что такое импульсная характеристика
Импульсная характеристика
Импульсная переходная функция (импульсная переходная характеристика, импульсная характеристика, ИПФ) — выходной сигнал динамической системы как реакция на входной сигнал в виде дельта-функции Дирака. В цифровых системах входной сигнал представляет собой простой импульс минимальной ширины (равной периоду квантования для дискретных систем) и максимальной амплитуды. В применении к фильтрации сигнала называется также ядром фильтра. Находит широкое применение в теории управления, обработке сигналов и изображений, теории связи и других областях инженерного дела.
Содержание
Определние
Импульсной характеристикой системы называется её реакция на единичный импульс при нулевых начальных условиях.
Свойства
Выходной сигнал линейной системы может быть получен как свертка его входного сигнала и импульсной характеристики системы.
,
либо, в случае цифровой системы
.
Для того, чтобы система была физически реализуема, ее импульсная переходная функция должна удовлетворять условию: h(t)=0 при t Применение
Анализ систем
Восстановление частотной характеристики
Важным свойством импульсной характеристики является тот факт, что на её основе может быть получена комплексная частотная характеристика, определяемая как отношение комплексного спектра сигнала на выходе системы к комплексному спектру входного сигнала. Частотная характеристика фильтра определяется как преобразование Фурье (дискретное преобразование Фурье в случае цифрового сигнала) от импульсной характеристики.
Цифровая фильтрация
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Импульсная характеристика» в других словарях:
импульсная характеристика — электровакуумного прибора; импульсная характеристика Характеристика, каждая точка (или совокупность значений параметров) которой соответствует данному импульсному режиму. Временная характеристика линейного объекта, находившегося в установившемся… … Политехнический терминологический толковый словарь
импульсная характеристика — Функция, описывающая изменения в линейной системе, возникающие под влиянием внешнего воздействия, имеющего вид δ функции. [ГОСТ 24453 80] Тематики измерение лазерного излучения … Справочник технического переводчика
Импульсная характеристика — 2. Импульсная характеристика Функция, описывающая изменения в линейной системе, возникающие под влиянием внешнего воздействия, имеющего вид δ функции Источник: ГОСТ 24453 80: Из … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
импульсная характеристика — impulsinė charakteristika statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. pulse characteristic; pulse response; unit pulse response vok. Impulsantwort, f; Impulscharakteristik, f rus. импульсная характеристика, f pranc. réponse d impulsion, f;… … Automatikos terminų žodynas
импульсная характеристика электровакуумного прибора — импульсная характеристика электровакуумного прибора; импульсная характеристика Характеристика, каждая точка (или совокупность значений параметров) которой соответствует данному импульсному режиму … Политехнический терминологический толковый словарь
импульсная характеристика импульсного фотометра — (H(t)) Характеристика, определяемая реакцией импульсного фотометра на воздействие импульса излучения, имеющего вид дельта функции. [ГОСТ 24286 88] Тематики оптика, оптические приборы и измерения Обобщающие термины характеристики импульсного… … Справочник технического переводчика
импульсная характеристика измерителя индустриальных радиопомех — Зависимость от частоты следования импульсов отношения амплитуды входных импульсов при произвольной частоте следования к амплитуде при некоторой эталонной частоте следования импульсов, вызывающих одинаковые показания измерителя индустриальных… … Справочник технического переводчика
импульсная характеристика фотоумножителя (фотоэлемента) — Реакция фотоумножителя (фотоэлемента) в виде изменения тока анода на воздействие дельта импульса излучения. [ГОСТ 20526 82] Тематики электровакуумные приборы EN pulse response of photomultiplier (photocell) DE Impulscharakteristik des… … Справочник технического переводчика
Импульсная характеристика системы — 74. Импульсная характеристика системы Характеристика линейной системы, представляющая собой выходной сигнал системы при входном сигнале, имеющем вид дельта функции h(t) = y(t)/x(t) = δ(t), Источник: ГОСТ 21878 76: Случайные процессы и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Импульсная характеристика измерителя индустриальных радиопомех — 17e. Импульсная характеристика измерителя индустриальных радиопомех D. Impulskennlinie des Funkstörmessegerätes E. Pulse response characteristics (Pulse response curve) F. Caractéristique de réponse aux impulsions (Courbe de réponse aux… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Импульсная переходная характеристика
Импульсная переходная функция (импульсная переходная характеристика, импульсная характеристика, ИПФ) — выходной сигнал динамической системы как реакция на входной сигнал в виде дельта-функции Дирака. В цифровых системах входной сигнал представляет собой простой импульс минимальной ширины (равной периоду квантования для дискретных систем) и максимальной амплитуды. В применении к фильтрации сигнала называется также ядром фильтра. Находит широкое применение в теории управления, обработке сигналов и изображений, теории связи и других областях инженерного дела.
