展示如何進行聲振信分段處理，如何獲得信號局部與整體發展趨勢的狀態變化信息，如何實現時頻子波歸類、分類重構信號兼並、信號分離、信號識別與信號模型的構建，努力嘗試為科學地表征自然界的聲振信號提供理論、方法和處理工具。

幾年迤邐走來，生逢盛世，感恩單位理解，幸得貴人相助，纔有本書的順利付梓。作者由衷地感謝家人為完成本書所付出的努力與犧牲，感謝常州大學領導、同事們的理解與支持，感謝碩士研究生劉緒、呂毅涵為本書收集和整理資料及在聲振實驗測試等工作中付出的辛勤勞動。歷經20年寒窗耕耘，能有一點點的奉獻和略許己見，悠悠然懷揣幾分釋然與慰藉。

本書絕大部分成果為首次公開發表，具有較高的參考價值。但由於作者不懂樂理，對音樂的認知相當欠缺，書中錯誤在所難免，懇請廣大讀者多多批評指正。