Sageduskoste

Allikas: Vikipeedia
Mine navigeerimisribale Mine otsikasti

Sageduskoste on süsteemi või seadme väljundspektri kvantitatiivne mõõtmine vastusena stiimulile ning seda kasutatakse süsteemi dünaamika iseloomustamiseks. See on väljundi magnituudi ja faasi mõõtmine sageduse funktsioonina võrreldes sisendiga. Lihtsustatult öeldes, kui süsteemi sisestatakse teatud sagedusel siinuslaine, reageerib lineaarne süsteem samal sagedusel teatud magnituudi ja faasinurgaga, võrreldes sisendiga. Ka lineaarse süsteemi puhul kahekordistab sisendi amplituudi kahekordistumine väljundi amplituudi. Lisaks sellele, kui süsteem on ajas muutumatu, siis ei muutu ka sagedusreaktsioon ajas. Seega võib ajas muutumatute süsteemide puhul vaadelda sagedusvastet kui süsteemi ülekandefunktsiooni rakendamist puhtalt kujuteldava arvu argumendi suhtes, mis kujutab endast sinusoidse ergutuse sagedust.[1]

Kaks sagedusreaktsiooni analüüsi rakendust on seotud, kuid nende eesmärgid on erinevad.

Helisüsteemi puhul võib eesmärk olla sisendsignaali moonutusteta reprodutseerimine. See eeldab ühtlast (lamedat) vastuse suurust kuni süsteemi ribalaiuse piirini, kusjuures signaal on kõikidel sagedustel täpselt sama aja võrra hilinenud. See aeg võib olla sekundid, nädalad või kuud salvestatud meedia puhul.

Seevastu dünaamilise süsteemi juhtimiseks kasutatava tagasisideseadme puhul on eesmärk anda suletud süsteemile kompenseerimata süsteemiga võrreldes parem reageering. Tagasiside peab tavaliselt reageerima süsteemi dünaamikale väga väikese arvu võnkesageduste jooksul (tavaliselt vähem kui üks täielik tsükkel) ja kindla faasinurgaga võrreldes kästud juhtimissisendiga. Piisava võimendusega tagasiside puhul võib faasinurga valesti määramine põhjustada avatud ahelaga stabiilse süsteemi ebastabiilsust või mitte stabiliseerida süsteemi, mis on avatud ahelaga ebastabiilne.

Digitaalseid filtreid võib kasutada nii audiosüsteemide kui ka tagasiside juhtimissüsteemide puhul, kuid kuna eesmärgid on erinevad, siis on ka filtrite faasiomadused nende kahe rakenduse puhul üldiselt oluliselt erinevad.

Hinnang ja graafikul kujutamine[muuda | muuda lähteteksti]

Madalpääsufiltri magnituudivastus 6 dB oktaavi või 20 dB kümnendi kohta

Füüsikalise süsteemi sagedusvastuse hindamine hõlmab üldiselt süsteemi ergutamist sisendsignaaliga, nii sisend- kui ka väljundajaloo mõõtmist ja nende kahe võrdlemist sellise protsessi abil nagu Fourier' kiirteisendus (FFT). Üks asi, mida tuleb analüüsi puhul silmas pidada, on see, et sisendsignaali sagedussisaldus peab katma huvipakkuva sagedusala, sest tulemused ei kehti sagedusala katmata osa kohta.

Sageduskostet iseloomustab süsteemi koste magnituud, mida tavaliselt mõõdetakse detsibellides (dB), arvuna ja faas mida mõõdetakse radiaanides või kraadides, võrreldes sagedusega radiaanides/sek või hertsides (Hz).

Mittelineaarne sageduskoste[muuda | muuda lähteteksti]

Kui uuritav süsteem on mittelineaarne, siis puhtalt lineaarne sagedusala analüüs ei too esile kõiki mittelineaarsuse omadusi. Nende piirangute ületamiseks on määratletud üldistatud sageduskoste funktsioonid ja mittelineaarsed väljundsageduskoste funktsioonid, mis võimaldavad kasutajal analüüsida keerulisi mittelineaarseid dünaamilisi efekte[2]. Mittelineaarse sagedusvastuse meetodid näitavad keerulist resonantsi, intermodulatsiooni ja energiaülekande efekte, mida ei ole võimalik näha puhtalt lineaarse analüüsi abil, mis muutuvad mittelineaarses maailmas üha olulisemaks.

Rakendused[muuda | muuda lähteteksti]

Elektroonikas oleks see stiimul sisendsignaal.[3] Kuuldavates piirkondades nimetatakse seda tavaliselt seoses elektrooniliste võimendite, mikrofonide ja kõlaritega. Raadiospektri sageduskoste võib viidata koaksiaalkaabli, keeratud kaablipaari, videovahetusseadmete, traadita sideseadmete ja antennisüsteemide mõõtmistele. Infrahelisageduse mõõtmised hõlmavad maavärinaid ja elektroentsefalograafiat (ajulained).

Sõltuvalt rakendusest on sagedusreaktsiooni nõuded erinevad.[4] Kõrge helikvaliteediga helisignaalide puhul peab võimendi sagedusvahemik olema vähemalt 20-20 000 Hz, kusjuures keskmistel sagedustel, umbes 1000 Hz, on tolerants kuni ±0,1 dB; telefoni puhul piisab aga kõne mõistetavuse tagamiseks sagedusvahemikust 400-4 000 Hz, mille tolerants on ±1 dB.[4]

Elektrooniliste komponentide või süsteemide täpsuse näitamiseks kasutatakse sageli sageduskõveraid. [3] Kui süsteem või komponent taasloob kõiki soovitud sisendsignaale ilma mingi konkreetse sagedusala nõrgenemiseta, nimetatakse süsteemi "lamedaks" või lamedate sageduskõveratega süsteemiks.[3]

Kui sageduskoste on mõõdetud (nt impulsskostena), saab selle karakteristikat, tingimusel et süsteem on lineaarne ja ajas muutumatu, lähendada suvalise täpsusega digitaalse filtriga. Samamoodi, kui on tõestatud, et süsteemil on kehv sagedusreaktsioon, saab enne signaalide taasesitamist rakendada digitaal- või analoogfiltrit, et kompenseerida neid puudusi.

Sageduskoste kõvera kuju on väga oluline radarite, side- ja muude süsteemide häirete tõrjel.

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. RU2054684 (C1) G01R 23/16. Amplitude-frequency response measurement technique// Slyusar V. – Appl. Number SU 19925055759, Priority Data: 19920722. – Official Publication Data: 1996-02-20 [1]
  2. Wiley (2013). Nonlinear System Identification: NARMAX Methods in the Time, Frequency, and Spatio-Temporal Domains. Billings S.A. 
  3. 3,0 3,1 3,2 Stark, 2002, p. 51.
  4. 4,0 4,1 Luther, 1999, p. 141.