Содержание
Определние
Импульсной характеристикой системы называется её реакция на единичный импульс при нулевых начальных условиях.
Свойства
Выходной сигнал линейной системы может быть получен как свертка его входного сигнала и импульсной характеристики системы.
,
либо, в случае цифровой системы
.
Для того, чтобы система была физически реализуема, ее импульсная переходная функция должна удовлетворять условию: h(t)=0 при t Применение
Анализ систем
Восстановление частотной характеристики
Важным свойством импульсной характеристики является тот факт, что на её основе может быть получена комплексная частотная характеристика, определяемая как отношение комплексного спектра сигнала на выходе системы к комплексному спектру входного сигнала. Частотная характеристика фильтра определяется как преобразование Фурье (дискретное преобразование Фурье в случае цифрового сигнала) от импульсной характеристики.
Цифровая фильтрация
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Импульсная переходная характеристика» в других словарях:
импульсная переходная характеристика — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN unit impulse response … Справочник технического переводчика
импульсная переходная характеристика электронного датчика [преобразователя физической величины] — Переходная характеристика электронного датчика [преобразователя физической величины] при входном сигнале в виде единичного импульса. [ГОСТ Р 51086 97] Тематики датчики и преобразователи физических величин … Справочник технического переводчика
импульсная переходная характеристика электронного датчика — 34 импульсная переходная характеристика электронного датчика [преобразователя физической величины]: Переходная характеристика электронного датчика [преобразователя физической величины] при входном сигнале в виде единичного импульса. Источник:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Импульсная перезодная характеристика — Импульсная переходная функция (импульсная переходная характеристика, импульсная характеристика, ИПФ) выходной сигнал динамической системы как реакция на входной сигнал в виде дельта функции Дирака. В цифровых системах входной сигнал представляет… … Википедия
Импульсная переходная функция — Содержание 1 Определение 2 Свойства 3 Применение … Википедия
Переходная характеристика — Переходный процесс в теории систем представляет реакцию динамической системы на приложенное к ней внешнее воздействие с момента приложения этого воздействия до некоторого установившегося значения во временной области. Изучение переходных… … Википедия
Импульсная характеристика — Импульсная переходная функция (импульсная переходная характеристика, импульсная характеристика, ИПФ) выходной сигнал динамической системы как реакция на входной сигнал в виде дельта функции Дирака. В цифровых системах входной сигнал представляет… … Википедия
Импульсная передаточная функция — Импульсная переходная функция (импульсная переходная характеристика, импульсная характеристика, ИПФ) выходной сигнал динамической системы как реакция на входной сигнал в виде дельта функции Дирака. В цифровых системах входной сигнал представляет… … Википедия
Импульсный отклик — Импульсная переходная функция (импульсная переходная характеристика, импульсная характеристика, ИПФ) выходной сигнал динамической системы как реакция на входной сигнал в виде дельта функции Дирака. В цифровых системах входной сигнал представляет… … Википедия
Теория линейных стационарных систем — раздел теории динамических систем, изучающий поведение и динамические свойства линейных стационарных систем (ЛСС). Широко используется в процессе управления техническими системами, цифровой обработке сигналов и других областях инженерного дела.… … Википедия
Использование импульсной характеристики
Сегодня хочу познакомить вас с некоторыми элементами математики и теории цепей, находящими прямое применение в области обработки сигналов.
Главной задачей теории цепей (а также теории автоматического управления, например) является определение характеристик той или иной цепи, системы.
В основе теории лежит концепция так называемого «черного ящика». Это может быть, скажем четырехполюсник, на вход которого мы подаем один сигнал, а с выхода снимаем другой. Таким элементом может быть любой тракт, обработчик, фильтр и т. п.
