歸一化頻率的物理意義 三種頻率之間的關係

2021-10-16 11:43:09 字數 1527 閱讀 9900

*四種頻率包括以下四個:

1、模擬頻率f

2、模擬角頻率ω

3、數字頻率w(歸一化頻率)

其中,前兩種是模擬頻率,是自然界中的一種物理現象,真實存在,比如風扇1秒鐘轉10次,則其(模擬)頻率f=10hz,hz=1/s;也即訊號在一秒鐘內重複的次數。便於理解,假設乙個點在單位圓上運動,如圖1所示,點在圓上一秒鐘轉10圈,則該點的運動頻率為10hz。

圖1.點在圓上運動

而模擬角頻率ω,是以弧度來表徵轉的圈數,一圈是2π弧度,則該點的運動頻率也可表示為2π10rad/s,由此可以看出,ω = 2*π*f。注意模擬角頻率的單位是rad/s。

數字頻率w的出現,是對模擬訊號進行取樣後,用來表示得到的數碼訊號。數字頻率w與取樣頻率fs(ws)相關。

數字頻率是對模擬頻率的取樣,數字頻率代表的是兩個取樣點之間的間隔。還是以一點在圓上運動為例,1秒鐘轉動10圈,從該點運動開始,以1秒鐘取樣100次進行取樣,可以得到,每次取樣都可得到該點在圓上的位置,該點在圓上的位置如圖2所示,取樣點之間存在間隔,要以弧度w表示這種間隔,w = 2π10/100,可得到w = 0.2π rad。

圖2.取樣得到的點的位置

數字頻率為

w = 2πf/fs = ω/fs = ωts=2πω/ws

根據奈奎斯特定理,ws>=2ω,因此,w<=π。由公式可以看出,數字頻率是模擬頻率針對取樣頻率的歸一。

對於模擬訊號

x(t) = sin(2π*10*t)

進行取樣,fs = 50,取樣間隔ts = 1/50 s,自變數不再連續,由連續的時間t變為離散的變數n。假設t在某一時刻,tn = 3/50 s,可以採集到的時刻包括0、1/50、2/50、3/50,.......。n即表示第幾個取樣點,第n個取樣點對應的時刻為

tn = n/50 = n*ts

,則得到的數碼訊號為;

x(n) = sin(2π*10*n/50) = sin(2π*0.2*n)

此時w = 2π*0.2,fs = 50表示1s內對訊號等間隔取50個點,n表示第幾個取樣點。n = (1:n),n表示總的取樣點數。

如果取樣頻率是fs = 100,則得到數碼訊號為:

x[n] = sin(2π*10*n/100) = sin(2π*0.1*n)

此時w = 2π*0.1,fs=100,表示1s內對訊號等間隔取100個點。n =(1:n)。

可以看出,不同取樣頻率下的數碼訊號的數字頻率是不同的,但是表示的是相同的訊號,在理論上滿足奈奎斯特定理,所包含的資訊是完全相同的,還應注意到,不同取樣率下,n的間隔不同。

ps:最近設計fir濾波器,碰到數字頻率,感覺忘了,重新學習一下,比如對設計低通濾波器,其fs = 10000hz,截止頻率為500hz,則對應的數字頻率為wstop = 2π*(500/10000)=0.1π。

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