v2.0.9794.34739
Fizyka dla każdego
Analiza Fouriera, widmo i próbkowanie w pomiarach · 1 min czytania

Osiem próbek: skąd bierze się czynnik dwa w widmie?

Opublikowano: 25.10.2026
Wyślij link e-mailem Własna poczta Komentarze: 0

Oceń ten artykuł: od 1 do 5 gwiazdek
(0 głosów) . Jeszcze nie oddano głosów.

Kliknij gwiazdkę, aby od razu oddać ocenę. Klawiaturą wybierz gwiazdkę klawiszem Tab i naciśnij Enter lub spację. Jeden głos na materiał z danej przeglądarki.

Zapisano N = 8 próbek z częstotliwością fs = 80 Hz: x[n] = 1,00 V + 2,00 V cos(2πn/8), n = 0, …, 7. Użyj DFT z minusem w wykładniku i bez czynnika normalizującego. Wyznacz niezerowe X[k], częstotliwości prążków i jednostronne amplitudy. Podaj osobno odstęp czasu między skrajnymi próbkami oraz okres rekordu. Sprawdź odwrotne przekształcenie dla n = 0, 2 i 4.

Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
Wskazówka

Zapisz 2 cos θ = exp(jθ) + exp(−jθ). Suma ośmiu zgodnych faz daje osiem, a suma pełnego obrotu ośmiu różnych faz daje zero.

Rozwiązanie

1. Rozpoznajemy trzy składowe zespolone

Po rozwinięciu kosinusa mamy x[n] = [1 + exp(j2πn/8) + exp(−j2πn/8)] V. Ortogonalność ośmiopunktowej bazy daje X[0] = 8 V, X[1] = 8 V, X[7] = 8 V. Pozostałe prążki są zerowe. Jednostka sumy pozostaje woltem; liczba składników N jest bezwymiarowa.

2. Skalujemy częstotliwość i amplitudę

Odstęp siatki wynosi 80/8 = 10 Hz. Indeks 1 oznacza +10 Hz, a 7 tę samą składową w zapisie częstotliwości ujemnej −10 Hz. Średnia wynosi X[0]/N = 1 V. Amplituda sinusoidy wynosi 2|X[1]|/N = 2 V, ponieważ łączymy dwa prążki sprzężone. Prążek k = 4 przy 40 Hz jest zerowy i nie byłby podwajany.

Odstęp próbek to Δt = 1/80 s = 12,5 ms. Skrajne próbki dzieli 7Δt = 87,5 ms, natomiast okres rekordu DFT to 8Δt = 100 ms. Zastosowanie 1/87,5 ms jako odstępu prążków błędnie przesunęłoby całą oś widma.

3. Odtwarzamy wartości bez utraty informacji

x[n]=\frac18\left(8+8e^{j2\pi n/8}+8e^{-j2\pi n/8}\right)\,\mathrm{V}.

Dla n = 0 dostajemy 3 V; dla n = 2 dwa wykładniki dają j i −j, więc wynik to 1 V; dla n = 4 oba są równe −1, więc x[4] = −1 V. Rekonstrukcja zgadza się z wejściem.

Osiem próbek 1 plus 2 cos 2πn/8. W DFT podzielonej przez osiem niezerowe są C0, C1 i C7, wszystkie równe 1 V. Widmo jednostronne ma składową stałą 1 V i amplitudę 2 V przy 10 Hz.
Prążki k = 1 i k = 7 tworzą parę częstotliwości +10 Hz i −10 Hz. Składowa stała oraz prążek Nyquista nie mają odrębnych partnerów i nie są podwajane. Powiększ rysunek.

Wynik: X[0] = X[1] = X[7] = 8 V; średnia 1 V i amplituda 2 V przy 10 Hz. Rozpiętość chwil próbek 87,5 ms, okres rekordu 100 ms. Podwojenie DC dałoby fałszywą średnią 2 V.

Powiązana teoria

DFT w pomiarach: prążki widma, przeciek i okno Hanna

Dalsza lektura

Materiał referencyjny

Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »

Ostatnie materiały autora

Wszystkie materiały autora »

Komentarze (0)

Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.

Dodaj komentarz

Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto

Emotikony

Zaznacz tekst i wybierz formatowanie lub użyj Ctrl/Cmd+B, I, U w polu komentarza. Znaczniki HTML nie są wykonywane.

Wybór wszystkich komentarzy obejmuje odpowiedzi. Powiadomienia wymagają potwierdzenia adresu; zrezygnujesz z nich przez link w wiadomości.

← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Nie znalazłeś szukanego materiału? Napisz do nas — pomóż nam rozwijać Fizykę dla każdego.