Applied Mathematics">
4 Spectre
4 Spectre
4 Spectre
Que calcule la transformation de Fourier, et à Quel est le spectre de : r (t ) 0.5 cos(2 440t )
partir de quelle information ?
2 ift
s (t )
TF
S( f ) s (t ) e dt
S(f) est le spectre de s(t)
i est tel que i 2= - 1
On se rappellera e 2ift cos( 2ft ) i sin( 2ft )
Le spectre est une quantité a priori complexe,
avec un module et un argument. On distingue
x( f ) X (t )e 2ift dt TF [ X (t )]
T 0 t
T 2T 3T
La transformée d’un peigne est un peigne
1
TF [ PeigneT (t )] Peigne 1 ( f )
T T
1 n
T
( f
n T
)
s (t ) cos(2f 0t )
2
La transformée du cosinus contient 2 raies
( ( f f 0 ) ( f f 0 ))
S ( f ) TF [ s (t )]
2
Compléter :
f
f
Calculer le spectre d'un signal audio, cours S.S.I.I. n°4 , page 5
Pour calculer le spectre d'un signal discret, on
utilise la Transformée de Fourier Discrète (TFD)
Définition de la Transformée de Fourier Discrète
Préciser la
X ( f ) TFD[ x ( nTe )] n x ( nTe )e
i 2nf / f e
période de
S ( f ) n n
n n0 N 1
x n e i 2nf / f e
0
lobes :
4
de largeurs
3
période de |
2
S(f)|
1 symétrie ?
la hauteur
0 max ?
0 2000 4000 6000 8000
fréquence(Hz)
Calculer le spectre d'un signal audio, cours S.S.I.I. n°4 , page 6
L'algorithme de F.F.T. (pour Fast Fourier
Transform) calcule rapidement la TFD.
Principe de la F.F.T.: calculer seulement N points
de la TFD, les X(fk), f k kf e / N , k 0 N 1
si N est une puissance de 2, le calcul est accéléré
fe
d'où la résolution fréquentielle f k 1 f k
N
2 ink
1 ( N / 2 ) 1
FFT : x(nTe ) ( ) X ( f k )e
1 N
N k N / 2
Application à l’exemple de la page précédente :
4
spectred'amplitude
N=
3
fe =
2
1
retrouver sur
0 l'exemple de
0 2000 4000 6000 8000 la page 6
fréquence(Hz)
TFD de l'impulsion hn 1, n 0, hn 0, n 0
TFD ( hn ) H ( f ) n 0 hn e 2in ( f / f e ) 1
N 1
TFD ( rn ) R( f ) n 0 e
N 1 2 in ( f / f )
e
1 e 2iNf / f e
R( f )
1 e 2if / f e
e iNf / f e eiNf / f e e iNf / f e
R ( f ) if / f e
e eif / f e e if / f e
sin(Nf / f e ) i
i
R ( f ) e i ( N 1) f / f e car sin( )
e e
sin(f / f e ) 2i
sin(f / f e )
|R(f)| est périodique, de période fe, et s'annule en f kf e / N
Nf / f e
De plus, |R(0)|=N : lim f 0 R ( f ) lim f 0 N
f / f e
f
fe 2 fe
-fe 0 fe
N N
15
Que prévoir si N=8
10
prélever la FFT 16 points
5
0
-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000
fréquence(Hz)
Spectre d'un signal sinusoïdal
sn cos(2nf 0 / f e ), 0 n N 1
e 2in ( f 0 / f e ) e 2in ( f 0 / f e )
sn cos(2nf 0 / f e )
2
TFD ( sn ) S ( f ) n 0 sn e 2nf / f e
N 1
e 2in ( f f 0 ) / f e e 2in ( f f 0 ) / f e
n 0
N 1
2
1
( R ( f f 0 ) R ( f f 0 ))
2
Allure de |S(f)| sur 2 périodes isoler la période entre -
N=16, fe= 8000Hz, D=N*Te=0.002s, deltaf=500 Hz 4kHz et 4kHz
10
spectred'amplitude
5
prélever la FFT 32 points
0
-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000
fréquence(Hz)
Calculer le spectre d'un signal audio, cours S.S.I.I. n°4 , page 10