Зачастую возникает необходимость определения зависимости между входным X(t) и выходным Y(t) сигналом. Такая зависимость называется передаточной функцией и записывается в комплексном виде:
Данная зависимость подразумевает разложение входного и выходного сигнала на частотные составляющие и полностью определяет коэффициент передачи K(ω), а также фазовую задержку ϕ(ω) для любой частотной составляющей сигнала. Комплексная передаточная функция фиксирована исключительно для линейных стационарных систем, т. е. для систем, КПФ которых не зависит от входного сигнала.
В качестве примера линейной стационарной системы можно привести обработчик, называемый эквалайзером.
Давайте рассмотрим эквалайзер XG EQ для foobar2000:
Давайте обработаем сигнал с равномерным спектром, генерируемый RightMark Audio Analyzer, этим эквалайзером. Спектр сигнала на выходе (а соответственно, и амплитудно-частотная характеристика фильтра) будет иметь следующий вид:
Мы видим, что форма АЧХ полностью соответствует относительным значениям, установленным в эквалайзере. Скажем, разница между коэффициентом для 20000 и 1000 Гц равна тем самым 5.9 дБ. Как вы заметили, в настройках эквалайзера задаются значения для отдельных, дискретных значений частот, а АЧХ у нас получилась гладкой. Это говорит о том, что для расчета коэффициентов промежуточных значений частот используется интерполяция (усреднение между соседними заданными значениями).
Кроме того, практически любой фильтр вносит фазовые задержки. Фазочастотная характеристика (ФЧХ) является второй важнейшей характеристикой системы, на ней строится зависимость фазовой задержки от частоты:
Вместе амплитудно- и фазочастотная характеристики полностью описывают линейную стационарную систему и позволяют предсказать её реакцию на любое входное воздействие (т.е. рассчитать форму выходного сигнала, зная форму входного).
Теперь вернемся к задаче определения передаточной функции. Определить её можно, во-первых, проанализировав устройство системы. Например, электрическая схема, состоящая из R/L/C (сопротивление, индуктивность, ёмкость) элементов является линейной и для неё можно составить комплексное уравнение, описывающее связь между входным и выходным параметром (например, между входным током и выходным напряжением). Для этих целей используют стандартные методы анализа цепей — составление уравнений по законам Кирхгофа, а также операторный и другие методы.
Однако, очень часто бывает так, что проанализировать устройство системы очень трудно или в силу обстоятельств невозможно. В таком случае прибегают к анализу откликов на заданные входные воздействия.
Так как линейная стационарная система описывается только с помощью АЧХ и ФЧХ, для её анализа достаточно знать реакцию на известный входной сигнал, имеющий полный частотный спектр.
На практике используется две легко описываемых функции (задающих входной сигнал) — это функция включения (Хевисайда) и дельта-функция (Дирака). Обе эти функции содержат мгновенный скачек амплитуды, который как раз и обеспечивает полный частотный спектр.
Функция Хевисайда h(t) представляет собой мгновенный скачок амплитуды от 0 до 1 в момент времени t=0. Причем при t
TDS и MLS методики оценок импульсных характеристик
Немножко предисловия
Немного забегая вперед, скажу, что перелопатив приличную долю русскоязычного сегмента интернета, я не смог найти адекватного описания TDS и MLS методик измерения импульсных характеристик помещения. Потому решил восполнить такой вот пробел. Если же эта статья не претендует на адекватность, тогда просто пусть это останется здесь.
— Что это все вообще такое?
— Зачем оно надо?
— Как такое возможно?
Такое возможно благодаря операции свертки. Что это такое, где и с чем ее едят очень хорошо описано здесь (рекомендуется прочесть для лучшего понимания).
Мини FAQ закончилось, перейдем к делу
Дельта-функция
Как уже говорилось выше, самый простой способ измерения импульсной характеристики помещения – это, к примеру, выстрелить из стартового пистолета в точке, где должен будет размещаться диктор/исполнитель, и просто записать звук, который дойдет до точки размещения слушателя. Однако для такого способа существует ряд проблем:
TDS (Time Delay Spectrometry – спектрометрия временных задержек) – методика измерения импульсных характеристик электроакустических систем (а также аудиторий) в помещениях с ощутимой реверберацией. Так TDS позволяет получать трехмерные (время-энергия-частота) графики импульсных характеристик. Хотя концептуальное и математическое основание TDS известно уже довольно давно, сама эта методика, как правило, приписывается в достижения доктору Ричарду Хейзеру, который первым ее опубликовал в 1967 году в Journal of the Audio Engineering Society.
Рассмотрим применение TDS для измерения импульсных характеристик электроакустических систем. Поскольку измерения производятся в помещении с реверберацией, каждая излученная громкоговорителем волна будет отражена от поверхностей комнаты. Посему нужен учет лишь прямых волн, т.е. нужно отфильтровать посторонние звуки, вносимые помещением.
Запись отклика осуществляется с помощью полосового фильтра, настроенного на заданную частоту. С изменением частоты излучения фильтр также перенастраивается на новую частоту, и операция повторяется. Так как необходимо измерять отклик громкоговорителя для заданного диапазона частот (например, от 20 Гц до 20 кГц – слуховой диапазон человека), используя такой подход нужно будет повторять эксперимент для каждой частоты в диапазоне.
Одним из способов обхода данного препятствия является использование в качестве входного линейно частотно модулированный сигнал (ЛЧМ). ЛЧМ сигнал стартует с нулевой частоты и линейно «разворачивается» до высших частот.
Так как входной сигнал «разворачивается», фильтр также должен «разворачиваться» с такой же скоростью. Однако нужно принимать во внимание время, за которое волновой фронт достигает микрофон. Эта задержка по времени, как правило, постоянная, так как микрофон и динамик не двигаются друг относительно друга. Задержка по времени связана со смещением частоты, так как центральная частота полосового фильтра всегда немного отстает от частоты сигнала, излучаемого динамиком.
Расширим данную методику на измерение импульсных характеристик помещений с реверберационной помехой. Для этого нужно просто замедлить ЛЧМ сигнал, чтобы акустические рассеивания от поверхностей помещения просачивались через отслеживающий фильтр. По сути, целью является достижение в помещении стационарного равновесия на каждой частоте перед переходом на новую частоту.
Для TDS-метода требуется, чтобы длительность тестового сигнала была на много большей, нежели продолжительность отклика системы. Таким образом, если измеряемое помещение имеет время реверберации равное одной секунде, длительность тестового сигнала должна составлять по крайней мере 10 секунд.
Для получения импульсной характеристики можно использовать ЛЧМ-сигнал любой длительности, результатом чего станет большее отношение сигнал-шум в шумном помещении. Недостатком является то, что тестируемая система (т.е. помещение) должна быть линейна и стационарна во времени (т.е. не должно быть, к примеру, никаких потоков воздуха).
N – порядок последовательности, т.е. число изменяющихся регистров, используемых для генерации последовательности.
MLS-последовательность (N=15)
Результатом автокорреляционной функции такой последовательности является дельта-функция. Это значит, что импульсная характеристика помещения оценивается с помощью взаимно корреляционной функции между исходным MLS-сигналом и сигналом в точке приема.
Автокорреляционная функция MLS-последовательности (N=15)
Автокорреляционная функция MLS-последовательности (N=8191)
Удобной мерой того, сколько в сигнале приходится энергии на единицу времени, является пик-фактор – отношение амплитудного значения сигнала к среднему:
В идеале, пик-фактор должен быть как можно более близок к единице. Так как амплитудное и среднее значение равны, невозможно иметь большее значение энергии за единицу времени, потому можно сказать, что входной сигнал максимально схож с идеальным импульсом.
Пик-фактор MLS-последовательности весьма близок к единице, потому есть смысл использовать данный тип сигнала в качестве входного для достижения высокого отношения сигнал-шум во время измерений. Потому MLS хорошо подходит для постановки эксперимента в зашумленных помещениях.
Основное требование методики MLS заключается в линейности тестируемой системы. Воздействие должно быть по крайней мере такой же длинны, как и отклик. Система также должна быть стационарной во время продолжительности последовательности.
Примеры
Дельта-функция
Слушать
Слушать
Слушать