“周波数”は、さまざまな種類の信号に対してどのような意味がありますか?

私は静かな時間信号処理に携わってきましたが、周波数の意味が異なるため、周波数が何であるかについてはまだ混乱しています。さまざまなシナリオ。たとえば、

Wikipediaによると

頻度は、単位時間あたりの繰り返しイベントの発生数です。

繰り返しイベントの頻度を計算するには、特定の期間内にそのイベントが発生した回数をカウントし、そのカウントを期間の長さで割ります。たとえば、15秒以内に71のイベントが発生した場合、頻度は次のようになります。

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これは、誰もが知っている周波数の最も基本的な定義です。しかし、デジタル画像と音声の場合の周波数の定義は何ですか?

たとえば、生まれたばかりの赤ちゃんの心臓が120の周波数で鼓動する場合1分間に、その周期(拍動の間隔)は0.5秒です。

これまでのところ意味があります。

ここではさまざまな周波数の正弦波です。

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下の波は上の波よりも高い周波数です。水平軸は時間を表します。

上記の信号は周波数を持っていることは私には理にかなっていますが、人間の声のような非周期的な信号はどうですか?

見てください、ここに画像の説明を入力してください

この信号はどのインスタンスでも繰り返されないので、その頻度をどのように言うことができ、繰り返されるサイクル数をどのように数えることができますか?

前述

頻度は、1回あたりの繰り返しイベントの発生数です。単位時間。

人間の声の頻度の場合、このステートメントはどのように当てはまりますか?私たちが話すとき、私たちは声がどのように周波数を持つことができるか以外は何も繰り返さないので?

そして画像の場合、

色の急激な変化は、画像のHigh frequencyの一部です

これをカウントする方法周波数として?画像にすべての異なるピクセル値がある場合、どのように周波数が存在する可能性がありますか?

上記のすべてに当てはまる周波数の正確な定義について詳しく知りたいのです。

回答

フーリエがフーリエ解析を開発したときに得た重要な洞察は次のとおりです。絶対可積分(Jason Rに感謝)関数は、正弦と余弦の加重和として表すことができます。これが真実である理由を説明することは、この回答の範囲をはるかに超えています。これをよりよく理解するためにフーリエ理論を研究することをお勧めします。

コメント

  • +1で、簡潔に答えます。 ' OP 'のすべての懸念に対処するのに十分な詳細な回答を思い付くのは困難です。 1つの落とし穴:厳密な数学者(このあたりではそれほど多くはありません)は、フーリエ変換(またはフーリエ級数)を任意の関数に適用できないことを指摘します。'関数'のフーリエ変換が存在するための十分条件の1つは、絶対可積分であるということです。$ \ int _ {-\ infty} ^ {\ infty} | x(t)| dt < \ infty $。これはよくあることです。また、フーリエ級数の場合、関数$ x(t)$は周期的である必要があります(系列が収束することを保証するためのいくつかの条件もあります)。
  • したがって、人間の声はベースではないと言うのは正しいでしょう。 1つの周波数では、各人間の声に無制限の数の周波数がありますか?
  • はい、人間の声は単一周波数ではありません(そうであった場合、正弦波の音のように聞こえます)。厳密に言えば、有限期間の信号には無限の帯域幅があります。しかし、人間の声のほとんどのエネルギーは、わずか数kHz幅の帯域に集中しています。その帯域には、周波数が連続的で離散的に評価されないという意味で無制限の数の周波数がありますが、ここでも、'は数学の詳細にすぎません'実際的には非常に重要です。 'さまざまな音の人間の声のスペクトルについて詳しく知りたい場合は、'それ自体がトピック全体です。

回答

言葉は、人によって意味が異なります。時々おおよそのもの。繰り返されるイベントは完全に同一ではなく、「ほぼ」または部分的に同一である場合があります。または、繰り返し率が「わずかに」変化すること。単語の意味がおおよそわずかに異なる場合があります。

信号処理の観点から、音声信号は純粋な周期的信号と非常に非周期的な信号の合計で構成されていると見なされる場合があります。そのため、繰り返されるイベントは見えないように見えますが、抽出することができます。さまざまな形式の分析(DFT / FFTなど)による。

画像と同じ。

さらに、周波数という用語は、純粋な正弦波成分の繰り返し、または人間の耳が「ピッチ」と呼ばれる、非常に近似的な(場合によってはほとんど隠れた)繰り返しを検出するのに適した、より大きな非常に非正弦波の外観パターン。

回答

頻度はノーだという定義だと思います。繰り返しイベントの発生回数は、定期的なイベントにのみ有効です。他の場合では、頻度は何かの速度の変化と関係があると言うことができます。何かが急速に変化する場合、それは高周波であると言いますが、この変数が急速に変化しない場合、つまり滑らかに変化する場合、それは低周波であると言います。また、他の人も言っているように、定常信号の場合はFTを使用し、非定常信号の場合はウェーブレット変換を使用して、それを定量的に解釈する方法があります。

回答

周波数を信号の変化率とすると、サイクル/秒ではなく、周波数を理解できます。 、画像周波数では、強度値が急激に変化するため、エッジ付近の周波数が高いように強度(または色)値が変化します。

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