Форма волны

Форма и вид сигнала

Синусоидальная , квадратная , треугольная и пилообразная формы волн.

Синусоидальная, прямоугольная и пилообразная волна с частотой 440 Гц

Составная форма волны, имеющая форму слезы.

Форма волны, генерируемая синтезатором

В электронике , акустике и смежных областях форма волны сигнала — это форма его графика как функции времени, независимо от его временных и амплитудных масштабов и любого смещения во времени. ^{[1] [2]} Периодические формы волн регулярно повторяются с постоянным периодом . Этот термин может также использоваться для непериодических или апериодических сигналов, таких как щебетание и импульсы . ^[3]

В электронике этот термин обычно применяется к изменяющимся во времени напряжениям , токам или электромагнитным полям . В акустике он обычно применяется к устойчивым периодическим звукам — изменениям давления в воздухе или других средах. В этих случаях форма волны является атрибутом, который не зависит от частоты , амплитуды или сдвига фаз сигнала.

Форму волны электрического сигнала можно визуализировать на осциллографе или любом другом устройстве, которое может фиксировать и отображать ее значение в различные моменты времени с подходящими шкалами по осям времени и значения. Электрокардиограф — это медицинский прибор для записи формы волны электрических сигналов, связанных с биением сердца ; эта форма волны имеет важное диагностическое значение. Генераторы формы волны , которые могут выдавать периодическое напряжение или ток с одной из нескольких форм волны, являются обычным инструментом в лабораториях и мастерских электроники.

Форма волны постоянного периодического звука влияет на его тембр . Синтезаторы и современные клавиатуры могут генерировать звуки со многими сложными волновыми формами. ^[1]

Распространенные периодические формы волн

Простые примеры периодических волн включают следующее, где — время , — длина волны , — амплитуда и — фаза : ${\displaystyle t}$ ${\displaystyle \lambda }$ ${\displaystyle a}$ ${\displaystyle \phi }$

• Синусоида : Амплитуда волны подчиняется тригонометрической синусоидальной функции относительно времени. ${\textstyle (t,\lambda ,a,\phi )=a\sin {\frac {2\pi t-\phi }{\lambda }}.}$
• Прямоугольная волна : эта форма волны обычно используется для представления цифровой информации. Прямоугольная волна постоянного периода содержит нечетные гармоники , которые уменьшаются на −6 дБ/октаву. ${\textstyle (t,\lambda ,a,\phi )={\begin{cases}a,(t-\phi ){\bmod {\lambda }}<{\text{duty}}\\-a,{\text{otherwise}}\end{cases}}.}$
• Треугольная волна : содержит нечетные гармоники , которые уменьшаются на −12 дБ/октаву. ${\textstyle (t,\lambda ,a,\phi )={\frac {2a}{\pi }}\arcsin \sin {\frac {2\pi t-\phi }{\lambda }}.}$
• Пилообразная волна : похожа на зубья пилы. Часто встречается в базах времени для сканирования дисплея. Используется в качестве отправной точки для субтрактивного синтеза , поскольку пилообразная волна постоянного периода содержит нечетные и четные гармоники , которые уменьшаются на −6 дБ /октаву. ${\textstyle (t,\lambda ,a,\phi )={\frac {2a}{\pi }}\arctan \tan {\frac {2\pi t-\phi }{2\lambda }}.}$

Ряд Фурье описывает разложение периодических волновых форм, так что любая периодическая волновая форма может быть сформирована суммой (возможно бесконечного) набора фундаментальных и гармонических компонентов. Непериодические волновые формы с конечной энергией могут быть проанализированы в синусоиды с помощью преобразования Фурье .

Другие периодические формы волн часто называются составными формами волн и могут быть описаны как комбинация нескольких синусоидальных волн или других базисных функций, сложенных вместе.

Смотрите также

• Генератор сигналов произвольной формы
• Несущая волна
• Крест-фактор
• Непрерывная форма волны
• Конверт (музыка)
• Частотная область
• Фазовая модуляция смещения
• Анализатор спектра
• Монитор формы волны
• Просмотрщик формы волны
• Волновой пакет

Ссылки

1. "Определение формы волны". techterms.com . Получено 2015-12-09 .
2. Дэвид Крекрафт, Дэвид Горхэм, Электроника , 2-е изд., ISBN 0748770364 , CRC Press, 2002, стр. 62 
3. "IEC 60050 — Подробности для IEV номер 103-10-02: "форма волны"". Международный электротехнический словарь (на японском языке) . Получено 2023-10-18 .

Дальнейшее чтение

• Юйчуань Вэй, Цишань Чжан. Анализ общей формы волны: новое и практическое обобщение анализа Фурье. Springer US, 31 августа 2000 г.
• Хао Хэ, Цзянь Ли и Петре Стойка . Проектирование формы волны для активных сенсорных систем: вычислительный подход. Cambridge University Press, 2012.
• Соломон В. Голомб и Гуан Гун . Проектирование сигнала для хорошей корреляции: для беспроводной связи, криптографии и радаров. Cambridge University Press, 2005.
• Джайант, Наггехалли С. и Нолл, Питер. Цифровое кодирование волновых форм: принципы и приложения к речи и видео . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси, 1984.
• М. Солтаналян. Проектирование сигналов для активного зондирования и связи. Диссертация Уппсальской школы естественных наук и технологий (напечатано Elanders Sverige AB), 2014.
• Надав Леванон и Эли Мозесон. Сигналы радаров. Wiley. com, 2004.
• Цзянь Ли и Петре Стойка, ред. Надежное адаптивное формирование луча. Нью-Джерси: John Wiley, 2006.
• Фульвио Джини, Антонио Де Майо и Ли Паттон, ред. Проектирование и разнообразие волновых форм для современных радиолокационных систем. Институт инженерии и технологий, 2012.
• Бенедетто, Дж. Дж.; Константинидис, И.; Рангасвами, М. (2009). «Фазокодированные сигналы и их разработка». Журнал обработки сигналов IEEE . 26 (1): 22. Bibcode : 2009ISPM...26...22B. doi : 10.1109/MSP.2008.930416.

Внешние ссылки

• Коллекция форм волн одного цикла, отобранных из различных источников