Le problème de synchronisation de la FFT
On illustre avec le signal s suivant composé
d'une ou de deux fréquences f0 et f1 :
s=a*cos(2*pi*f0*t)+a1*cos(2*pi*f1*t)
N
3
0
0 2000 4000 6000 8000
fréquence(Hz)
2. si deux composantes de fréquence sont trop proches, risque de confusion et
d'erreur
0
0 2000 4000 6000 8000
fréquence(Hz)
Calculer le spectre d'un signal audio, cours S.S.I.I. n°4 , page 11
Influence sur la FFT de la taille N de
la fenêtre d'analyse rectangulaire
s= 0.75*cos(2*pi*440*t), D=0.04s, fe=8kHz
1
fenêtrerectangle N=32 fe=
N=
0.5
durée=
signal s
0 fe/N=
-0.5 fe/M=
-1
hauteur
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
temps(s)
spectred'amplitude/N, N=32 M=256
0.4
hauteur du
0.3
lobe
spectre/N
0.2 central :
0.1
0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
fréquence(Hz)
fenêtrerectangle N=256
1 fe=
0.5
N=
signal s
durée=
0
fe/N=
-0.5
fe/M=
-1
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
temps(s)
spectred'amplitude/N, N=256 M=2048
0.4
hauteur du
0.3 lobe
spectre/N
0.2 central :
0.1
0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
fréquence(Hz)
0.5
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
temps(s) -3
x10
0.9 Hamming
durée=
0.8
fe/N=
0.7 maxR=
0.6 maxH=
fmax=
0.5
0.4
nblobesH
0.3 largeur
0.2
nblobesR
0.1
largeurs:
0
-4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000
fréquence(Hz)
0.5
signal s
-0.5
-1
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
temps(s)
spectred'amplitude/(N*0.53), N=32M=256
0.4
spectre/(N*0.53)
0.3
0.2
0.1
0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
fréquence(Hz)
-0.5
-1
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
temps(s)
spectred'amplitude/(N*0.53), N=256 M=2048
0.4
spectre/(N*0.53)
0.3
0.2
0.1
0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
fréquence(Hz)
signal
fenetre(n0:n0+N-1)=1; 0
% tracer la fenêtre d'analyse
plot(t, s.*fenetre), grid
-0.5
xlabel('temps(s)')
ylabel('signal')
-1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
temps(s)
Spectre d'amplitudeentre 0et fe
0.4
specampl=abs(fft(s(n0:n0+N-1),N));
f=(0:N-1)*fe/N;
plot(f,specampl/N), 0.2
grid
xlabel('fréquence (Hz)') 0.1
ylabel('spectre d''amplitude')
0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
fréquence(Hz)
grid,
xlabel('fréquence (Hz)') 0.2
ylabel('spectre d''amplitude')
Rappeler le spectre du signal:
0.1
0
-5000 0 5000
fréquence(Hz)
350
300
250
Retrouver
200
amplitudes et
150
fréquences
100
50
0
-5000 0 5000
4000
-20
3500
-40
3000
Frequency (Hz)
-60
2500
-80
2000
1500 -100
1000 -120
500 -140
0
0.5 1 1.5
Time
Représenter ci contre
t (t ) (t t0 )
0 1
t
t0
Comment expliquer cette
propriété ?
s(t ) (t t0 )dt s(t0 )
s(t ) (t t0 ) s(t0 ) (t t0 )
c'est le modèle mathématique de l'échantillonnage de s(t) en t=t0
Et que vaut le produit de
convolution ci-contre ?
( t0 * e)(t )
( t0 * e)(t ) (t t0 )e( )d e(t t0 )