Амплитуда периодической переменной — это мера ее изменения за один период (например, временной или пространственный период ). Амплитуда непериодического сигнала — это его величина по сравнению с опорным значением. Существуют различные определения амплитуды (см. ниже), которые все являются функциями величины разностей между экстремальными значениями переменной . В старых текстах фаза периодической функции иногда называется амплитудой. [1]
Для симметричных периодических волн, таких как синусоидальные или треугольные волны , пиковая амплитуда и полуамплитуда одинаковы.
В измерениях аудиосистем , телекоммуникациях и других, где измеряемая величина представляет собой сигнал, который колеблется выше и ниже опорного значения, но не является синусоидальным , часто используется пиковая амплитуда. Если опорное значение равно нулю, это максимальное абсолютное значение сигнала; если опорное значение является средним значением ( постоянная составляющая ), пиковая амплитуда представляет собой максимальное абсолютное значение разницы от этого опорного значения.
Полуамплитуда означает половину амплитуды от пика до пика. [2] В большинстве научных работ [3] термин «амплитуда» или «пиковая амплитуда» используется для обозначения полуамплитуды.
Это наиболее широко используемая мера орбитального колебания в астрономии , а измерение малых полуамплитуд лучевой скорости близлежащих звезд важно при поиске экзопланет (см. Доплеровская спектроскопия ). [4]
В общем, использование пиковой амплитуды является простым и однозначным только для симметричных периодических волн, таких как синусоида, квадратная волна или треугольная волна. Для асимметричной волны (например, периодических импульсов в одном направлении) пиковая амплитуда становится неоднозначной. Это связано с тем, что значение отличается в зависимости от того, измеряется ли максимальный положительный сигнал относительно среднего значения, максимальный отрицательный сигнал относительно среднего значения или максимальный положительный сигнал относительно максимального отрицательного сигнала ( амплитуда от пика до пика ), а затем делится на два (полуамплитуда ) . В электротехнике обычным решением этой неоднозначности является измерение амплитуды от определенного опорного потенциала (например, земли или 0 В). Строго говоря, это уже не амплитуда, поскольку существует вероятность того, что в измерение включена константа ( компонента постоянного тока ).
Амплитуда от пика до пика (сокращенно p–p или PtP или PtoP ) — это изменение между пиком (максимальным значением амплитуды) и впадиной (минимальным значением амплитуды, которое может быть отрицательным). При наличии соответствующей схемы амплитуды от пика до пика электрических колебаний можно измерить с помощью измерителей или путем просмотра формы сигнала на осциллографе . Измерение от пика до пика — это простое измерение на осциллографе, пики формы сигнала легко идентифицируются и измеряются по шкале . Это остается распространенным способом указания амплитуды, но иногда более подходящими являются другие меры амплитуды.
Среднеквадратическая амплитуда (СКЗ) используется в основном в электротехнике : СКЗ определяется как квадратный корень из среднего значения по времени квадрата вертикального расстояния графика от состояния покоя; [5] т.е. СКЗ формы волны переменного тока (без постоянной составляющей ).
Для сложных форм волн, особенно неповторяющихся сигналов, таких как шум, обычно используется среднеквадратическая амплитуда, поскольку она недвусмысленна и имеет физическое значение. Например, средняя мощность, передаваемая акустической или электромагнитной волной или электрическим сигналом, пропорциональна квадрату среднеквадратической амплитуды (а не, в общем случае, квадрату пиковой амплитуды). [6]
Для переменного тока электропитания общепринятой практикой является указание среднеквадратических значений синусоидальной формы волны. Одним из свойств среднеквадратических напряжений и токов является то, что они производят тот же тепловой эффект, что и постоянный ток при заданном сопротивлении.
