《语音信号处理》课程是电子信息工程专业的一门专业基础课程。学生在学习《语音信号处理》课程的过程中需要通过实验来辅助课堂理论知识的学习，本文过MATLAB软件中的GUI工具设计一个虚拟实验平台，该虚拟实验仿真平台包括了《语音信号处理》课程中重要知识点的相关实验，分别为语音信号的读取与播放、语音信号的调速与倒放处理、语音信号的噪声处理、语音信号的回声处理、语音信号的滤波处理以及语音信号的合成处理等六个模块实验。这六个实验，每个都是一个独立的实验系统，并且每个实验系统在运行时互不干扰。该设计为学生提供了一个完整的虚拟实验平台，学生只需要利用一台电脑就可以完成相关实验，并且这样的虚拟实验平台更有利于学生分析处理语音信号。
1.《语音信号处理》虚拟实验平台主界面设计
打开本虚拟实验平台时首先进入主界面，如图1所示。在主界面的左侧有六个选择实验的按钮，分别对应了六个语音信号处理实验，学生可以根据课程需要选择所要进行的实验项目。主界面右侧显示了学生的基本信息，包括学院、专业、学号以及姓名，在页面的右下角还设置了“退出”按钮，学生做完所选择的实验后，便可随时退出整个实验系统。主界面的背景图所用的是河南城建学院的标志性建筑图书馆，该界面背景图片的设置是在整个布局编辑器界面上的回调函数CreateFcn中编写程序代码的，通过读取文件夹中的图片进而显示出整个背景图，主界面是设计中最重要的模块，用户可以通过点击主界面中的按钮，进入他们需要的子界面。
图1 主界面图
2.虚拟实验仿真平台的实现结果
以“调速与倒放”处理为例，说明该虚拟实验仿真平台的特点和优势。
在实验平台主界面中点击“调速与倒放”的按钮后，就会顺利地打开子实验的界面。在子界面中，通过“打开音乐”按钮导入文件夹下的音频文件之后，就会在axes1和 axes2中分别绘制出原信号的时域波形图和频谱图，之后可以滑动“滑动条”选择音频的播放速度。在通过“读取”按钮，重新导入音频文件后，再点击“快放”、“慢放”以及“倒放”按钮时，分别会在其他的坐标轴上绘制出相应的时域波形图和频谱图，音频文件的快慢放处理输出波形如图2所示。
图2 语音信号快慢放处理输出波形
通过实验，能够清晰地听出处理后的音频与原音频之间有着明显的区别。同时通过滑动条来调节播放速度，由于播放速度的不同，音色也会有所改变，原声音频要是为男声，那么通过滑动条的调节，可以调出高昂且尖锐的女声，同样也能调出更为低沉的男声。在图2中，能明显地看出通过快放处理后的音频文件，其时域波形图在时间上的长度有所减少，而慢放处理则反之。
3.实践效果与推广应用
通过该虚拟实验平台的不断引入，对《语音信号处理》课程进行有效的课程改革，构建“理论讲解+平台演示+学生实践”的课程教学模式。此模式贯穿教学和实验实践的全过程，无形地融入学生学习的每一环节。实践证明，该系统能够将晦涩的理论知识具体化、形象化，便于学生对知识的理解和认知，达到了既掌握理论知识又拓展实践能力的目的。
4.结论
本文通过GUI对《语音信号处理》进行交互式虚拟实验平台设计，并进行《语音信号处理》课程的相关改革，让学习的人可以更容易理解语音信号处理的基本概念和理论。这样的虚拟实验平台有效降低教学成本，提高教学质量，打破时间、空间限制，增加学生学习兴趣。
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作者信息：刘晓芳，女，1980年3月出生，河南许昌人，硕士研究生，河南城建学院副教授，研究方向：教育教学、射频电路。