Значение пик-пик используется, например, при выборе выпрямителей для источников питания или при оценке максимального напряжения, которое должна выдерживать изоляция. Некоторые распространенные вольтметры калибруются для среднеквадратичной амплитуды, но реагируют на среднеквадратичное значение выпрямленной формы волны. Многие цифровые вольтметры и все измерители с подвижной катушкой относятся к этой категории. Калибровка среднеквадратичного значения верна только для синусоидального входного сигнала, поскольку соотношение между пиковым, средним и среднеквадратическим значениями зависит от формы волны . Если измеряемая форма волны сильно отличается от синусоиды, соотношение между среднеквадратическим и средним значением меняется. Измерители, реагирующие на истинно среднеквадратичное значение, использовались в радиочастотных измерениях, где приборы измеряли тепловой эффект в резисторе для измерения тока. Появление управляемых микропроцессором измерителей, способных вычислять среднеквадратичное значение путем выборки формы волны, сделало измерение истинного среднеквадратичного значения обычным явлением.
В телекоммуникациях амплитуда импульса — это величина параметра импульса , такого как уровень напряжения , уровень тока , напряженность поля или уровень мощности .
Амплитуда импульса измеряется относительно заданного эталона и поэтому должна модифицироваться с помощью определителей, таких как средняя , мгновенная , пиковая или среднеквадратическая .
Амплитуда импульса также относится к амплитуде огибающих частотно- и фазомодулированных волн . [ 7]
В этом простом волновом уравнении
Единицы амплитуды зависят от типа волны, но всегда находятся в тех же единицах, что и колеблющаяся переменная. Более общее представление волнового уравнения более сложно, но роль амплитуды остается аналогичной этому простому случаю.
Для волн на струне или в среде, например, воде , амплитуда представляет собой смещение .
Амплитуда звуковых волн и аудиосигналов (которая относится к громкости) обычно относится к амплитуде давления воздуха в волне, но иногда описывается амплитуда смещения ( движения воздуха или диафрагмы динамика ) . [ требуется ссылка ] Логарифм квадрата амплитуды обычно указывается в дБ , поэтому нулевая амплитуда соответствует − ∞ дБ. Громкость связана с амплитудой и интенсивностью и является одним из наиболее существенных качеств звука, хотя в общих звуках ее можно распознать независимо от амплитуды . Квадрат амплитуды пропорционален интенсивности волны.
Для электромагнитного излучения амплитуда фотона соответствует изменениям в электрическом поле волны. Однако радиосигналы могут переноситься электромагнитным излучением; интенсивность излучения ( амплитудная модуляция ) или частота излучения ( частотная модуляция ) колеблется, а затем отдельные колебания изменяются (модулируются) для получения сигнала.
Амплитудная огибающая относится к изменениям амплитуды звука с течением времени и является влиятельным свойством, поскольку влияет на восприятие тембра. Плоский тон имеет устойчивую амплитуду, которая остается постоянной во времени, что представлено скаляром. Другие звуки могут иметь ударные амплитудные огибающие, характеризующиеся резким началом, за которым следует немедленное экспоненциальное затухание. [8]
Огибающие ударной амплитуды характерны для различных ударных звуков: два винных бокала звенят друг о друга, ударяют по барабану, хлопают дверью и т. д., где амплитуда является переходной и должна быть представлена либо как непрерывная функция, либо как дискретный вектор. Огибающие ударной амплитуды моделируют многие распространенные звуки, которые имеют переходную громкость атаки, затухания, сустейна и затухания. [9]
При наличии волновых форм, содержащих много обертонов, можно получить сложные переходные тембры, назначая каждому обертону свою собственную огибающую переходной амплитуды. К сожалению, это также модулирует громкость звука. Более разумно разделить громкость и гармоническое качество, чтобы они стали параметрами, контролируемыми независимо друг от друга.
Для этого огибающие амплитуды гармоник кадр за кадром нормализуются, чтобы стать огибающими пропорций амплитуд , где в каждом временном кадре все амплитуды гармоник будут суммироваться до 100% (или 1). Таким образом, можно четко контролировать основную огибающую, контролирующую громкость. [10]
При распознавании звуков можно использовать нормализацию максимальной амплитуды, чтобы помочь выровнять ключевые гармонические характеристики двух похожих звуков, что позволяет распознавать похожие тембры независимо от громкости. [11] [12]
В этой статье использованы материалы из Федерального стандарта 1037C, являющиеся общественным достоянием. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 2022-01-22.
![{\displaystyle x=A\sin(\omega [tK])+b\ ,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3a37d32b9ee12f14d266655730379043e1897fb3)
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )